Котельные установки презентация

проф., д.т.н., зав каф. ТЭСиТ

Тепловые электрические станции
(Введение в специальность)
Тема 5

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

«Все начинается от печки»

получение водяного пара или горячей воды за счет сжигания топлива.
Котельная установка - котельный агрегат и вспомогательное оборудование, к которым относятся дымососы, вентиляторы, система пылеприготовления, золоулавливающие и золоудаляющие устройства.
Основными параметрами котла являются паропроизводительность, давление и температура пара. Котлы выпускаются :
докритического среднего (р = 3,0 ÷ 3.5 МПа); высокого (р = 9,0 ÷ 13,0 МПа) и сверхкритического (р = 24,0 ÷ 30,0 МПа) давления.
Современные котлоагрегаты имеют паропроизводительность D = 1000, 1650, 2650, 3950 т/ч. При этом энергоблок обеспечивает мощность N = 300, 500, 800, 1200 МВт соответственно.
Температура пара за котлом по условиям прочностных свойств металла поддерживается в пределах 545 ÷ 560 0С..

транспортировки, дробится до размеров примерно 25 мм, складируется и подается в систему пылеприготовления.
Система пылеприготовления измельчает топливо до размеров частиц 20÷60 мкм, подсушивает, выделяет мелкие фракции (сепарирует) и подает топливо в горелки.
Система воспламенения и сжигания топлива (горелки, топочная камера, воздуховоды подачи первичного и вторичного воздуха).
Система производства пара состоит из водяного экономайзера, испарительных поверхностей нагрева, барабана, переходной зоны, пароперегревателей, и промперегревателя, должна подогреть питательную воду до температуры насыщения, испарить и перегреть пар.
Система шлакоудаления (шлаковая ванна, дробилки шлака, гидроподачи золы и шлака на золоотвал.
Система дутья воздуха подогревает воздух до 250÷4000С и подает его к системам пылеприготовления и сжигания топлива.
Система тяги готовит уходящие газы к выбросу в атмосферу.

или башенной (д)

производство пара – в испарительных (парообразующих) поверхностях нагрева; перегрев пара − в пароперегревателях. Все эти теплообменники выполнены из труб и имеют свои конструктивные особенности.
Для непрерывного отвода тепла от продуктов сгорания и обеспечения нормального температурного режима металла поверхностей нагрева рабочее тело в них движется непрерывно.
При этом вода в водяном экономайзере и пар в пароперегревателе движутся однократно относительно поверхностей нагрева.
В испарительных трубах движение воды и пара в котлах различных типов может осуществляться многократно.

(а);
- принудительной циркуляцией (б);
- прямоточные котлы (в).

из двух систем труб: обогреваемой и необогреваемой объединенных вверху барабаном и внизу коллектором.
Напор естественной циркуляции определяется по уравнению
Sдв = (ρ' - ρсм) gН, где Н – высота контура, м.
В контуре с естественной циркуляцией движение многократное: в процессе прохождения контура вода испаряется не полностью, а лишь частично.
Неиспарившаяся часть воды вновь проходит контур.
Паросодержание на выходе из подъемных труб составляет 3 ÷ 20%.
Поэтому вода проходит циркуляционный контур 35 ÷ 5 раз.
Отношение массового расхода циркулирующей воды Gв, к количеству образующегося пара Gп называется кратностью циркуляции:
К= Gв / Gп = 5 ÷ 35

от высоты контура.
Циркуляционный насос 8 встроенный в контур естественной циркуляции позволяет располагать парообразующие трубы, как с вертикальным подъемным движением, так и с опускным и горизонтальным движением пара. В таких котлах кратность циркуляции как правило ниже; она составляет К = 3 ÷ 10.
Отличительной особенностью котлов с естественной и принудительной многократной циркуляцией является барабан, поэтому котлы называют барабанными.
Такие котлы выполняются докритическими.

проходит однократно (К = 1).
Такие котлы выполняются как на докритическом, так и сверхкритическом давлениях.
При сверхкритическом давлении парообразование в котлах происходит практически мгновенно, поэтому участок поверхности нагрева, в котором завершается парообразование и начинается перегрев пара, называют переходной зоной.
Для облегчения работы металла труб поверхностей нагрева современных котлов, переходная зона выносится в область умеренных температур – за пароперегреватели, где t = 650 ÷ 750 0C.

создающее требуемое давление природного газа перед горелками.
При сжигании мазута требуются насосы и эстакады обслуживания для перекачки мазута из железнодорожных цистерн в емкости; мазутные подогреватели для подогрева до температуры (800С).
Более сложная система топливоприготовления при работе ТЭС на твердых топливах, где она является предвключенной ко второй системе – пылеприготовления.
Система топливоприготовления и топливоподачи выполняется единой для всей электростанции

зависимости от марки топлива, его влажности и выхода летучих, типа мельницы, типа топочного устройства, характера изменения нагрузки котла они могут быть:
индивидуальными замкнутыми с прямым вдуванием и различными схемами сушки топлива;
индивидуальными замкнутыми системами пыле-ния с промбункером с различными схемами сушки топлива и подачи сушильного агента в топку котла;
индивидуальная разомкнутая система пылеприготовления с промбункером.
В замкнутых системах сушильный агент после подсушки топлива направляется в основные, или в сбросные горелки.
В разомкнутых схемах сушильный агент сбрасывается в атмосферу (для влажных и низкореакционных топлив).

