Истемы топливоподачи жидкого топлива.

Технологический тракт подготовки мазута к сжиганию в топках котлов включает (см. рис. 2.3): приемно-сливное устройство (сливные эстакады с желобами, приемные резервуары с погружными перекачивающими насосами), основные резервуары для хранения постоянного запаса мазута, мазутонасосную, систему трубопроводов для мазута и пара, группу подогревателей мазута и фильтры. Подготовка мазута перед сжиганием заключается в удалении механических примесей, повышении давления мазута и его подогреве, необходимых для снижения потерь энергии на транспорт мазута к котлам и его тонкого распыления в форсунках горелочных устройств. Температура мазута в баках поддерживается на уровне 60–80°С в любое время года за счет циркуляционного подогрева путем возврата в бак части (до 50%) разогретого во внешних подогревателях мазута.

Типовой является двухступенчатая схема подачи топлива. По этой схеме подача топлива в устройства для подготовки к сжиганию (подогрев, перемешивание мазута в резервуарах, фильтрация от внешних загрязнений) осуществляется при низком давлении мазута (около 1 МПа), а насосы второго подъема перекачивают в главное здание мазут при высоком давлении (3,5–4,5 МПа).

При высокой скорости мазута в распыливающих форсунках может иметь место сильный абразивный износ металла мазутных каналов форсунки и быстрый выход ее из строя. Кроме того, при размере каналов менее 3 мм не исключено их забивание крупными твердыми частицами или сгустками асфальтосмолистых веществ. Очистка мазута от твердых фракций происходит сначала в фильтрах грубой очистки с размером ячеек сетки 1,5×1,5 мм², а затем в фильтрах тонкой очистки с ячейками 0,3–0,5 мм, установленных перед насосами второй ступени на подогретом мазуте.

Рис. 2.3. Технологическая схема подготовки мазута к сжиганию: 1 – фильтр грубой очистки; 2 – сливной резервуар с подогревом; 3 – перекачивающий насос; 4 – основной резервуар; 5, 6 – линии рециркуляции мазута; 7 – насос первого подъема; 8 – обратный клапан; 9 – подогреватель мазута; 10 – фильтр тонкой очистки; 11 – насос второго подъема; 12 – запорная арматура; 13 – регулятор расхода; 14 – расходомер; 15 – задвижка; 16 – форсунка

Повышение температуры мазута обеспечивается в паровых подогревателях до температуры, меньшей температуры вспышки паров. Для поддержания температуры мазута на нужном уровне независимо от потребления его котлом обеспечивается непрерывный его расход через линию за счет частичного возврата в бак (рециркуляция).

16. Какие из перечисленных ниже операций осуществляются в газорегуляторном пункте?

снижение давления газа и поддержание его на необходимом в эксплуатации уровне;

контроль за температурой газа;

очистка газа от механических примесей;

(d) в газорегуляторном пункте осуществляются все перечисленные выше операции.

Газорегуляторные пункты (ГРП) и установки (ГРУ) предназначены для снижения давления газа и поддержании его на необходимом в эксплуатации уровне независимо от изменений потребления газа и его давления перед регуляторными пунктами и установками. Одновременно с этим ГРП и ГРУ выполняют следующие функции: прекращают подачу газа при повышении или понижении давления после регулятора сверх заданных пределов, очищают газ от механических примесей, производят учет расхода газа и обеспечивают возможность контроля за входным и выходным давлением газа и его температурой.

17. Максимально допустимое рабочее давление газа в газопроводе за регулятором давления составляет 5 кПа. При каком давлении должен сработать предохранительный запорный клапан?

(с) 1,25*5=6,25кПа

Предохранительные запорные клапаны (ПЗК) предназначены для автоматического прекращения подачи газа к потребителям в случае недопустимого повышения или понижения его давления относительно заданных пределов. В ГРП (ГРУ) ПЗК устанавливают на газопроводе перед регулятором давления, а импульс конечного давления к нему подводят от контролируемой точки газопровода за регулятором.

ПЗК настраивается так, чтобы подача газа прекращалась:

- при давлении, превышающем максимально допустимое рабочее давление газа в газопроводе за регулятором на 25 %;

- при понижении давления до минимально возможного по конструктивным характеристикам ПЗК, либо до давления, на 200–300 Па (при низком давлении) или на 2000–3000 Па (при среднем давлении) большего того, при котором может прекратиться горение газа у горелок или произойти проскок пламени в них.

18. Выберите из предложенного списка тип трубопроводной арматуры, условное графическое изображение которой показано на рисунке.

(с) клапан обратный.

19. Выберите из предложенного списка тип трубопроводной арматуры, условное графическое изображение которой показано на рисунке.

(b) клапан регулирующий.

20. Выберите из предложенного списка тип устройства, условное графическое изображение которого показано на рисунке.

(а) теплообменник (подогреватель) поверхностный.

21. Выберите из предложенного списка тип устройства, условное графическое изображение которого показано на рисунке.

(d) насос.

22. К какому типу относится котельная, вырабатывающая тепловую энергию для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленных зданий?

(b) производственно-отопительная.

Производственно-отопительные – осуществляющие теплоснабжение технологических потребителей, а также дающие тепло для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленных, общественных, жилых зданий и сооружений.

23. Какие потребители тепла относятся к потребителям первой категории?

потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с опасностью для жизни людей;

потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с повреждением технологического оборудования;

потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с массовым браком продукции;

(d) все вышеперечисленные потребители.

По надежности отпуска тепла потребителям котельные относятся:

- к первой категории – котельные, являющиеся единственным источником тепла системы теплоснабжения и обеспечивающие потребителей первой категории, не имеющих индивидуальных резервных источников тепла;

- ко второй категории – остальные котельные.

