Лекция 2 3 контрольноизмерительные приборы котельной – стр. 4
Лекция 2
3. Контрольно-измерительные
приборы котельной
Контрольно-измерительные приборы
и автоматика (КИПиА) предназначены для
измерения, контроля и регулирования
температуры, давления, уровня воды в
барабане и обеспечивают безопасную
работу теплогенераторов и теплоэнергетического
оборудования котельной.
1. Измерение температуры.
Для измерения температуры
рабочего тела используются манометрические
и ртутные термометры. В трубопровод
вваривают гильзу из нержавеющей стали,
конец которой должен доходить до центра
трубопровода, заполняют ее маслом и
опускают в нее термометр.
Манометрический термометр
состоит из термобаллона,
медной или стальной трубки и трубчатой
пружины овального сечения, соединенной
рычажной передачей с показывающей
стрелкой.
Рис. 3.1. Манометрический
термометр
1-термобаллон; 2-соединительный
капилляр; 3-тяга; 4-стрелка; 5-циферблат;
6-манометрическая пружина; 7-трибко-секторный
механизм
Вся система заполняется инертным
газом (азотом) под давлением 1…1,2 МПа.
При повышении температуры давление в
системе увеличивается, и пружина через
систему рычагов приводит в движение
стрелку. Показывающие и самопишущие
манометрические термометры прочнее
стеклянных и допускают передачу показаний
на расстояние до 60 м.
Действие термометров
сопротивления – платиновых
(ТСП) и медных (ТСМ) основано на использовании
зависимости электрического сопротивления
вещества от температуры.
Рис. 3.2. Термометры сопротивления
платиновые, медные
Действие термоэлектрического
термометра основано на
использовании зависимости термоЭДС
термопары от температуры. Термопара
как чувствительный элемент термометра
состоит из двух разнородных проводников
(термоэлектродов), одни концы которых
(рабочие) соединены друг с другом, а
другие (свободные) подключены к
измерительному прибору. При различной
температуре рабочих и свободных концов
в цепи термоэлектрического термометра
возникает ЭДС.
Наибольшее распространение
имеют термопары типов ТХА (хромель-алюмель),
ТХК (хромель-копель). Термопары для
высоких температур помещают в защитную
(стальную или фарфоровую) трубку, нижняя
часть которой защищена чехлом и крышкой.
У термопар высокая чувствительность,
малая инерционность, возможность
установки самопишущих приборов на
большом расстоянии. Присоединение
термопары к прибору производится
компенсационными проводами.
2. Измерение давления.
Для измерения давления используются
барометры, манометры, вакуумметры,
тягомеры и др., которые измеряют
барометрическое или избыточное давление,
а также разрежение в мм вод. ст., мм рт.
ст., м вод. ст., МПа, кгс/см2,
кгс/м2 и др.
Для контроля работы топки котла (при
сжигании газа и мазута) могут быть
установлены следующие приборы:
1) манометры (жидкостные, мембранные,
пружинные) – показывают давление топлива
на горелке после рабочего крана;
Рис. 3.3. Деформационные манометры:
1 — мембрана; 2 — активный и
компенсирующий тензорезистор; 3 —
консоль; 4-стрелка
2) манометры (U-образные, мембранные,
дифференциальные) – показывают давление
воздуха на горелке после регулирующей
заслонки;
3) тягомеры (ТНЖ, мембранные) –
показывают разрежение в топке.
Тягонапоромер жидкостный (ТНЖ)
служит для измерения небольших давлений
или разрежений.
Рис. 3.4. Тягонапоромер типа ТНЖ-Н
Для получения более точных
показаний применяют тягомеры с наклонной
трубкой, один конец которой опущен в
сосуд большого сечения, а в качестве
рабочей жидкости применяют спирт
(плотностью 0,85 г/см3),
подкрашенный фуксином. Баллончик
соединяется штуцером « » с атмосферой
(барометрическое давление), и через
штуцер заливается спирт. Стеклянная
трубка штуцером «−»
(разрежение) соединяется с резиновой
трубкой и топкой котла. Один винт
устанавливает «нуль» шкалы трубки, а
другой – горизонтальный уровень на
вертикальной стенке. При измерении
разрежения импульсную трубку присоединяют
к штуцеру «−», а
барометрического давления – к штуцеру
« ».
Пружинный манометр предназначен
для показания давления в сосудах и
трубопроводах и устанавливается на
прямолинейном участке. Чувствительным
элементом служит латунная овально-изогнутая
трубка, один конец которой вмонтирован
в штуцер, а свободный конец под действием
давления рабочего тела выпрямляется
(за счет разности внутренней и наружной
площадей) и через систему тяги и зубчатого
сектора передает усилие на стрелку,
установленную на шестеренке. Этот
механизм размещен в
корпусе со шкалой, закрыт стеклом
и опломбирован. Шкала выбирается из
условия, чтобы при рабочем давлении
стрелка находилась в средней трети
шкалы. На шкале должна быть установлена
красная линия, показывающая допустимое
давление.
В электроконтактных
манометрах ЭКМ на шкале
установлены два задаточных неподвижных
контакта, а подвижный контакт – на
рабочей стрелке.
Рис. 3.5. Манометр с электроконтактной
приставкой ТМ-610
При соприкосновении стрелки с
неподвижным контактом электрический
сигнал от них поступает на щит управления
и включается сигнализация. Перед каждым
манометром должен быть установлен
трехходовой кран для продувки, проверки
и отключения его, а также сифонная трубка
(гидрозатвор, заполненный водой или
конденсатом) диаметром не менее 10 мм
для предохранения внутреннего механизма
манометра от воздействия высоких
температур. При установке манометра на
высоте до 2 м от уровня площадки наблюдения
диаметр его корпуса должен быть не менее
100 мм; от 2 до 3 м – не менее 150 мм; 3…5 м –
не менее 250 мм; на высоте более 5 м –
устанавливается сниженный манометр.