системы пыле-ния: схемы с промежуточным бункером применяются при установке ШБМ.
Среднеходные, молотковые мельницы и мельницы-вентиляторы применяются в схемах с прямым вдуванием.
Сепараторы выполняются гравитационными или инерционными

Однако они работают с большими затратами на размол топлива (затраты на собственные нужды).
Среднеходные мельницы (СМ) обеспечивают достаточно тонкий помол. В некоторых случаях они могут заменить ШБМ, к тому же СМ имеют меньшие затраты на собственные нужды.
Молотковые мельницы (ММ) производят более грубый помол твердого топлива. Они применяются для размола бурых углей в системах с прямым вдуванием; имеют затраты на собственные нужды такие же как и СМ.
Мельницы-вентиляторы используются для самого грубого помола мягких и высокореакционных топлив. Они применяются в простых системах пылеприготовления с прямым вдуванием и с гравитационными сепараторами.

схемы исполнения нижней части топочной камеры котла

топлива называется теоретически необходимым .
В реальных условиях горения в отдельных участках топочного объема топливо получает больше воздуха, чем требуется, а в других – меньше. Поэтому для полного выгорания топлива воздуха в топку приходится подавать больше, чем .
Отношение действительного количества воздуха подаваемого для горения топлива к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха: .
При эксплуатации котлов поддерживают это соотношение равным α = 1,05 ÷ 1,25.

- низшая теплота сгорания рабочей массы топлива;
- теплота, вносимая в топку воздухом при подогреве его вне
котла (калорифером на паре и др.);
- физическая теплота топлива при внешнем подогреве;
- теплота, вносимая с паровым дутьем;
- теплота, затрачиваемая на разложение карбонатов в топливе.
Коэффициент полезного действия брутто котла :

, - потери тепла в котле
Коэффициент полезного действия нетто котла будет равен


где Qср – расход тепла на собственные нужды, кДж

тепловой баланс котла:
, или 100 = , (%),
где Q1 , q1 - использованная в котле теплота для производства перегретого пара, кДж/кг и % соответственно;
Q2 , q2 - потери тепла с уходящими газами, кДж/кг и %;
Q3 , q3 - потери тепла от химического недожега, кДж/кг и %, газообразные горючие элементы СО, Н2, СН4 могут не сгореть в котельном агрегате из-за пониженной температуры или недостатка кислорода;
Q4 , q4 - потери тепла от механического недожега, кДж/кг и %, в связи с тем что часть топлива, поступающего в топку не участвует по разным причинам во всех стадиях горения; q4 ≈ 0,5 ÷ 5,0 %;
Q5 , q5 - потери тепла от наружного охлаждения котла, кДж/кг и %, т.к. стены котла и труб частично охлаждаются окружающим воздухом;
Q6 , q6 - потери тепла с физической теплотой шлака, кДж/кг и %, покидающего топку котла.

к горелкам и удаление продуктов сгорания. Это обеспечивается за счет:
- естественной тяги (самотяга);
- уравновешенной тяги;
- работы котла под наддувом.
Естественная тяга ( Па, мм.в.ст.) создается за счет разности статических давлений атмосферного воздуха и столба дымовых газов в вертикальной или наклонной дымовой трубе:
где Н - высота дымовой трубы, м;
- плотности атмосферного воздуха и дымовых газов, кг/м3.
Самотяга всегда направлена вверх. В дымовой трубе при разности температур воздуха и дымовых газов в 1200С самотяга составляет 0,4 мм.в.ст. на 1 м. высоты дымовой трубы. При высоте трубы, например, в 100 м = 40 мм.в.ст.
Для современных котлов при больших объемах, выбрасываемых газов, такая тяга недостаточна.

когда подача воздуха в котел осуществляется дутьевым вентилятором, а удаление газов - дымососом. В этом случае весь газовый тракт котла находится под разряжением.
При работе котла под наддувом в системе тяги нет дымососа. Он может устанавливаться только для резерва. В этом случае все оборудование систем дутья и тяги котельной установки находится под давлением и поэтому должно быть герметичным.

режиме эксплуатационных, рабочих параметров;
обеспечения режимов пуска и останова котла;
предотвращения аварийных ситуаций на котельной установке;
Автоматическое регулирование состоит из следующих регуляторов:
температуры перегретого пара;
питания котла питательной водой и уровня в барабане;
питания котла топливом;
дутья и тяги

Регулирование температуры перегретого пара на выходе из котла выполняется :
впрыском котловой воды в коллекторы пароперегревателя;
байпасированием части пара меньшей температуры;
паропаровым теплообменником;
газовым регулированием; рециркуляцией уходящих газов

была выше заданной. Тогда регулирующий орган (впрыск) снижает температуру пара до требуемой величины. Впрыск может осуществляться в выходном коллекторе (3), в рассечку (2) и до пароперегревателей (1).
Каждый из этих способов регулирования имеет свое запаздывание.
Самое большое запаздывание при регулировании впрыском до пароперегревателей (1). Оно составляет до 150 с.
Наименьшую инерционность имеет схема с впрыском после пароперегревателей – до 10 ÷ 15 с. Однако в этом случае температура пара в последнем пароперегревателе должна быть выше заданной и может при этом колебаться, что нежелательно для металла труб, из которых выполнен пароперегреватель.
Наиболее рационально применять регулирование температуры пара впрыском в рассечку. Запаздывание при таком способе регулирования составляет 50 ÷ 70 с

и согласованного регулирования расходов топлива и питательной воды. Наиболее распространенный способ такого регулирования по соотношению «вода – теплота»

Схема автоматического регулирования температуры пара для барабанных котлов.
При регулировании температуры пара на прямоточных котлах используются более сложные регуляторы. Для прямоточных котлов применяются два и более регулятора с 2 ÷ 3 сигналами на входе.

– воздух;
нагрузка – воздух
Регулирование тяги (б) осуществляется только одним сигналом.
Регулирующим органом являются поворотные лопатки на турбомашине

Николаевич – проф., д.т.н., зав каф. ТЭС