Потребители тепла по надежности теплоснабжения относятся:

- к первой категории – потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с опасностью для жизни людей или со значительным ущербом народному хозяйству (повреждение технологического оборудования, массовый брак продукции);

- ко второй категории – остальные потребители тепла.

24. Для снижения давления пара до необходимого технологическому потребителю в производственных котельных используется

(с) редукционная установка.

25. Какой расход теплоты необходим, чтобы нагреть химически очищенную воду в подогревателе от 50 °C до 70 °C? Расход химически очищенной воды 5 кг/с. Теплоемкость воды принять равной 4,2 кДж/(кг·°C). Потерями теплоты в подогревателе пренебречь.

(а) Q=В(t₂-t₁)С=5*(70-50)4,2=420кВт.

26. Для нагрева сырой воды в подогревателе расходуется 630 кВт теплоты. Расход нагреваемой воды – 10 кг/с. Определите конечную температуру нагреваемой воды, если ее начальная температура равна 5 °C. Теплоемкость воды принять равной 4,2 кДж/(кг·°C). Потерями теплоты в подогревателе пренебречь.

(с) t₂=t₁ +Q/(G·с)=5+630/(10·4,2)=20·°C.

27. Определите расход воды на подогреватели сетевой воды, если расчетная тепловая нагрузка потребителей системы теплоснабжения – 10 МВт. Температура сетевой воды перед сетевыми подогревателями равна 70 °C, после них – 150 °C. Теплоемкость воды принять равной 4,2 кДж/(кг·°C). Потерями теплоты в подогревателе пренебречь.

(в) G=Q/[(t₂-t₁)с]=10000/[(150-70)4,2]=29,76кг/с.

28. В подогревателе сетевой воды вода нагревается от 70 °C до 150°C. Расход сетевой воды – 20 кг/с. Определите расход греющего пара на подогреватель сетевой воды, если разность энтальпий пара перед подогревателем и конденсата после подогревателя равна 2500 кДж/кг. Теплоемкость воды принять равной 4,2 кДж/(кг·°C). Потерями теплоты в подогревателе пренебречь.

(а) G_п= [G_в (t₂-t₁) с]/(I₁-I₂) = [ 20 (150-70)4,2] / 2500=2,688кг/с.

29. Частью, какого тракта котельной установки является барабан?

(в) пароводяного.

Котельная установка – это комплекс устройств, предназначенных для получения пара или горячей воды. Котельная установка может быть одной из составляющих тепловой электростанции или выполнять самостоятельные функции (отопление и горячее водоснабжение, технологическое водо- и пароснабжение.

В зависимости от назначения котельная установка состоит из парового или водогрейного котла и вспомогательного оборудования, обеспечивающего его работу. Последовательно включенные элементы котельной установки образуют тракты.

Топливный тракт– комплекс оборудования для подготовки топлива к сжиганию и подачи в топку. При использовании твердого топлива в него могут входить бункера, питатели сырого топлива и пыли, углеразмольные мельницы, мельничные вентиляторы, сепараторы, транспортеры, пылепроводы и т.п. При сжигании газа и мазута - газопроводы и мазутопроводы, расходомеры, запорная и регулирующая арматура.

Пароводяной тракт– представляет собой систему последовательно включенных элементов оборудования, в которых движется обогреваемый теплоноситель (поверхности нагрева котла, трубопроводы, барабаны, сепараторы, пароохладители и теплообменники в пределах котла, запорная и регулирующая арматура).

Газовоздушный тракт состоит из последовательно расположенных воздушного и газового трактов. Первый из них включает в себя совокупность оборудования для забора воздуха из атмосферы, нагрева и подачи его в топку котла (дутьевые вентиляторы, воздушные короба, воздухоподогреватели и горелочные устройства), второй – комплекс элементов котельной установки, по которым осуществляется движение продуктов сгорания (топка и другие газоходы котла, устройства для очистки дымовых газов, дымососы).

Паровой (водогрейный) котел – это устройство, в котором для получения пара (горячей воды) требуемых параметров используют теплоту, выделяющуюся при сгорании органического топлива. Основные элементы котла – топка и теплообменные поверхности.

Если в котле используют теплоту уходящих газов других технических устройств (ГТУ, технологических установок), его называют котлом-утилизатором. Котел-утилизатор в некоторых случаях не имеет топки и воздухоподогревателя, а его основные элементы – поверхности нагрева.

30. В паровом котле

(а) за счет теплоты, выделяющейся при сгорании органического топлива, генерируется пар заданных параметров.

31. За счет чего происходит движение воды и пароводяной смеси в испарительной системе барабанных котлов с естественной циркуляцией?

(в) за счет того, что плотность воды в необогреваемых трубах больше плотности пароводяной смеси в обогреваемых трубах.

По характеру движения воды, пароводяной смеси и пара паровые котлы подразделяются на барабанные с естественной циркуляцией, барабанные с многократной принудительной циркуляцией и прямоточные (рис. 4.1). В барабанных котлах с естественной циркуляцией движение пароводяной смеси в подъемных (обогреваемых) трубах и жидкости в опускных (необогреваемых) трубах происходит вследствие разности их плотностей. В котлах с многократной принудительной циркуляцией движение воды и пароводяной смеси осуществляется с помощью циркуляционного насоса. В прямоточных котлах нет циркуляционного контура, нет многократной циркуляции воды, отсутствует барабан, вода прокачивается питательным насосом через экономайзер, испарительные поверхности и пароперегреватель, включенные последовательно.