Манометр должен быть установлен
вертикально или с наклоном вперед на
угол до 30° так,
чтобы его показания были видны с уровня
площадки наблюдения, а класс точности
манометров должен быть не ниже 2,5 – при
давлении до 2,5 МПа и не ниже 1,5 – от 2,5 до
14 МПа.
Манометры не допускаются к
применению, если отсутствует пломба
(клеймо) или истек срок проверки, стрелка
не возвращается к нулевому показанию
шкалы (при отключении манометра), разбито
стекло или имеются другие повреждения.
Пломба или клеймо устанавливаются
Госстандартом при проверке один раз в
год.
Проверка манометра должна
производиться оператором при каждой
приемке смены, а администрацией – не
реже одного раза в 6 месяцев с использованием
контрольного манометра. Проверка
манометра производится в следующей
последовательности:
1) заметить визуально положение
стрелки;
2) ручкой трехходового крана
соединить манометр с атмосферой –
стрелка при этом должна стать на нуль;
3) медленно повернуть ручку в
прежнее положение – стрелка должна
стать на прежнее (до проверки) положение;
4) повернуть ручку крана по часовой
стрелке и поставить ее в положение, при
котором сифонная трубка будет соединена
с атмосферой – для продувки; 5) повернуть
ручку крана в обратную сторону и
установить ее на несколько минут в
нейтральное положение, при котором
манометр будет разобщен от атмосферы
и от котла – для накопления воды в нижней
части сифонной трубки;
6) медленно повернуть ручку крана
в том же направлении и поставить ее в
исходное рабочее положение – стрелка
должна стать на прежнее место.
Для проверки точности показаний
манометра к контрольному фланцу скобой
присоединяют контрольный (образцовый)
манометр, а ручку крана ставят в положение,
при котором оба манометра соединены с
пространством, находящимся под давлением.
Исправный манометр должен давать
одинаковые показания с контрольным
манометром, после чего результаты
заносят в журнал контрольных проверок.
Манометры должны устанавливаться
на оборудовании котельной:
1) в паровом котельном агрегате
– теплогенераторе: на барабане котла,
а при наличии пароперегревателя – за
ним, до главной задвижки; на питательной
линии перед вентилем, регулирующим
питание водой; на экономайзере – входе
и выходе воды до запорного органа и
предохранительного клапана; на
водопроводной сети – при ее
использовании;
2) в водогрейном котельном агрегате
– теплогенераторе: на входе и выходе
воды до запорного вентиля или задвижки;
на всасывающей и нагнетательной линиях
циркуляционных насосов, с расположением
на одном уровне по высоте; на линиях
подпитки теплосети. На паровых котлах
паропроизводительностью более 10 т/ч и
водогрейных с теплопроизводительностью
более 6 МВт обязательна установка
регистрирующего манометра.
3. Водоуказательные приборы.
При работе парового котла уровень
воды колеблется между низшим и высшим
положениями. Низший допускаемый уровень
(НДУ) воды в барабанах паровых котлов
устанавливается (определяется) для
исключения возможности перегрева
металла стенок элементов котла и
обеспечения надежного поступления воды
в опускные трубы контуров циркуляции.
Положение высшего допускаемого уровня
(ВДУ) воды в барабанах паровых котлов
определяется из условий предупреждения
попадания воды в паропровод или
пароперегреватель. Объем воды, содержащийся
в барабане между высшим и низшим уровнями,
определяет «запас питания», т.е. время,
позволяющее котлу работать без поступления
в него воды.
На каждом паровом котле должно
быть установлено не менее двух указателей
уровня воды прямого действия.
Водоуказательные приборы должны
устанавливаться вертикально или с
наклоном вперед, под углом не более 30°,
чтобы уровень воды был хорошо виден с
рабочего места. Указатели уровня воды
соединяются с верхним барабаном котла
с помощью прямых труб длиной до 0,5 м и
внутренним диаметром не менее 25 мм или
более 0,5 м и внутренним диаметром не
менее 50 мм.
В паровых котлах с давлением до
4 МПа применяют водоуказательное стекло
(ВУС) – приборы с плоскими стеклами,
имеющими рифленую поверхность, в которых
продольные канавки стекла отражают
свет, благодаря чему вода кажется темной,
а пар светлым. Стекло вставлено в рамку
(колонку) с шириной смотровой щели не
менее 8 мм, на которой должны быть указаны
допустимые верхний ВДУ и нижний НДУ
воды (в виде красных стрелок), а высота
стекла должна превышать допускаемые
пределы измерения не менее чем на 25 мм
с каждой стороны. Стрелка НДУ устанавливается
на 100 мм выше огневой линии котла.
Огневая линия –
это наивысшая точка соприкосновения
горячих дымовых газов с неизолированной
стенкой элемента котла.
Водоуказательные приборы для
отключения их от котла и проведения
продувки снабжены запорной арматурой
(кранами или вентилями). На арматуре
должны быть четко указаны (отлиты, выбиты
или нанесены краской) направления
открытия или закрытия, а внутренний
диаметр прохода должен быть не менее 8
мм. Для спуска воды при продувке
предусматривается двойная воронка с
защитными приспособлениями и отводная
труба для свободного слива, а продувочный
кран устанавливается на огневой линии
котла.
