Паровые котлы виды и классификация

Методы и инструменты, используемые в процессе ремонта

Устройство барабанного котла предопределяет возникновение дефектов в районе кольцевых и стыковых швов, проявляющихся в виде трещин, шлаковых включений, пор. Если возникшие остаточные включения не снимаются в ходе термической обработки, то трещины возникают и на внутренних поверхностях. Специфика ремонта барабанных котлов, в случае возникновения таких дефектов, зависит от глубины трещин, составляющей 1 – 6 мм. Ремонт парового агрегата, будет состоять в снятии поверхностного металлического слоя толщиной до 8мм.

Удаление слоя металла осуществляется, посредством шлифовальной машины. Обеспечить полноценный ремонт, поможет абразивный круг, имеющий зернистость 50мкм. Устранение дефектов проводится под контролем ультразвуковой, а порой и магнитопорошковой дефектоскопии.

Выполнив выборку дефекта, требуется проверить прочность элементов парового агрегата, подвергшихся удалению слоя металла. Проводится ремонт барабанов котлов посредством сварки, с использованием следующих электродов: УОНИ-13/55 (сталь 16ГНМ), УОНИ-13/45 (сталь 22К).

Метод ремонта парового агрегата зависит от размеров дефектов. Если трещина имеет глубину 6мм, то она просто вырубается посредством пневматического зубила, а впоследствии зачищается абразивным кругом. Когда трещина такого размера появляется на трубном отверстии, её ремонт проводится методом рассверливания и расточки. Ускорить ремонт парового агрегата, позволит использование фрезерных станков, посредством которых осуществляется выборка трещин.

Достоинства и недостатки

Котел-утилизатор снижает энергетические выбросы От других типов котлоагрегатов рассматриваемые устройства отличаются отсутствием потребности в добавочном топливе. Утилизатор функционирует только на газовых отходах. Это позволяет использовать топливо значительно эффективнее, а также снизить затраты на очистку выхлопов. Кроме того, применение таких котлов на предприятиях положительно влияет на окружающую среду. Энергетические выбросы существенно понижаются. За счет снижения объемов сжигаемого топлива, содержащего углеводород, в атмосферу попадает значительно меньшее количество парниковых газов. Энергосберегающий производственный цикл снижает издержки предприятия.

Классификация котельных агрегатов

Котлы как технические устройства для производства пара или горячей воды отличаются многообразием конструктивных форм, принципов действия, используемых видов топлива и производственных показателей. Но по способу организации движения воды и пароводяной смеси все котлы могут быть разделены на следующие две группы:

— котлы с естественной циркуляцией;

— котлы с принудительным движением теплоносителя (воды, пароводяной смеси).

В современных отопительных и отопительно-производственных котельных для производства пара используются в основном котлы с естественной циркуляцией, а для производства горячей воды — котлы с принудительным движением теплоносителя, работающие по прямоточному принципу.

Современные паровые котлы с естественной циркуляцией делают из вертикальных труб, расположенных между двумя коллекторами (верхним и нижним барабанами). Их устройство показано на чертеже на рис. 10, фотография верхнего и нижнего барабана с соединяющими их трубами — на рис. 11, а размещение в котельной — на рис. 12. Одна часть труб, называемых обогреваемыми «подъемными трубами», нагревается факелом и продуктами сгорания топлива, а другая, обычно не обогреваемая часть труб, находится вне котельного агрегата и носит название «опускные трубы». В обогреваемых подъемных трубах вода нагревается до кипения, частично испаряется и в виде пароводяной смеси поступает в барабан котла, где происходит ее разделение на пар и воду. По опускным не обогреваемым трубам вода из верхнего барабана поступает в нижний коллектор (барабан).

Движение теплоносителя в котлах с естественной циркуляцией осуществляется за счет движущего напора, создаваемого разностью весов столба воды в опускных и столба пароводяной смеси в подъемных трубах.

Рис. 10. Паровой котел серии КЕ, работающий на твердом топливе

Рис. 11. Верхний и нижний барабаны и трубы парового котла

Рис. 12. Паровой котел с верхним и нижним барабанами в котельной

В паровых котлах с многократной принудительной циркуляцией поверхности нагрева выполняются в виде змеевиков, образующих циркуляционные контуры. Движение воды и пароводяной смеси в таких контурах осуществляется с помощью циркуляционного насоса.

В прямоточных паровых котлах кратность циркуляции составляет единицу, т.е. питательная вода, нагреваясь, последовательно превращается в пароводяную смесь, насыщенный и перегретый пар.