Рис. 4.1. Схемы движения воды, пароводяной смеси и пара в котлах: а – барабанном с естественной циркуляцией; б – барабанном с многократной принудительной циркуляцией; в – прямоточном; 1 – барабан; 2 – пароперегреватель; 3 – водяной экономайзер; 4 – питательный насос; 5 – обогреваемые трубы; 6 – опускные трубы; 7 – циркуляционный насос

32. К какому типу котлов по характеру движения воды, пароводяной смеси и пара относится котел ДЕ-25-14ГМ?

(а) барабанный с естественной циркуляцией.

Двухбарабанные водотрубные котлы Е-1/9-1, Е-1/9-1М, Е-1/9-1Г объединены общей конструктивной схемой. Котлы этой группы, имеющие паропроизводительность 1000 кг/ч, предназначены для работы, соответственно на твердом (антрацит АС и АМ) топливе, мазуте марки М100 и природном газе и служат для удовлетворения потребностей предприятий в насыщенном паре влажностью до 3% для покрытия технологических и теплофикационных нагрузок.

Паровой котел Е-1/9-1 состоит из верхнего и нижнего барабанов, расположенных на одной вертикальной оси. Барабаны соединены между собой пучком труб, образующих конвективную поверхность нагрева. Топочная камера экранирована двумя боковыми настенными экранами и потолочным экраном. Потолочный экран частично охватывает и фронт котла. Характерной особенностью циркуляционной схемы котла является отсутствие необогреваемых опускных труб.

В пособии «Паровые и водогрейные котлы. Зыков А. К., 1987» на рис. 12 приведены разрезы котла ДЕ-4-14ГМ. Для всех типоразмеров данного типа ширина топочной камеры принята одинаковой, равной 1790мм (по осям экранных труб). В зависимости от производительности котлов изменяется глубина топочной камеры (для ДЕ-4 1980мм, для ДЕ-25 6960мм) и связанная с ней глубина конвективного пучка. Средняя высота топочной камеры 2400мм.

33. К какому типу котлов по характеру движения воды относится котел ПТВМ-50?

(с) Прямоточный.

Водогрейные котлы типа ПТВМ предназначены для работы на газообразном (основное) и жидком (для кратковременной работы) топливе. Эти котлы имеют башенную компоновку, т.е. конвективные поверхности нагрева располагаются непосредственно над топочной камерой, выполненной в виде прямоугольной шахты. Топочная камера котлов полностью экранирована. Топка котлов типа ПТВМ-180 помимо фронтового, заднего и двух боковых экранов имеет два ряда двухсветных экранов, которыми она разделяется на три сообщающиеся камеры.

Конвективные поверхности нагрева котлов типа ПТВМ различной теплопроизводительности однотипны и отличаются только длиной П-образных змеевиков и числом параллельных змеевиков, составляющих одну секцию.

Принципиальной особенностью котлов башенной компоновки является применение большого числа сравнительно мелких горелок с подводом воздуха от индивидуальных дутьевых вентиляторов. В качестве горелочных устройств на котлах типа ПТВМ используются газомазутные горелки с периферийным подводом газа и механическим распыливанием мазута. Котлы работают на естественной тяге, и каждый котел имеет собственную дымовую трубу.

Котлы серии ПТВМ предназначены для получения горячей воды с температурой до 150 °С в отдельно стоящих котельных для использования в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначений и на ТЭЦ.

Водогрейный отопительный котел ПТВМ - пиковый теплофикационный водогрейный газомазутный, т.е. может быть использован для покрытия пиковой части графика тепловых нагрузок.

Изначально расшифровывался как - «пиковый теплофикационный водогрейный на мазуте», однако в последствии в Москве все эти котлы были переведены на газ.

Котлы серии  ПТВМ имеют следующие модификации: ПТВМ-30, ПТВМ-50, ПТВМ-60, ПТВМ-100 и ПТВМ-180, соответственно возрастающей теплопроизводительности (Гкал/час).

Все котлы ПТВМ, в основном, аналогичны между собой по конструкции, имеют башенную компоновку и выполнены в виде прямоугольной шахты, в нижней части которой находится полностью экранированная камерная топка.

Котлы собираются или из одинаковых, или из подобных элементов, что обеспечивает унификацию их производства. Конструкция этих агрегатов допускает полуоткрытую установку. В этом случае, в помещение заключена только нижняя часть котла, где расположены горелочные устройства, арматура, автоматика и дутьевые вентиляторы. Это снижает затраты на строительство здания теплостанции и создает удобства для летних ремонтов.

Для всех котлов, кроме ПТВМ-180, предусмотрена возможность их установки как со стальной дымовой трубой, непосредственно опирающейся на каркас котла, так и с отдельно стоящей железобетонной или кирпичной дымовой трубой.

ПТВМ-30 и ПТВМ-50 устанавливаются на районных тепловых станциях (РТС). ПТВМ-50 являются основным оборудованием РТС московского топливно-энергетического комплекса (по крайней мере, до 2000г.). Более мощные ПТВМ-100 установливаются как на РТС, так и на ТЭЦ. И наконец, мощные ПТВМ-180 только на ТЭЦ.

Котлы ПТВМ-З0 предназначены для получения  горячей воды давлением до 13,5МПа и температурой 150°С, используемой в системах отопления и горячего водоснабжения, а также для технологических целей. Топка котлов полностью экранирована трубами Ø160x3 мм, расположенными с шагом S=164 мм, и оборудована шестью газомазутными горелками, установленными встречно на боковых стенках.

Котел ПТВМ-100 6

1) конвективная поверхность нагрева;

2) газоплотные экраны топки и конвективного газохода;

3) шесть горелок;

4) две дутьевые машины;

5) система рециркуляции продуктов сгорания на всас дутьевых машин.