Оператор котельной должен
проверять водоуказательное стекло
методом продувки не менее одного раза
в смену, для чего следует:
1) убедиться, что уровень воды в
котле не опустился ниже НДУ;
2) заметить визуально положение
уровня воды в стекле;
3) открыть продувочный кран –
продуваются паровой и водяной краны;
4) закрыть паровой кран, продуть
водяной;
5) открыть паровой кран –
продуваются оба крана;
6) закрыть водяной кран, продуть
паровой;
7) открыть водяной кран –
продуваются оба крана;
8) закрыть продувочный кран и
наблюдать за уровнем воды, который
должен быстро подняться и колебаться
около прежнего уровня, если стекло не
было засорено.
Не следует закрывать оба крана
при открытом продувочном кране, так как
стекло остынет и при попадании на него
горячей воды может лопнуть. Если после
продувки вода в стекле поднимается
медленно или заняла другой уровень, или
не колеблется, то необходимо повторить
продувку, а если повторная продувка не
дает результатов – необходимо прочистить
засоренный канал.
Резкое колебание воды характеризует
ненормальное вскипание за счет повышенного
содержания солей, щелочей, шлама или
отбора пара из котла больше, чем его
вырабатывается, а также загорания сажи
в газоходах котла.
Слабое колебание уровня воды
характеризует частичное «закипание»
или засорение водяного крана, а если
уровень воды выше нормального –
«закипание» или засорение парового
крана. При полном засорении парового
крана пар, находящийся над уровнем воды,
конденсируется, вследствие чего вода
полностью и быстро заполняет стекло до
самого верха. При полном засорении
водяного крана уровень воды в стекле
будет медленно повышаться вследствие
конденсации пара или займет спокойный
уровень, опасность которого в том, что,
не заметив колебания уровня воды и видя
ее в стекле, можно подумать, что воды в
котле достаточно.
Недопустимо повышать уровень
воды выше ВДУ, так как вода пойдет в
паропровод, что приведет к гидравлическому
удару и разрыву паропровода.
При снижении уровня воды ниже
НДУ категорически запрещаетсяпитать паровой котел
водой, так как при отсутствии воды металл
стенок котла сильно нагревается,
становится мягким, а при подаче воды в
барабан котла происходит сильное
парообразование, что приводит к резкому
увеличению давления, утончению металла,
образованию трещин и разрыву труб.
Если расстояние от площадки
наблюдения за уровнем воды более 6 м, а
также в случае плохой видимости
(освещения) приборов должны быть
установлены два сниженных дистанционных
указателя уровня; при этом на барабанах
котла допускается установка одного ВУС
прямого действия. Сниженные указатели
уровня должны присоединяться к барабану
на отдельных штуцерах и иметь успокоительное
устройство.
4. Измерение и регулирование
уровня воды в барабане.
Мембранный дифференциальный
манометр (ДМ) используется
для пропорционального регулирования
уровня воды в барабанных паровых котлах.
Рис. 3.6. Мембранный показывающий
дифференциальный манометр с вертикальной
мембраной
1 — «плюсовая» камера; 2 —
«минусовая» камера; 5 — чувствительная
гофрированная мембрана; 4— передающий
шток; 5 — передаточный механизм; 6 —
предохранительный клапан и соответственно
указательной стрелки, отсчитывающей
на шкале прибора измеряемое давление
Манометр состоит из двух мембранных
коробок, сообщающихся через отверстие
в диафрагме и заполненных конденсатом.
Нижняя мембранная коробка установлена
в плюсовой камере, заполненной конденсатом,
а верхняя – в минусовой камере, заполненной
водой и соединенной с измеряемым объектом
(верхним барабаном котла). С центром
верхней мембраны соединен сердечник
индукционной катушки. При среднем уровне
воды в барабане котла перепада давления
нет и мембранные коробки уравновешены.
При повышении уровня воды в
барабане котла давление в минусовой
камере увеличивается, мембранная коробка
сжимается, и жидкость перетекает в
нижнюю коробку, вызывая перемещение
сердечника вниз. При этом в обмотке
катушки образуется ЭДС, которая через
усилитель подает сигнал на исполнительный
механизм и прикрывает вентиль на
питательной линии, т.е. уменьшает подачу
воды в барабан. При понижении уровня
воды ДМ работает в обратной
последовательности.
Уровнемерная колонка УК
предназначена для позиционного
регулирования уровня воды в барабане
котла.
Рис. 3.7. Колонка уровнемерная
УК-4
Она состоит из цилиндрической
колонки (трубы) диаметром около 250 мм, в
которой вертикально установлены четыре
электрода, способные контролировать
высший и низший допускаемые уровни воды
(ВДУ и НДУ), высший и низший рабочие
уровни воды в барабане (ВРУ и НРУ), работа
которых основана на электропроводности
воды. Колонка сбоку соединена с паровым
и водным объемом барабана котла с помощью
труб, имеющих краны. Внизу колонка имеет
продувочный кран.
При достижении уровня воды ВРУ
– включается реле и контактором
разрывается цепь питания магнитного
пускателя, отключая привод питательного
насоса. Питание котла водой прекращается.
Уровень воды в барабане понижается, и
при снижении его ниже НРУ – происходит
обесточивание реле и включение
питательного насоса. При достижении
уровня воды ВДУ и НДУ электрический
сигнал от электродов через блок управления
идет к отсекателю подачи топлива в
топку.
5. Приборы для измерения расхода.
Для измерения расхода жидкостей
(воды, мазута), газов и пара применяют
расходомеры:
1) скоростные объемные, измеряющие
объем жидкости или газа по скорости
потока и суммирующие эти результаты;
2) дроссельные, с переменным и
постоянным перепадом давлений или
ротаметры.