В водогрейных котлах вода при движении по контуру циркуляции нагревается за один оборот от начальной до конечной температуры.

По виду теплоносителя котлы разделяются па водогрейные и паровые. Основными показателями водогрейного котла являются тепловая мощность, то есть теплопроизводительность, и температура воды; основными показателями парового котла — паропроизводительность, давление и температура.

Водогрейные котлы, назначением которых является получение горячей воды заданных параметров, применяют для теплоснабжения систем отопления и вентиляции, бытовых и технологических потребителей. Водогрейные котлы, работающие обычно по прямоточному принципу с постоянным расходом воды, устанавливают не только на ТЭЦ, но и в районных отопительных, а также отопительно-производственных котельных в качестве основного источника теплоснабжения.

Рис. 13. Устройство парового котла

Рис. 14. Примеры размещения котлов и другого оборудования в котельной

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы (парогенераторы) могут быть разделены на две группы: водотрубные котлы и жаротрубные котлы. В водотрубных парогенераторах внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В жаротрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а вода омывает трубы снаружи.

По принципу движения воды и пароводяной смеси парогенераторы подразделяются на агрегаты с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией. Последние подразделяются на прямоточные и с многократно-принудительной циркуляцией.

Примеры размещения в котельных котлов разной мощности и назначения, а также другого оборудования, показаны на рис. 14- 16.

Рис. 15. Примеры размещения котлов и другого оборудования в котельной

Рис. 16. Примеры размещения бытовых котлов и другого оборудования

Объём котловой воды

Появление первых паровых котлов относят к середине XVII столетия. Твёрдое топливо, никакой автоматизации, в качестве «горелки» — кочегар. Понятное дело, что ни о какой равномерной подаче топлива в топку речи не шло, и на тот момент ситуацию с нужными параметрами пара исправлял большой объём котловой воды (позволял в прок запастись тепловой энергией) и подрывной клапан (в случае избытка энергии стравливал эту самую энергию в окружающую среду). С появлением дизельного топлива и газа в начале XIX века и в последствии значительного развития технологий автоматизации, горения и водоподготовки позволило значительно уменьшить размеры паровых котлов при сохранении качества и количества генерируемого пара.

Малый объём котловой воды

Конструктивные особенности, классификация по температуре и способу выполнения

Водогрейные котлы, встречающиеся сегодня на прилавках, имеют относительно одинаковое устройство. Существенные различия заключаются в конкретных изготовителях (они бывают как иностранными, так и российскими), а также в максимальной мощности оборудования.

Если же говорить конкретно о конструктивных особенностях, то с этой точки зрения котлы могут быть газотрубными (или, как их еще называют, жаротрубными) и водотрубными. Ознакомимся детальнее с каждой из категорий.

1. Жаротрубные модели. Их отличительной чертой можно считать наличие специальных трубок, посредством которых движутся нагретые продукты сжигания энергоносителя.  Что касается принципа действия такого оборудования, то он основывается на применении автоматизированных горелок, оснащенных дутьевыми вентиляторами. Благодаря дымогарным трубкам вода, находящаяся снаружи них, нагревается. Стоит заметить, что в быту такие модели практически никогда не применяются.
2. Водотрубные модели. Им свойственны особые кипятильные трубки, посредством которых перемещается теплоноситель. А для нагрева этих трубок используются продукты сжигания топлива. Прогреваются котлы водотрубного типа достаточно быстро, вы с легкостью сможете регулировать их, если будут изменяться нагрузки. Помимо этого, эксплуатация данного оборудования предусматривает также возможность серьезных перегрузок. Что же касается взрывоопасности этих котлов, то она на достаточно низком уровне.

Заметим, что низкотемпературный режим функционирования предусматривает достаточно экономный расход топлива, но при этом на поверхности прибора появляется конденсат, способный отрицательно повлиять на материалы, контактирующие с продуктами сжигания энергоресурсов. По этой причине к материалам, которые используются в производстве котлов, выдвигаются крайне суровые требования.

Агрегаты, которые генерируют перегретую воду, характеризуются большим сроком службы и высокой надежностью. При работе они практически не шумят, да и выброс отходов при этом минимален. Еще эти агрегаты оборудуются удобными и простыми системами контроля. Устанавливаются быстро, в трудоемком техобслуживании не нуждаются.

Твердотопливные котлы

Это самый дешёвый способ отопления. Уголь, являющийся основным энергоносителем, недорог и весьма доступен. Машины всевозможнейших размеров, доверху наполненные углем, стоят на всех выездах из города, да и объявлений в газетах более чем достаточно. Тем не менее и в этой категории котлов есть свои тонкости.