Технические характеристики котла «ПТВМ-30М»

Теплопроизводительность номинальная - МВт - 35

Вид топлива - газ/мазут

Рабочее давление воды - МПа 5

Температура воды на входе - °С 70

Температура воды на выходе - °С 150

Гидравлическое сопротивление - МПа 2,5

Диапазон регулирования теплопроизводительности

по отношению к номинальной - % 30-100

Масса котла расчетная - кг 77550

Масса трубной системы - кг 31360

Длина - мм 7980

Ширина - мм 9100

Высота - мм 14534

Расход воды - т/ч 370

Расход топлива:

газ - м³/ч 5200

мазут - кг 4355

Средняя наработка на отказ –ч, не менее 5000

Средний срок службы до списания - не менее:

лет 15

часов 75 000

КПД котла не менее, %:

газ - 92,2

мазут - 89,5

Эквивалентный уровень шума

в зоне обслуживания - ДБ не более 80

Температура наружной (изолированной)

поверхности нагрева котла - °С 45

Суммарное аэродинамическое сопротивление, кг/м²:

газ - 255,47

мазут - 316,42

Температура уходящих газов, °С

газ – 150

мазут - 270

Технические характеристики котлов «ПТВМ-50 - 120»

Технические характеристики	ПТВМ-50	ПТВМ-60	ПТВМ-100	ПТВМ-120
Топливо	газ/мазут
Теплопроизводительность, МВт	58,2	69,8	116,3	139,6
Расчетное (избыточное) давление воды на входе в котел, МПа	1,6
Температура воды на входе, °С
Температура воды на выходе, °С
Диапазон регулирования теплопроизводительности по отношению к номинальной, %	30-100
Гидравлическое сопротивление МПа, не более	0,25
Расход воды через котел, т/ч
Удельный расход условного топлива (расчетный), м3/МВтч / кг/МВтч	154/132	156/134	156/134	155/133
КПД котла, брутто, %, не менее, газ (мазут)	92,8 (91,1)	91,7	92,3(90,1)	92,3
Удельный выброс окислов азота не более, газ (мазут)	0,23 (0,34)
Масса метала котла, кг, расчетная (с трубой)
Средний срок службы до списания, лет, не менее

34. К какому типу котлов по характеру перемещения продуктов сгорания и воды относится котел АВ-2?

(d) газотрубный.

Автоматизированные жаротрубно-газотрубные котлы АПВ-2 и АВ-2 для теплиц включают:

горизонтальный трехходовой жаротрубно-газотрубный котел;

горелочное устройство с ротационной форсункой:

дутьевой вентилятор;

пароводяную (для АПВ-2), водяную (для АВ-2) и топливную арматуру;

систему автоматического управления, сигнализации и безопасности работы котла.

Основное топливо — природный газ. В качестве резервного топлива предусматривается применение солярового масла и печного топлива. Во всех видах топлива содержание серы допускается не более 0,5%.

Котлы имеют две модификации:

пароводогрейный котел АПВ-2, предназначен для производства 12 т/ч насыщенного пара при рабочем давлении 0,2 МПа (2 кгс/см2) (избыточном) в паровом режиме или для подогрева 280 т/ч воды с температурой от 70 до 95 °С при рабочем давлении 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) (избыточном) в водогрейном режиме;

водогрейный котел АВ-2, предназначен для иагрева 280 т/ч воды от 70 до 95 °С при рабочем давлении 0,07 МПа (0,7 кгс/см2), что соответствует номинальной теплопроизводительности 8,15 МВт (7 Гкал/ч).

Трехходовой по движению газов жаротрубно-дымогарный котел, например АВ-2 (рис. 4.7), состоит из горизонтального цилиндрического барабана с плоскими отбортованными днищами. Днища являются одновременно трубными досками для жаровой трубы, расположенной по оси барабана, труб второго газохода, находящихся в нижней части барабана, и труб третьего газохода, разделенного на два пучка, расположенных по обе стороны жаровой трубы. В передней части жаровой трубы устанавливается горелка. Для исключения перегрева металла жаровой трубы в районе горелки внутренняя ее поверхность на длине, примерно равной диаметру, защищена шамотной кладкой.

В задней части котла расположена охлаждаемая поворотная камера, в которой газы поворачивают из жаровой трубы в трубы второго газохода. По этим трубам они проходят во фронт котла в переднюю камеру, повернув в которой на 180°, продукты сгорания по дымогарным трубам третьего хода удаляются в сборный газоход, соединенный с боровом котельной.

Рис. 4.7. Водогрейный котел АВ-2: 1 – барабан; 2 – жаровая труба (первый газоход); 3 – дымогарные трубы второго газохода; 4 – дымогарные трубы третьего газохода; 5 – горелочное.

35. К какому типу котлов по характеру перемещения продуктов сгорания и воды относится котел БГМ-35М?

(а) - вертикальные водотрубные.

Паровые котлы типа Е-50-3.9-440ГМ (БМ-35РФ) Е-35-3,9-440ГМ (БГМ-35М).

Котлы типа БМ-35РФ; БГМ-35М предназначены для получения перегретого пара. Котлы работают на природном газе и мазуте в закрытых котельных и котельных полуоткрытого типа. Они рассчитаны для установки в районе с сейсмичностью до 9 баллов.

Котлы однобарабанные вертикальные водотрубные с естественной циркуляцией, выполненные по П-образной схеме компоновки поверхностей нагрева, с отдельно вынесенной шахтой воздухоподогревателя, трехходовые по движению продуктов сгорания. Диапазон регулирования по паропроизводительности 70 - 100 %. Котлы работают с уравновешенной тягой.

Обмуровка котла - тяжелая, закрепляемая на каркасе (с обшивкой для котла типа БМ-35РФ.)

Котел поставляется россыпью, за исключением трубчатого воздухоподогревателя, поставляемого отдельными блоками.