В рабочей камере скоростного
объемного расходомера (водомера,
нефтемера) установлена крыльчатая или
спиральная вертушка, которая вращается
от поступающей в прибор жидкости и
передает расход счетному механизму.
Объемный ротационный счетчик
(типа РГ) измеряет суммарный
расход газа до 1000 м3/ч,
для чего в рабочей камере размещены два
взаимно перпендикулярных ротора, которые
под действием давления протекающего
газа приводятся во вращение, каждый
оборот которого передается через
зубчатые колеса и редуктор счетному
механизму.
Дроссельные расходомеры с
переменным перепадом давления имеют
сужающие устройства – нормальные
диафрагмы (шайбы) камерные и бескамерные
с отверстием, меньшим сечения трубопровода.
При прохождении потока среды
через отверстие шайбы скорость ее
повышается, давление за шайбой уменьшается,
а перепад давления до и после дроссельного
устройства зависит от расхода измеряемой
среды: чем больше количество вещества,
тем больше перепад.
Разность давлений до и после
диафрагмы измеряется дифференциальным
манометром, по измерениям которого
можно вычислить скорость протекания
жидкости через отверстие шайбы. Нормальная
диафрагма выполняется в виде диска (из
нержавеющей стали) толщиной 3…6 мм с
центральным отверстием, имеющим острую
кромку, и должна располагаться со стороны
входа жидкости или газа и устанавливаться
между фланцами на прямом участке
трубопровода. Импульс давления к
дифманометру производится через
отверстия из кольцевых камер или через
отверстие с обеих сторон диафрагмы.
Для измерения расхода пара на
импульсных трубках к дифманометру
устанавливают уравнительные
(конденсационные) сосуды, предназначенные
для поддержания постоянства уровней
конденсата в обеих линиях. При измерении
расхода газа дифманометр следует
устанавливать выше сужающего устройства,
чтобы конденсат, образовавшийся в
импульсных трубках, мог стекать в
трубопровод, а импульсные трубки по
всей длине должны иметь уклон к газопроводу
(трубопроводу) и подключаться к верхней
половине шайбы. Расчет диафрагм и монтаж
на трубопроводах производят в соответствии
с правилами.
6. Газоанализаторы предназначены
для контроля полноты сгорания топлива,
избытка воздуха и определения в продуктах
сгорания объемной доли углекислого
газа, кислорода, окиси углерода, водорода,
метана.
По принципу действия они делятся
на:
1) химические (ГХП,
Орса, ВТИ), основанные на последовательном
поглощении газов, входящих в состав
анализируемой пробы;
2) физические,
работающие по принципу измерения
физических параметров (плотности газа
и воздуха, их теплопроводности);
3) хроматографические,
основанные на адсорбции (поглощении)
компонентов газовой смеси определенным
адсорбентом (активированным углем) и
последовательной десорбции (выделении)
их при прохождении колонки с адсорбентом
газом.
3.1. Приборы безопасности
На каждом теплогенераторе должны
быть предусмотрены приборы безопасности,
обеспечивающие своевременное и надежное
автоматическое отключение котла или
его элементов при недопустимых отклонениях
от заданных режимов эксплуатации.
Паровые котлы должны иметь автоматические
регуляторы питания и звуковые сигнализаторы
верхнего и нижнего предельных положений
уровней воды.
При камерном сжигании топлива
все теплогенераторы оборудуются
устройствами и приборами, которые
автоматически прекращают подачу топлива
к горелкам в случаях:
а) повышения или понижения
давления газообразного топлива перед
горелками за пределы установленных
норм;
б) понижения давления жидкого
топлива перед горелками до предельных
значений (за исключением ротационных
форсунок);
в) понижения или повышения уровня
воды в барабане;
г) погасания факела горелок в
топке;
д) отключении дымососов и
вентиляторов, прекращения тяги, уменьшения
разрежения в топке;
е) понижения давления воздуха
перед горелками (с принудительной
подачей воздуха).
Кроме того, в водогрейных котлах,
во избежание гидравлического удара
трубопроводов, автоматически прекращается
подача топлива к горелкам в случаях:
а) повышения давления воды в
выходном коллекторе более чем на 5 %
расчетного или разрешенного давления;
б) понижения давления воды в
выходном коллекторе котла до значения,
соответствующего давлению насыщения;
в) повышения температуры воды
на выходе из котла до значения, меньшего
на 20 °С температуры
насыщения;
г) уменьшения расхода воды через
котел до значения, при котором недогрев
воды до кипения на выходе из котла при
максимальной нагрузке и рабочем давлении
в выходном коллекторе достигает 20 °С.
Автоматика безопасности (АБ)
состоит из датчиков, щита управления
со звуковой и световой сигнализацией,
клапанов-отсекателей газа. Датчики
контролируют аварийные значения: газа
среднего давления, давления пара в
котле, давления воды на выходе из котла
– электроконтактным манометром (ЭКМ);
наличие пламени – фотодатчиком (ФД);
газа низкого давления, давления воздуха
перед горелкой, разрежения в топке –
датчиком тяги (ДТ) или датчиком напора
тяги (ДНТ); температуры на выходе из
котла – электроконтактным термометром
(ЭКТ). Клапаны-отсекатели газа типа ПКН
(ПЗК) с электромагнитом и газовые клапаны
типа КГ или СВГМ регулируют и отсекают
подачу газа. При аварийном значении
контролируемого параметра срабатывает
соответствующий датчик и подает
электросигнал на щит управления, где
также срабатывает схема и отключает
напряжение с электромагнита ПКН, который
закрывает подачу газа (т.е. срабатывает
клапан-отсекатель). Одновременно
включается звуковая сигнализация и
загорается лампочка, показывающая
причину отсечки газа. Оператор проверяет
исправность АБ при приеме смены. Слесарь
КИПиА один раз в 10 дней в присутствии
оператора проверяет исправность АБ
имитацией отсечки, а один раз в месяц в
присутствии оператора и ответственного
за газовое хозяйство проверяет исправность
АБ с фактической отсечкой газа, в каждом
случае делая запись в журнале АБ.