Твердотопливные котлы делятся на две основные категории: классические и длительного горения.

С «классикой» всё понятно – самостоятельно растапливаем, закидываем уголь, чистим от золы. Никакой автоматики, но зато и минимальная энергозависимость, т. е. при отключении электричества котёл будет продолжать работать. Но температуру в помещении придётся выставлять вручную.

Твердотопливные котлы длительного горения зачастую нафаршированы всевозможнейшими автоматизированными штучками, что значительно уменьшает ваши трудозатраты. Эти «ребята» сами способны себя затопить, есть возможность автоматически регулировать температуру, да и работают они «от загрузки до загрузки» дольше и экономичнее.

Плюсы. Топливо дёшево и легкодоступно (обойдётся всего в полторы-две тысячи в месяц на 100 кв. м), вы не столкнётесь с проблемой, что, например, неоткуда взять угля (но лучше всё-таки всегда иметь недельный запас).

Минусы. Классическому твердотопливному типу котла необходим постоянный контроль – иногда подбрасывать топливо приходится несколько раз в сутки. Помимо этого, в зависимости от степени сгорания топлива до момента следующей закладки температура в доме может варьироваться в пределах пяти градусов, что в сибирские морозы более чем ощутимо. Они надёжны, не зависят от электроэнергии (если только не оснащены изрядным количеством автоматики), а их недостатки частично можно сгладить с помощью термобаллонов и теплоаккумуляторов – это позволит уменьшить число закладок топлива и избежать температурных скачков.

У котлов длительного горения таких проблем меньше, но и цена их разительно отличается от «классики». И опять же уголь в них хоть и реже, но всё равно надо засыпать. И если вы не продумали этот момент при строительстве котельной, то придётся периодически заниматься угольно-ведёрным фитнесом.

Принцип работы

В основе принципа работы барабанного котла заложен нагрев воды в замкнутом или проточном контуре (с чёткой границей разделения газовой и жидкой сред в барабане без полного выкипания влаги) с получением высокотемпературного пара, последующим его охлаждением и отводом в отопительную систему. Различают две основных конструкции, имеющих принципиальные отличия в циркуляции теплоносителя: с естественной и принудительной циркуляцией.

Барабанный котёл с естественной циркуляцией работает следующим образом:

1. К горелке, расположенной в топке, подводится и сгорает топливо. Воздух для поддержания процесса горения нагнетается при помощи вентилятора или подсасывается естественным способом через отверстия между колосниками. Для повышения экономичности в некоторых конструкциях реализован прогрев воздуха с использованием дымовых газов.
2. Тепловой поток от горелки прогревает поверхность топочной камеры. Дымовой газ после отдачи тепла охлаждается и отводится через дымовую трубу в атмосферу.
3. В котёл подаётся вода. Предварительно она очищается катионовыми фильтрами и понижается её жёсткость, после чего поступает в деаэратор для удаления коррозионно-активных газов. Полностью подготовленная к циркуляции вода попадает в специальный бак.
4. Вода отбирается из бака по мере необходимости через экономайзер в паровой котёл.
5. При нагреве от дымовых газов вода поступает в верхний барабан, затем по трубам опускается в коллектор экранов либо в нижний барабан. Оттуда по трубам снова возвращается в верхний барабан, где расположена граница между водной и паровой средой. При этом объём воды в результате нагрева снижается за счёт парообразования.
6. Пар из барабана поступает в пароперегреватель для достижения заданной температуры, после чего идёт в паровой коллектор, подключённый к отопительной системе.
7. Через 12-16 часов работы котла для нижнего барабана выполняется процедура продувки, которая позволяет своевременно удалять часть отработанной воды вместе с растворёнными солями и заменять её на новую. В верхнем барабане очистка проводится в постоянном режиме.
8. Регулировка температуры нагрева осуществляется посредством добавления воды в пар, прохождением части нагретого пара к коллектору, минуя пароперегреватель, контролированием размера пламени в горелке, рециркуляцией продуктов сгорания. Некоторые конструкции котлов имеют специально установленные пароохладители, имеющие прямой контакт с пароперегревателями.
9. После непрерывной работы в течение 16-20 дней выполняется продувка, позволяющая удалить из нижней части объёма шлам. Для этого открывают специальные вентили и сбрасывают воду через расширитель с охлаждением прямо в канализационную систему.