Наименование показателей Е-50-3.9-440ГМ (БМ-35РФ) Е-35-3.9-440ГМ (БГМ-35М) Номинальная паропроизводительность, т/ч 35; 45 Давление перегретого пара, МПа (кгс/см2) 4,0 (40) 4,0 (40) Температура перегретого пара, °С Температура питательной воды, °С Топливо Газ, мазут Газ, мазут Сейсмичность района установки, балл Коэффициент полезного действия, % 93,4/90,9 93,3/91,3,9 Габаритные размеры котлоагрегата, м:     длина 15,3 14,4 ширина 11,1 9,3 высота 16,7 14,9 Масса котла, т

36. Какие потери теплоты определяют величину КПД топочных устройств?

(b) потери теплоты от химической и механической неполноты горения.

37. Какие виды органического топлива можно сжигать в камерных топках?

(d) твердое, жидкое и газообразное.

Топка – устройство котла, предназначенное для сжигания органического топлива, частичного охлаждения продуктов сгорания и выделения золы.

Топки подразделяются на слоевые, камерные и вихревые. При слоевом процессе сжигания топлива (рис. 4.2, а) поток воздуха проходит через неподвижный или движущийся в поперечном направлении слой топлива.

Чтобы частицы топлива, лежащие на решетке, не уносились потоком, их вес должен быть больше подъемной силы воздуха, действующей на каждую частицу. Характерной особенностью слоевого сжигания топлива является наличие значительного количества горящего топлива в топке. Это обеспечивает устойчивость работы топки и позволяет при изменении нагрузки котла регулировать работу топки первоначально только изменением количества подаваемого воздуха.

Рис. 4.2. Схемы топочных процессов сжигания топлива.

Если крупнозернистое топливо находится во взвешенном состоянии и не перемещается с потоком газов, то образуется «кипящий слой» (рис. 4.2, б).

При факельном (камерном) топочном процессе (рис. 4.2, в) частицы топлива движутся вместе с газовоздушным потоком через топку, находясь во взвешенном состоянии. При этом время пребывания частиц топлива в топке незначительно, скорость обтекания частиц воздухом и количество горящего топлива также незначительные. Факельный процесс чувствителен к изменению режимов работы, поэтому необходимо тщательно регулировать подачу топлива и воздуха в топку.

При вихревом топочном процессе частицы топлива организованно циркулируют по определенным траекториям до полного выгорания, поэтому в топках можно сжигать более крупные частицы (3–5 мм). Более совершенным вихревым топочным процессом является циклонный процесс (рис. 4.2, г).

Камерные топки позволяют сжигать любое топливо – жидкое, газообразное и твердое в виде пыли. Камерная топка состоит из горелок и топочной камеры. Горелка – устройство, предназначенное для подачи топлива к месту смешения его с воздухом и сжигания, обеспечения стабильного сжигания и регулирования горения.

38. Инжекционные горелки все без исключения являются

(b) горелками с неполным предварительным смешением газа с воздухом.

Инжекционная газовая горелка низкого давления по принципу организации смешения газа с воздухом относится к газовым горелкам с частичным предварительным смешением.

Рис. 2 Инжекционная газовая горелка низкого давления: 1 - сопло, 2 - конфузор, 3 - горловина, 4 - диффузор, 5 - огневой насадок, 6 - регулятор первичного воздуха.

Струя газа в горелке под давлением выходит из сопла 1 с большой скоростью и за счет своей энергии захватывает в конфузоре 2 воздух, увлекая его внутрь горелки. Смешение газа с воздухом происходит в смесителе, состоящем из конфузора 2, горловины 3 и диффузора 4.

Разрежение, создаваемое инжектором, возрастает с увеличением давления газа в горелке. При этом изменяется количество подсасываемого первичного воздуха (от 30 до 70%), необходимого для полного сгорания газа.

Количество воздуха, поступающего в газовую горелку, можно изменять при помощи регулятора первичного воздуха 6, представляющего собой шайбу, вращающуюся на резьбе. При вращении регулятора изменяется расстояние между шайбой и конфузором и таким образом регулируется подача воздуха.

Для обеспечения полного сгорания топлива в газовой горелке часть воздуха поступает за счет разрежения в топке. Регулирование расхода вторичного воздуха производится путем изменения разрежения в топке.

Инжекционные газовые горелки обладают свойством саморегулирования, т.е. возможностью обеспечения постоянства соотношения между количеством поступающего в горелку газа и количеством подсасываемого ими первичного воздуха. При этом, если подача воздуха в горелку при помощи шайбы отрегулирована по цвету пламени или показанию газоанализатора на полное сгорание газа и газовая горелка работает спокойно без шума, то дальнейшее изменение ее нагрузки можно проводить, увеличивая или уменьшая только расход газа, не меняя положения воздушной шайбы.

Изменяя режим работы газовой горелки, необходимо следить за устойчивостью ее пламени, так как на характер горения газа влияют не только количество подаваемого в нее первичного воздуха, но и количество вторичного воздуха, поступающего в топку.

Инжекционная горелка среднего давления ИГК конструкции Казанцева относится к горелкам с полным предварительным смешением.

Рис. 3 Инжекционная горелка ИГК среднего давления конструкции Казанцева: 1 - пластинчатый стабилизатор горения, 2 – смеситель, 3 - регулятор подачи воздуха, 4 - газовое сопло 5 – гляделка.

Газ, поступающий в газовую горелку горелку через газовое сопло 4, инжектирует воздух в необходимом для сжигания количестве. В смесителе 2, состоящем из конфузора, горловины и диффузора, осуществляется полное перемешивание газа с воздухом.