Рис 3.8. Оснащение парового котла
устройствами безопасности (для режима
24- или 72-часовой эксплуатации без
постоянного операторского надзора с
двухпозиционным регулированием уровня
воды).
ABV –
вентиль продувки по солесодержанию (с
ручной установкой); ASV
– быстрозапорный продувочный вентиль
с мембранным приводом; D
– быстрозапорный продувочный вентиль
с мембранным приводом; DB
– ограничитель максимального давления;
DR
– регулятор давления; ELV
– деаэрационный клапан; HWB
– ограничитель наивысшего уровня воды;
LFE
– электрод для измерения электропроводности;
МА – манометр; MV
– управляющий клапан (трехходовой
электромагнитный клапан); Р – насос
питательной воды; RV
– обратный клапан; SF1
– грязеловушка; SF2
– грязевой фильтр; SIV
– предохранительный клапан; SW
– вентиль питательной воды; WB
– ограничитель уровня воды; WR
– регулятор уровня воды; WSA
– указатель уровня водя; Х – охладитель
пробоотборника; А – шкаф автоматики
фирмы Viessmann
со схемой блокировки по превышению
давления для эксплуатации без постоянного
надзора
§
2. Арматура и гарнитура
котлоагрегата
К арматуреотносятся устройства и
приборы, обеспечивающие безопасное
обслуживание, управление работой
элементов котельного агрегата и
теплоэнергетического оборудования,
находящихся под давлением. Арматура –
это регулирующие и запорные устройства
для подачи, продувки и спуска воды,
включения, регулирования и отключения
трубопроводов воды, пара, топлива и
предохраняющие от превышения давления.
К арматуре также принято относить
основные контрольные и измерительные
приборы – водоуказательные стекла,
манометры, предохранительные клапаны.
Количество арматуры, ее обязательные
типы регламентированы Правилами
Госгортехнадзора.
По назначению арматура делится
на запорную (кран,
вентиль, задвижка), регулирующую
(редукционный клапан),
защитную (предохранительный
и обратный клапан). По способу соединения
с трубопроводами арматуру разделяют
на фланцевую и
муфтовую, а
по материалу – на латунную,
чугунную,
комбинированную.
В местах соединения с фланцами
устанавливаются прокладки или уплотнения.
Запорная арматура должна иметь паспорт
и маркировку: завод-изготовитель,
давление и температура среды, условный
диаметр, направление потока.
1. Вентиль состоит
из корпуса, внутри которого имеется
перегородка с горизонтальным седлом,
из клапана, шпинделя маховика, коронки,
сальниковой гайки и втулки.
Рис. 2.1. Запорный вентиль:
а-фланцевый низкого и среднего
давления; б-высокого давления, бесфланцевый;
1-маховик; 2-сальниковое уплотнение;
3-фланец; 4-корпус; 5-седло; 6-клапан
(тарелка); 7-шпиндель; 8-крышка; 9-траверса;
10-втулка; 11-разгрузочный клапан;
12-шестерня; => — движение пара (или
воды).
Вентиль для воды имеет клапан
с мягким уплотнителем (кожа, резина,
фибр), а для пара уплотнений нет. Маховик
вентиля окрашивается красной краской
для пара и голубой – для воды. Теплоноситель
всегда должен подаваться под клапан,
для чего на корпусе имеется указательная
стрелка. Вентили как запорные органы
применяют преимущественно при небольшом
проходном сечении (диаметр трубопровода
до 100 мм), когда требуется большая
плотность отключения (например, для
дренажных и спускных трубопроводов), и
в основном они используются в качестве
регулирующих органов.
2. Задвижка.
На электростанциях и в котельных нашли
широкое применение задвижки, которые
создают значительно меньшее сопротивление
потоку среды, чем вентили. Жидкость или
пар к задвижкам подводится с любой
стороны. Задвижки могут иметь разные
затворы (параллельные и клиновые),
выдвижные и невыдвижные шпиндели.
Задвижка имеет корпус (из стали или
чугуна), два вертикальных седла (из
бронзы или латуни), два диска, клин,
шпиндель маховика, коронку, сальник и
втулки. При вращении маховика с гайкой
шпиндель перемещается вниз или вверх
по отношению гайки крышки с подвешенными
на шпинделе дисками. Когда диски полностью
перекроют отверстие в корпусе, хвостовик
клина, вставленного между дисками,
упирается в дно корпуса задвижки,
раздвигает диски и происходит уплотнение
их с бронзовыми кольцами корпуса. Рабочее
тело через задвижку может двигаться в
любом направлении.
Рис. 2.2. Задвижки:
а-нормальная с параллельными
уплотнительными дисками и выдвижным
шпинделем; б-бесфланцевая высокого
давления с дистанционным приводом;
в-клиновая с невыдвижным шпинделем;
1-маховик; 2-сальниковая набивка;
3-шпиндель; 4-уплотнительные кольца; 5 —
уплотнительные диски; 6— распорное
устройство; 7-корпус; 8-крышка; 9-траверса;
10-шарнир; 11-зубчатая передача; 12-буртик;
13-нарезная втулка; 14-клиновой затвор.