Котельная с барабанными котлами

Схема движения воды в барабанном котле с естественной циркуляцией имеет П-образную форму: сначала в ёмкости путём нагрева жидкости передаётся тепловая энергия, в результате которой она по нагреваемым трубам поднимается в верхний барабан, а затем по необогреваемым возвращается в виде пароводяной смеси обратно. То есть движение воды происходит за счёт разности плотностей между нагретой и не нагретой частями труб.

Принцип работы барабанного котла с принудительной циркуляцией отличается тем, что вместо подъёмных труб применены специально подогреваемые змеевики. В результате скорость движения воды увеличивается от трёх до десяти раз, по сравнению с устройствами естественной циркуляции. Для повышения мощности котла перед подъёмными змеевиками устанавливают циркуляционные насосы.

Прямоточные и барабанные котлы должны работать при постоянном давлении пара для получения стабильных тепловых характеристик. Поэтому на них устанавливают манометры на сифонной трубке с трёхходовым краном, а также предохранительные клапаны, позволяющие в аварийных ситуациях пропускать наружу избыток пара.

На стандартных конструкциях предусмотрена установка обратного клапана на входной патрубок подачи воды, запорного вентиля или заглушки на отбор пара, вентили снизу котла для продувки.

Устройство БП

Барабанная печь (рис.3), предназначенная для сушки влажных материалов, представляет собой транспортирующую трубу в виде барабана 6, на внутренней цилиндрической поверхности которой установлены винтовые лопасти, обеспечивающие пересыпание сырья и его перемещение в сторону разгрузки.

На наружной стенке барабана закреплены цилиндрические бандажи, опирающиеся на блоки роликов 2 и 3, причём на блоке 2 установлены только цилиндрические опорные ролики, а на блоке 3, установлены дополнительно конические опорные ролики, контактирующие с боковой поверхностью бандажа и предназначенные для удержания БП при вращении, от смещения в сторону разгрузки.

Блок 2 установлен на фундаменте немного ниже блока 3, для создания уклона по горизонтали, опирающейся на них БП, около 30, что обеспечивает при вращении БП, перемещение материала в печи в сторону разгрузки.

В средней части барабана установлен привод вращения барабана, который состоит из: открытого зубчатого зацепления в виде шестерни и зубчатого венца, закреплённого на корпусе барабана, редуктора и электродвигателя. Привод может быть размещён по разные стороны барабана и обеспечивает как правое, так и левое вращение БП.

В головной части БП установлена загрузочная камера 1 с установленной в ней воронкой с лотком или шнековым питателем, для подачи в печь сырья и состыкованная с ней камера 7, а которой установлены газовые горелки.

На другом конце БП установлена разгрузочная камера 8, из которой высушенный материал попадает в транспортное средство для доставки потребителю.

Камера 7 соединяется с корпусом барабана с помощью лабиринтного уплотнения 8.

Одним из самых важных узлов БП является устройство для создания факела внутри объёма БП, которое называется горелка.

Наиболее часто для оснащения сушильных барабанов применяют вентильно газовые, вентильно компрессорные воздушные горелки или паро компрессорные мазутные горелки.

Применение всех видов горелок предполагает:

• большой диапазон регулирования величины факела с помощью изменения расхода смеси топлива с воздухом;
• обеспечение полного сгорания смеси топлива с воздухом для минимального содержания зольных остатков;
• формирование достаточного геометрического статического и динамического напора газа, для преодоления аэродинамического сопротивления в объёме камеры сгорания БП;
• возможность максимальной автоматизации и защиты процесса горения.

Основные отечественные производители БП для сушки:

Компания «Специальные решения»;УК «Проммаштехнолгия»;

«Сибпроммаш; Компания «МИДА».

Рекомендуем к чтению: молотковые дробилки. Устройство и работа.

Модификации

Для того чтобы лишить барабанные котлы этих недостатков, было принято решение модернизировать их конструкцию. В частности, была проведена работа над повышением паропроизводительности котла, его КПД, а также параметров пара. В качестве средства модернизации был использован метод увеличения поверхности нагрева отдельно взятого агрегата. К примеру, было изменено расположение труб, которые обогреваются топочными газами, в водном объёме барабана котла. В результате появились на свет сразу несколько модификаций подобных котлов: дымогарные, жаротрубные и комбинированные. В конструкции жаротрубного котла в барабан устанавливаются сразу несколько труб относительно большого диаметра, в то время как в прочие модификации устанавливается пучок небольших труб. Топочная камера в котлах комбинированного типа размещается у одной из стен барабана прямо внутри него.