В конце диффузора в газовой горелке установлен пластинчатый стабилизатор 1, который обеспечивает устойчивую работу горелок без отрыва и проскока пламени в широком диапазоне нагрузок.

Стабилизатор горения состоит из тонких стальных пластин, расположенных на расстоянии примерно 1,5 мм одна от другой. Пластины стабилизатора стянуты между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоздушной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов горения, за счет теплоты которых происходит непрерывное поджигание газовоздушной смеси. Фронт пламени удерживается на определенном расстоянии от устья горелки.

Регулирование подачи воздуха производится с помощью регулятора 3. На внутренней его поверхности укреплен клеем шумопоглощающий материал. В регуляторе выполнено смотровое окно - гляделка 5 для наблюдения за целостностью стабилизатора.

Вследствие хорошего перемешивания газа с воздухом инжекционные горелки обеспечивают создание малосветящегося факела с полным сгоранием газа при малых коэффициентах избытка воздуха.

Преимущества инжекционных горелок:

· простота конструкции;

· устойчивая работа горелки при изменении нагрузок;

· надежность работы и простота обслуживания;

· отсутствие вентилятора, электродвигателя для его привода, воздухопроводов к горелкам;

· возможность саморегулирования, т. е. поддержания постоянного соотношения газ-воздух.

Недостатки инжекционных горелок:

· значительные габариты горелок по длине, особенно горелок увеличенной производительности (например, горелка ИГК-250-00 номинальной производительностью 135 м?/ч имеет длину 1 914 мм);

· высокий уровень шума у инжекционных горелок среднего давления при истечении газовой струи и инжектировании воздуха;

· зависимость поступления вторичного воздуха от разрежения в топке (для инжекционных горелок низкого давления), плохие условия смесеобразования в топке, приводящие к необходимости увеличения общего коэффициента избытка воздуха до α=1,3...1,5 и даже выше для обеспечения полного сгорания топлива.

Рис. 5 Горелка газовая инжекционная ИГК: 1 - корпус, 2 - стабилизатор, 3 - сопло, 4 - глушитель шума

39. Форсунки, в которых распыление топлива происходит за счет потенциальной энергии мазута, называются

(a) механическими.

Форсунка предназначена для подачи жидкого топлива в топку и его распыливания. В настоящее время находят применение форсунки, отличающиеся по способу распыления жидкого топлива: механические, с распыоивающей средой (паромеханические, воздшно механические), ротационные и комбинированные форсунки.В механических форсунках распыливание осуществляется главным образом за счёт энергии топлива при продавливании его под давлением через небольшое отверстие – сопло (рис. 3.18а), или за счёт центробежных сил, создаваемых при закручивании топлива (рис. 3.18б), или при вращении самой форсунки (рис. 3.18в. Дальнейшее размельчение капель происходит под действием давления окружающей среды. Рис. 3.18. Схема форсунок для распыливания жидкого топлива: а – прямоструйная; б – центробежная; в – с вращающейся чашей; г – высокого давления, д – низкого давления; е – комбинированная.В форсунках с распыоивающей средой распыливание осуществляется за счёт энергии движущегося с большой скоростью распыливателя пара или воздуха (рис. 3.18г и д).В комбинированных форсунках (рис. 3.18е) с распыоивание осуществляется за счёт совместного использования энергии топлива и энергии распыливающей среды.Дроблению, выходящей из форсунки струи топлива, способствуют возникающие в ней пульсации (колебания) давления, интенсивность которых зависит от скорости истечения струи. Волновые колебания способствуют распаду струи на отдельные капли. Дальнейшее дробление капель при их движении происходит вследствии превышения давления окружающей среды над силами поверхностного натяжения, стремящимися сохранить сферическую форму капель.С повышением температуры топлива силы поверхностного натяжения изменяются незначительно, но заметно уменьшаетс его вязкость ( сила внутреннего трения). По этой причине мазут перед сжиганием подогревают до 90-120°С, что облегчает также условия его транспортировки по трубам. Размеры получаемых капель зависят от особенностей форсунки и уменьшаются с уменьшением выходного отверстия, с понижением поверхностного натяжения топлива, с увеличением относительной скорости капли и среды и с увеличением плотности последней.Для механической центробежной форсунки (рис. 3.18б) тонкость распыливания определяется в основном скоростью истечениря топлива, корорая зависит от перепада давления Δр. Средний диаметр капель: d_ср=к₁ D^(0,35÷0,5)/Δр^(0,5÷1) , где D – диаметр отверстия сопла.Мазут поступает к форсункам под давлением 2,0-3,5МПа. Малые выходные отверстия (1,5-3,5мм) обуславливают необходимость тщательной фильтрации мазута перед сжиганием. Для механических форсунок вязкость мазута рекомендуется поддерживать около 2,5°ВУ, для этого мазут марок 40 и 40В необходимо подогревать до 90-100°С, марок 100 и 100В – до 110-120°С. Во избежание застывания мазута в трубопроводах мазутные линии прокладывают вместе с паровыми и снабжают общей изоляцией.Имеются различные типы механических мазутных форсунок. Широкое распространение получили форсунки завода «Ильмаине». На рис. 3.19 показана механическая форсунка типа ОН-547, предназначенная для распыливания топочного мазута в топках стационарных паровых котлов. Они выпускаются нескольких типоразмеров: ОН-547-02 производительностью 0,167кг/с (при перепаде давления 2МПа) и 0,22кг/с (при перепаде давления 3,5МПа). Длина форсунок 400-4000мм. К головке мазут поступает через ствол 2, проходит через отверстия распределителя 3 в кольцевой канал, затем по тангенциальным каналам завихрителя 4 попадает в его камеру, приобретая вращательно-поступательное движение и далее выбрасывается через сопло в топку в виде плёнки, имеющей форму гиперболоида вращения – пелены. Сталкиваясь с окружающей средой, плёнка распадается на капли, которые дробятся. Рис. 3.19. Форсунка механическая средняя типа ОН-547: 1 – колодка с соединительными и крепёжными деталями; 2 – ствол; 3 – распределитель; 4 – завихритель; 5 – сопло; 6 – гайка накидная.Производительность механических форсунок регулируется изменением давления мазута перед форсункой, что определяет малый диапазон регулирования.Производительность: В₂/В₁= (р₂/р₁)^0,5, то при изменении давления в 3 раза расход изменится в 1,73 раза. Снижение давления ниже 1-1,2 МПа п о условиям необходимого распыливания мазута не рекомендуется. Более глубокое понижение нагрузки котла можно проводить только выключением части форсунок.Для форсунок с распыливающей средой тонкость распыливания определяется в основном относительной скоростью распыливающей среды и топлива w.Средний диаметр капель: d_ср=к₂ D^(0,34÷0,55)/ w^(0,9÷1,25) , где D – диаметр отверстия сопла (струи).Важнейшим преимуществом механических форсунок является значительное уменьшение (примерно в 10 раз) расхода энергии на собственные нужды. Они создают при работе значительно меньший шум, более компактны. Их работа не вызывает не вызывает увеличение содержания водяных паров в продуктах сгорания. Механические форсунки дают более короткий факел с большим углом раскрытия. Существенным недостатком механических форсунок является относительно малый диапазон изменения их производительности (80-100% по сравнению с 20-100% у паровых форсунок). В котлах среней и большой производительности при постоянной работе на мазуте применяют механические форсунки, как наиболее экономичные. Паровые форсунки используются для установок малой мощности и в качестве растопочных.