Согласно Правилам Ростехнадзора
у всех вновь устанавливаемых стационарных
котлов паропроизводительностью более
4 т/ч управление парозапорными органами
должно осуществляться дистанционно с
рабочего места машиниста котла. На
электростанциях или больших отопительных
котельных часто применяются задвижки
или вентили с электрическим приводом,
позволяющим открывать или закрывать
их дистанционно. На рис. 2.2б приведена
бесфланцевая задвижка высокого давления
с дистанционным приводом. Бесфланцевая
арматура непосредственно приваривается
к трубопроводу.
В клиновых задвижках с невыдвижным
шпинделем 3 (рис. 2.2в) последний вращается
вместе с маховиком 1. На конце шпинделя
3 имеется резьба, которая входит в
нарезную втулку 13, расположенную в
верхней части клинового затвора 14. При
вращении маховика шпиндель 3 из-за
имеющегося на нем буртика 12 не может
подняться и будет вращаться вместе с
маховиком. При этом нарезная втулка 13
будет вращаться по его резьбе, поднимая
или опуская клиновой затвор 14 задвижки.
Для надежной работы арматуры
очень важно, чтобы место прохода шпинделя
было тщательно обработано (отшлифовано)
и уплотнено. Уплотнение достигается
при помощи сальниковой набивки 2 и
грундбуксы (сальникового уплотнения).
Грундбукса с внешней стороны имеет
резьбу, при помощи которой она ввинчивается
в крышку и, таким образом, уплотняет
набивку.
По сравнению с вентилями задвижки
создают относительно небольшое
гидравлическое сопротивление, требуют
меньшего усилия на открывание и
закрывание, допускают протекание среды
в обоих направлениях, имеют меньшую
длину корпуса, могут быть изготовлены
на большое проходное сечение. К недостаткам
задвижек относятся более сложная, чем
у вентилей, конструкция, быстрый износ
уплотнительных поверхностей затвора
и больший подъем затвора при полном
открывании, что увеличивает ее габаритные
размеры.
3. Запорный кран.
В качестве запорного устройства для
низкого давления среды (0,3…0,5 МПа)
применяются пробковые краны. Краны
предназначены для быстрого открывания
и закрывания прохода в трубопроводе и
для регулирования расхода. Пробковые
краны по способу уплотнения бывают
натяжные (рис. 2.3а) и сальниковые (рис.
2.3б); по способу соединения — муфтовые,
фланцевые и цапковые; по материалу
корпуса и пробки — чугунные, бронзовые
и комбинированные (чугунный корпус с
бронзовой пробкой).Запорный
кранимеет
корпус, внутри которого установлена
коническая пробка с отверстием для
прохода жидкости (газа), а в верхней
части – риска для указания направления
движения рабочего тела.
В сальниковых кранах пробка
прижимается сверху крышкой сальника,
а в натяжных – снизу натяжной гайкой.
Запорный кран устанавливают обычно на
газопроводе и продувочных линиях.
Рис. 2.3. Краны:
а-натяжной газовый муфтовый;
б-сальниковый; 1-корпус; 2-пробка;
3-четырехгранная головка; 4-шайба; 5-гайка;
6-шпилька с резьбой; 7-опорное кольцо;
8-сальниковая набивка; 9-крышка сальника;
10-болт.
Основными элементами кранов
являются корпус 1 и коническая пробка
2 с отверстием для прохода газа. На
четырехгранной головке З под ключ
наносится риска, совпадающая с направлением
отверстия в пробке. Если риска на головке
совпадает с направлением трубопровода,
на котором установлен кран, то проход
для среды открыт, а если риска направлена
поперек трубопровода, то проход закрыт.
В натяжных кранах в нижней части
пробки есть шпилька 6 с резьбой (см. рис.
2.3а), на которую надевается шайба 4 к
накручивается гайка 5. Плотность в этих
кранах обеспечивается натяжением гайки.
Краны, устанавливаемые на газопроводах,
должны иметь упоры, ограничивающие
поворот пробки в границах 90°.
Плотность в сальниковых кранах
обеспечивается сальниковой набивкой
8. Уплотнение ее осуществляется
затягиванием сальника с помощью крышки
9 сальника. Для облегчения разборки
сальникового крана в нижней части
корпуса устанавливается отжимной болт
10.
Рис. 2.4. Чугунный самосмазывающийся
кран:
1-болт; 2-шариковый клапан;
3-прокладка; 4-канавки; 5-пробка; 6-корпус.
В самосмазывающихся кранах (рис.
2.4) на конусных или цилиндрических
уплотнительных поверхностях корпусов
и пробок имеются канавки 4. Их заполнение
смазкой снижает давление, необходимое
для герметичного закрытия прохода, и
усилие, необходимое для поворота пробки.
Периодическая подача смазки в канавки
корпуса 6 и пробки 5 осуществляется
нажимным болтом 1.
4. Трехходовой кран
устанавливают для продувки,
проверки и отключения манометров.
Рис. 2.5. Трехходовой кран:
а-положения I—V трехходового крана;
б-детали крана; в-крепление контрольного
манометра для проверки рабочего
манометра; I-рабочее положение;
II-постановка стрелки на ноль; III-продувка
сифонной трубки; IV-промежуточное
положение (набор конденсата в сифонной
трубке); V-проверка рабочего манометра
контрольным; 1-фланец для контрольного
манометра; 2-штуцер для манометра;
3-пробка крана; 4-риски; 5-ниппель для
сифонной трубки; 6-отверстия в пробке;
7-гайка для затяжки пробки; 8-скоба;
9-контрольный манометр; 10-сифонная
трубка.