Автоматизация процессов код

Котлоагрегат представляет технически сложное устройство. Как многомерный объект он содержит в себе множество систем регулирования. Множество технологических параметров необходимо поддерживать для надежной и экономичной работы котла. Такими основными параметрами являются:

• Система тепловой нагрузки котлоагрегата: процесс горения в топке;
• подачу воздуха в топку котла;
• разрежение в топке;

Система регулирования температуры перегретого пара;
Система регулирования питания котлоагрегата.

Система регулирования питания котлоагрегата | код

Регулирование питания паровых котлов

осуществляется следующими образом. Принято, что максимально допустимые отклонения уровня воды барабане ±100 мм от среднего значения. Снижение уровня может привести к нарушениям питания и охлаждения водоподъемных труб. Повышения уровня может привести к снижению эффективности внутрибарабанных устройств. Перепитка барабана и заброс частиц воды в турбину может явиться причиной тяжелых механических повреждений ее ротора и лопаток.

Трёхимпульсная САР питания водой барабанного парогенератора

Схемы регулирования

. Исходя из требований к регулированию уровня воды в барабане, автоматический регулятор должен обеспечить постоянство среднего уровня независимо от нагрузки котла и других возмущающих воздействий.В переходных режимах изменение уровня может происходить довольно быстро, поэтому регулятор питания для обеспечения малых отклонений уровня должен поддержать постоянство соотношения расходов питательной воды и пара. Эту задачу выполняет трёхимпульсный регулятор.

Регулятор перемещает клапан при появлении сигнала дисбаланса между расходами питательной воды Дпв и пара Дпп. Кроме того, он воздействует на положение питательного клапана при отклонениях уровня от заданного значения. Такая САР питания, совмещающая принципы регулирования по отклонению и возмущению, получила наибольшее распространение на мощных барабанных котлах.

Регулирование водного режима котлоагрегата | код

Регулирование водного режима барабанного парового котла

Химический состав воды, циркулирующей в барабанных котлах, оказывает существенное влияние на длительность их безостановочной и безремонтной компаний. К основным показателям качества котловой воды относятся общее солесодержание и избыток концентрации фосфатов. Поддержание общего солесодержания котловой воды в пределах нормы осуществляется с помощью непрерывной и периодической продувок из барабана в специальные расширители. Потери котловой воды с продувкой выполняются питательной водой в количестве, определяемом уровнем воды в барабане. Регулирование непрерывной продувки осуществляется путем воздействия регулятора на регулирующий клапан на линии продувки. Помимо корректирующего сигнала по солесодержанию, на вход ПИ- регулятор 2 поступает сигнал по расходу продувочной воды Дпр и сигнал по расходу пара Дпп. Сигнал по расходу пара поступает на расходомер 3, электромеханический интегратор которого используется в качестве импульсатора, воздействующего через пусковое устройство 4 на включение и отключение плунжерного фосфатного насоса 6.

Воздухоподогреватели

Воздухоподогреватель, воспринимая теплоту от отходящих газов и передавая ее воздуху, он уменьшает наиболее заметную часть потерь теплоты с уходящими газами. При использовании подогретого воздуха повышается температура горения топлива, интенсифицируется процесс сжигания, повышается коэффициент полезного действия котельного агрегата. Вместе с тем при установке воздушного подогревателя увеличиваются аэродинамические сопротивления воздушного и дымового трактов, которые преодолеваются созданием искусственной тяги, т.е. путем установки дымососа и вентилятора.

Температуру подогрева воздуха выбирают в зависимости от способа сжигания и вида топлива. Для природного газа и мазута, сжигаемых в камерных топках, температура горячего воздуха составляет 200250 °С, а для пылеугольного сжигания твердого топлива — 300-420°С.

При наличии в котельном агрегате экономайзера и воздухоподогревателя первым по ходу газа устанавливается экономайзер, а вторым -воздухоподогреватель, что позволяет более глубоко охладить продукты горения, так как температура холодного воздуха ниже температуры питательной воды на входе в экономайзер.

По принципу действия воздухоподогреватели разделяют на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативном воздухоподогревателе передача теплоты от продуктов сгорания к воздуху происходит непрерывно через разделительную стенку, по одну сторону которой движутся продукты сгорания, а по другую — нагреваемый воздух.

В регенеративных воздухоподогревателях передача теплоты от продуктов сгорания к нагреваемому воздуху идет за счет попеременного нагревания и охлаждения одной и той же поверхности нагрева.