40. В котле экраны, размещенные на стенах топки, являются

(b) только радиационными поверхностями.

41. Пар в пароперегревателе может быть перегрет за счет

(a) теплообмена излучением либо конвективного теплообмена с продуктами сгорания топлива.

42. Для чего предназначен водяной экономайзер?

(d) для подогрева питательной воды перед ее поступлением в испарительную часть котла за счет использования теплоты продуктов сгорания органического топлива.

43. Где в водогрейном котле обычно размещают пароперегреватель?

(d) в водогрейных котлах не предусмотрен пароперегреватель.

44. С какой целью осуществляется непрерывная продувка котла?

(a) для удаления растворенных в котловой воде солей.

В барабанных котлах с естественной и многократной принудительной циркуляцией для исключения возможности образования накипи необходимо, чтобы концентрация солей в воде была ниже критической, при которой начинается их выпадение в осадок. С целью поддержания требуемой концентрации солей из котла продувкой выводится некоторая часть воды и вместе с ней удаляются соли, оставшиеся разбавляются питательной водой. Применяют непрерывную и периодическую продувку котла. Непрерывная продувка обеспечивает равномерное удаление из котла накопившихся растворённых солей и осуществляется из места с наибольшей их концентрации в верхнем барабане. Периодическая продувка применяется для удаления шлама, осевшего в элементах котла, и производится из нижних барабанов и коллекторов через каждые 12-16ч.Схема непрерывной продувки котла показана на рис. 4.1. Вода непрерывной продувки подаётся в расширитель, где поддерживается давление меньше, чем в котле. При этом часть воды испаряется и ипар поступает в диаэратор. Оставшаяся в расширителе вода удаляется через теплообменник и после её охлаждения сливается в дренажную систему. Непрерывная продувка р, %, устанавливается по допустимой концентрации в воде котла растворимых примесей, чаще всего по общему солесодержанию, и выражается в процентах паропроизводительности котла:р=D_пр/(100D), где D_пр и D – расходы продуцвочной воды и номинальная паропроизводительность, кг/ч.Расход питательной воды при наличии продувки составляет:D_пв = D+ D_пр.Количество воды, удаляемое непрерывной продувкой, устанавливается из уравнения солевого баланса котла:D_пв S_пв = D S_п + D_пр S_пр + D S_отл, где D_пв - расход питательной воды; S_пв, S_п и S_пр – солесодержание питательной воды, пара и продуцвочной воды, кг/кг; - количество веществ, отлагающихся на поверхностях нагрева, отнесённое к 1кг получаемого пара, мг/кг. Рис. 4.1. Схема непрерывной продувки котла при одноступенчатой системе испарения: 1 – труба с отверстиями по длине для отвода продувочной воды; 2 – труба для подвода питательной воды. В котлах низкого и среднего давления количество солей уносимых паром, незначительно и член D S_отл в этом уравнении примерно равен нулю. Отложение солей при нормальной работе котла не допускается, следовательно DS_отл=0, и тогда количество воды удаляемое с продувкой: D_пр = D_пв S_пв / S_пр. Получаем продувку р=100 S_пв /(S_пр - S_пв), %.В котлах высокого давления уносом паром примисей гидроксидов металлов и SiО₂ пренебрегать нельзя и продувка будет:р=100 (S_пв -S_п)/(S_пр - S_пв), %.На каждый килограмм продувочной воды расходуется теплота без учёта работы подогревателя, работающего на этой воде:q=(h_пр-h_пв)/η_к, где h_пр и h_пв – энтальпия продувочной и питательной воды, кДЖ/кг; η_к - КПД котла.Правилами технической эксплуатации непрерывная продувка котла при питании его смесью конденсата и обессоленной воды или дистиллята должна быть не более 0,5%; при добавке к конденсату химически очищенной воды – не более 3%; если потери пара, отбираемые на производство, превышают 40% - не более5%.При указанных нормах продувки и частичном использовании теплоты продувочной воды потери тепла с прдувкой составят 0,1-0,5% теплоты топлива. Для уменьшения этих потерь необходимо уменьшать количество выводимой из котла воды. Продувку уменьшают при помощи ступенчатого испарения воды (ступенчатой продувки). Для этого испарительная система котла разделяется на ряд отсеков, соединенных по пару и разединённых по воде. Питательная вода подаётся только в первый отсек. Для второго отсека питательной водой служит продувочная вода из первого отсека и т. д. (обычно используют два или три отсека). Продувку котла осуществляют из последнего отсека. При двухступенчатом испарении система делится на две неравные части: чистый отсек, где вырабатывается 75-85% пара и солевой отсек, где вырабатывается 25-15% пара.На рис. 4.2 показана схема схема испарительной системы с двухступенчатым испарением с солевыми отсеками, расположенными внутри барабана котла, в его торцах, на рис. 4.2б – с выносными циклонами, которые вместе с включёнными в них экранами образуют солевые отсеки котла. Рис. 4.2. Схема продувки котла при ступенчатой системе испарения: а – с солевыми отсчеками внутри барабана; б – с выносными циклонами-сепараиорами второй ступени испарения; 1 – подвод питательной воды, 2 – отвод пара, 3 – продувка чистого отсека, 4 – продувка солевого отсека, 5 – испарительные поверхности нагрева, включённые в солевой отсек, 6 – испарительные поверхности нагрева, включённые в чистый отсек.В нижней части верхнего барабана отопительного котла имеются патрубок, через который осуществляется непрерывная продувка котла с целью снижения солесодержания котловой воды и поддержания его на заданном уровне, а также две контрольные легкоплавкие пробки, сигнализирующие об упуске воды.