Трехходовой кран (рис. 2.5)
устанавливается между манометром и
сифонной трубкой, которая защищает
трубчатую пружину манометра от чрезмерного
нагрева при измерении давления пара
или горячей воды. На ручке трехходового
крана в виде буквы Т нанесены риски,
совпадающие с направлениями каналов в
пробке. Поворотом ручки можно поставить
кран в следующие положения:
– рабочее положение — манометр
соединен с источником давления (барабан
котла, трубопровод и т.д.);
– проверка рабочего манометра
постановкой стрелки на нуль (манометр
при этом соединен с атмосферой);
– проверка рабочего манометра
контрольным (все отверстия в пробке при
этом совпадают с отверстиями в корпусе
крана);
– продувка сифонной трубки
(источник давления соединен с атмосферой);
– нейтральное положение для
охлаждения воды или конденсации пара
в сифонной трубке (отверстия в пробке
и корпусе не совпадают). В этом положении
можно заменить неисправный манометр.
5. Обратный клапан
служит для пропуска рабочей
среды в одном направлении. Состоит из
корпуса, внутри которого имеется
перегородка с горизонтальным седлом,
клапана, штока, крышки. При повышении
давления под клапаном он вместе со
штоком перемещается вверх и пропускает
рабочую среду (основное рабочее
положение). При падении давления в
трубопроводе или сосуде до обратного
клапана рабочая среда (вода) давит на
клапан, и он садится на седло, перекрывая
тем самым проход рабочей среды. Работу
обратного клапана можно определить по
стуку клапана и штока о крышку.
6. Предохранительный
клапан – устройство для
автоматического предотвращения повышения
давления сверх допустимого путем выпуска
рабочей среды в атмосферу (или в дренаж).
Рис. 2.6. Предохранительный
клапан (пружинный, полноподъёмный)
Рис. 2.7. Установка предохранительного
клапана на паровом котле КВ-300.
На схеме: 1-рама; 2-горелка;
3-передняя крышка; 4-датчик предельного
давления пара; 5-термометр; 6-электроконтактный
манометр; 7-предохранительный клапан;
8-искрогаситель; 9-дымоход; 10-крышка;
11-датчик уровней; 12-рамка указателя
уровня; 13-манометр избыточного давления
воды; 14-система водоподготовки.
Клапаны бывают рычажно-грузовые
или пружинные и должны защищать котлы,
пароперегреватели, экономайзеры от
превышения в них давления более чем на
10 %. Методика их регулирования и начальное
давление их открытия должны быть указаны
предприятием-изготовителем в инструкции.
Рычажно-грузовой предохранительный
клапан состоит из корпуса с фланцами,
внутри которого имеется перегородка с
горизонтальным седлом и запрессованной
втулкой, клапана с тарелкой, шпинделя
с шарниром, трех направляющих вилок,
рычага с шарниром и груза. Пружинный
клапан имеет аналогичную конструкцию,
но вместо рычага и груза на штоке
установлена пружина. Сила от веса груза
(или пружины) через рычаг и шпиндель
(шток) давит тарелкой сверху, и клапан
садится на седло, а снизу под клапан
давит пар (или вода). Если сила от давления
рабочего тела (пара или воды) начинает
превышать силу груза (пружины), то клапан
поднимается и выпускает пар в атмосферу
(воду в дренаж).
После снижения давления до
рабочего клапан автоматически закрывается.
Пар, выходящий из клапана, выводится
трубой на крышу котельной (в атмосферу).
Предохранительные клапаны
устанавливаются на паровых котлах на
верхнем барабане, в пароперегревателях
– на стороне выхода пара, в экономайзерах
– по одному на входе и выходе, на
водогрейном котле – на выходных
коллекторах. Предохранительных клапанов
должно быть установлено не менее двух,
один из которых контрольный (закрыт
металлическим кожухом с замком или
пломбой). Диаметр прохода предохранительных
клапанов должен быть не менее 20 мм.
Оператор с рабочего места воздействует
на рычаг предохранительного клапана
(через систему блоков) и проверяет его
методом принудительного кратковременного
открытия «подрывом»: для котлов с
давлением до 1,4 МПа не реже одного раза
в смену, а с давлением от 1,4 до 4 МПа –
одного раза в сутки.
7. Редукционный
клапан применяется для
понижения давления пара и поддержания
сниженного давления в определенных
заданных пределах.
Рис. 2.8. Схема редукционного
клапана Oventrop
Он состоит из корпуса с тарелкой,
свободно скользящей по штанге, на нижнем
конце которой укреплен поршень с
резиновым уплотнительным кольцом. Над
цилиндром поршня находится поперечина,
служащая опорой пружины. Пар выходит в
отверстие под тарелку и одновременно
проникает в цилиндр, где производит
давление вверх – на тарелку и вниз –
на поршень. При одинаковых диаметрах
тарелки и поршня (площади их одинаковы)
и свободном состоянии пружины клапан
уравновешен. При вращении по часовой
стрелке маховика штанга с тарелкой
поднимается, и в образовавшийся зазор
между седлом и тарелкой начнет поступать
пар, давление которого повысится до
предела, соответствующего натягу
пружины, а установка клапана на требуемое
понижение давления достигается вращением
маховика. До и после редукционного
клапана должны быть установлены запорные
устройства, а за клапаном – предохранительный
клапан и манометр.
8. Редукционно-охладительная
установка (РОУ) предназначена
для снижения давления пара до требуемого
путем дросселирования – пропуска пара
через сужение. В результате термодинамического
изоэнтальпийного процесса пар переходит
из состояния сухого насыщенного в
область перегретого, с понижением
давления и температуры. Для возврата
его состояния в область насыщенного
пара в него вспрыскивают конденсат или
питательную воду.