Нижний барабан отопительного котла является шламоотстойником; из него по специальному перфорированному трубопроводу проводится периодическая продувка котла.

45. С какой целью осуществляется периодическая продувка котла?

(b) для удаления шлама, осевшего в элементах котла.

46. Что входит в задачу поверочного расчета котла?

(b) определение КПД котла, расхода топлива, параметров теплоносителей на границах всех поверхностей нагрева.

Тепловой расчет теплогенерирующей (котельной) установкипроводится по методике, представленной в Нормативном методе теплового расчета котлов, и может быть поверочнымиликонструктивным.

Методика поверочного и конструктивного расчетов является в основе общей. Различие заключается в задачах расчета, исходных данных и определяемых величинах.

Поверочный расчет проводят при переводе котла на сжигание непроектного топлива, перед реконструкцией поверхностей нагрева, для оценки возможности повышения паропроизводительности котла или параметров пара.

При поверочном расчете известны все конструктивные характеристики поверхностей нагрева (диаметр и толщина стенки труб, их шаги, площадь поверхности нагрева, проходные сечения по газам и обогреваемому теплоносителю), состав и характеристики топлива, параметры назначения.

В задачу поверочного расчета входят определение КПД котла и расхода топлива, а также параметров теплоносителей на границах всех поверхностей нагрева для оценки надежности работы котла на заданном виде топлива. Промежуточные температуры теплоносителей и температура уходящих газов за котлом вначале неизвестны, поэтому расчет ведется методом последовательных приближений. Температурой уходящих газов и температурой горячего воздуха задаются с последующим уточнением. Расчет считается законченным, если различие между принятым и полученным значением не превышает ±10°С.

47. Какая из статей потерь теплоты в котле является наибольшей?

(a) потеря теплоты с уходящими газами.

Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле

q₂=(I_ух-α_ух I⁰ _х.в.)(100-q₄)/Q^р_р,

где I_ух — энтальпия уходящих газов, определяется по табл. 13 при соответствующих значениях α_ух и выбранной температуре уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³; I⁰ _х.в. — энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при t_B = 30°С по формуле (I⁰ _х.в. =39,8V⁰), кДж/кг или кДж/м³; α_ух — коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, берется в сечении газохода после последней поверхности нагрева; q₄ — потеря теплоты от механической неполноты горения (для газа и мазута q₄ = 0. для твердого топлива в зависимости от типа топочного устройства принимается по табл. для каждого типа топки), %.

48. Чем обусловлена потеря теплоты от механической неполноты горения?

(c) наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц.

Потеря теплоты от механической неполноты горения (q₄) наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Очаговые остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе, и твердых горючих частиц, не вступивших в процессы газификации и горения. Считается, что твердые горючие частицы представляют собой чистый углерод.

Очаговые остатки покидают топку с провалом, шлаком и уносом. Вся зола (А^р), содержащаяся в топливе при слоевом сжигании, может перейти частично в провал, шлак и унос. Следовательно, если принять количество золы, поступившее в топку, за 100 %, то золовой баланс топки может быть представлен уравнением

а_пр + а_шл + а_ун= 100,

где а_пр, а_шл, а_ун —доля золы топлива, перешедшая в провал, шлак, унос, %.

Потеря теплоты от механической неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха. При слоевом сжигании топлива потеря (q₄) зависит также от зольности топлива, а при факельном сжигании не зависит.

49. Каким образом определяется КПД брутто котла по уравнению обратного баланса?

(b)

котла. Коэффициентом полезного действия котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте отопительного котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).

о разности выработанной и отпущенной теплоты определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

В итоге КПД-брутто котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто — коммерческую экономичность. Для котельного агрегата КПД-брутто, %:

по уравнению прямого баланса:

η_бр = 100 Q_пол / Q_р^р,

где Q_пол — количество полезно используемой теплоты, МДж/кг; Q_р^р — располагаемая теплота, МДж/кг;

по уравнению обратного баланса:

η_бр = 100 - (q_у.г + q_х.н + q_н.о),