Редукционно-охладительные
установки (Схема РОУ, рис. 2.9) работают
следующим образом: по паропроводу острый
пар через запорную задвижку 1 поступает
к регулирующему клапану 2, в котором
осуществляется первая ступень снижения
давления (дросселирования) пара.
При больших перепадах давлений,
с целью уменьшения шума во время работы,
установки снабжаются дополнительными
ступенями дросселирования. В зависимости
от величины давления острого и
редуцированного пара в качестве
дополнительных ступеней дросселирования
устанавливаются один или несколько
узлов шумоглушителей 3 с дроссельной
и/ или дроссельно-охладительной решетками.
Шумоглушители не являются
обязательным элементом РОУ и применяются
только при значительном перепаде
давления (при околозвуковых и сверхзвуковых
скоростях потока).
Требуемые значения давления и
температуры редуцированного пара
поддерживаются автоматически электронными
регуляторами путем воздействия на
регулирующие клапаны паровой 2 и водяной
9.
Кроме того, для ручного регулирования
температуры пара предусмотрен вентиль
игольчатый с ручным приводом 7.
Для полного перекрытия (открытия)
потока охлаждающей воды для РОУ и ОУ
предусмотрены вентили запорные 8.
В целях предупреждения повышения
давления сверх заданного каждая установка
снабжается импульсно-предохранительным
устройством, состоящим из предохранительного
5 и импульсного 6 клапанов.
Количество импульсно-предохранительных
устройств выбирается в зависимости от
производительности установки и параметров
пара.
В связи с тем, что предохранительные
клапаны рассчитаны на минимальное
давление 0.25 МПа (2.5 кгс/см2),
в установках с номинальным давлением
редуцированного пара 0.12 МПа (1.2 кгс/см2)
возможно повышение давления до 0.25 МПа
(2.5 кгс/см2),
что необходимо учитывать при проектировании
трубопроводов после РОУ.
Снижение температуры острого
пара производится впрыском охлаждающей
воды в поток пара через специальную
трубку в дроссельно-охладительной
решетке узла шумоглушителя или через
сопло в охладитель пара.
Охлаждающая вода, испаряясь за
счет тепла, отбираемого от пара, охлаждает
его до заданной температуры. В зависимости
от соотношения расходов острого пара
и впрыскиваемой охлаждающей воды, а
также их первоначальной температуры
обеспечивается необходимая температура
охлажденного пара на выходе из охладителя.
В зависимости от рабочих параметров
охладители пара отличаются размерами
и числом форсунок (сопел).
Редукционные и охладительные
установки (Схема РУ, рис. 2.10; Схема ОУ,
рис. 2.11) являются частными случаями РОУ
в зависимости от потребности в
регулировании давления или температуры.
В редукционных установках пар
проходит расчетное количество ступеней
дросселирования: (клапан регулирующий
и узлы шумоглушителей) до получения
требуемых заказчику параметров давления
пара с незначительным снижением
температуры за счет дросселирования.
В охладительных установках
осуществляется снижение температуры
пара аналогично РОУ. Охладители пара
ОУ отличаются от охладителей пара РОУ
конструкцией впрыскивающих устройств
(сопел), их расположением и размерами,
что обеспечивает оптимальные скорости
пара и перемешивание впрыскиваемой
воды и пара, исключает попадание воды
на стенку трубы.
Рис. 2.9. Схема редукционно-охладительной
установки.
1-задвижка; 2-клапан регулирующий
(пар); 3-охладитель пара или узел
шумоглушителя с дроссельно-охладительной
решеткой; 4-клапан импульсный; 5-клапан
предохранительный; 6-клапан регулирующий
(вода); 7-вентиль запорный; 8-вентиль
игольчатый.
Рис. 2.10. Схема редукционной
установки.
1-задвижка; 2-клапан регулирующий
(пар); 3-узел шумоглушителя с дроссельной
решеткой; 4-клапан импульсный; 5-клапан
предохранительный.
Рис. 2.11. Схема охладительной
установки.
1-охладитель пара; 2-клапан
регулирующий (вода); 3-вентиль запорный;
4-вентиль игольчатый.
Гарнитурой называют
устройства, позволяющие безопасно
обслуживать топочную камеру, газоходы
котельного агрегата и газовоздушный
тракт. К ней относят: топочные дверцы и
лазы в обмуровке; смотровые лючки –
гляделки для визуального наблюдения
за горением и состоянием поверхностей
нагрева, футеровки и торкрета; шиберы
и заслонки для регулирования тяги и
дутья; лючки для обдувки. К гарнитуре
также относят и взрывной предохранительный
клапан, который устанавливают на котлах,
работающих без наддува (с разрежением),
и в процессе работы он проверяется
визуально.
В процессе неправильного розжига
и нарушения эксплуатации котельного
агрегата возможно создание избыточного
давления топочных газов (хлопок), что
может привести к разрушению обмуровки
котла, газоходов и дымовой трубы. Взрывные
предохранительные клапаны служат для
предохранения этих элементов от
разрушения и обычно устанавливаются
на обмуровке топки, газохода, водяного
экономайзера и на борове (подземном
канале движения топочных дымовых газов)
перед дымовой трубой, в местах, исключающих
травмы персонала.
Взрывной предохранительный
клапан. Защиту аппаратов
от разрушения при взрыве осуществляют
путем создания условий для своевременного
стравливания из них образующихся
продуктов сгорания. Для этой цели не
могут быть использованы предохранительные
клапаны, которые эффективны для защиты
аппаратов от избыточного давления,
образующегося при нарушениях
технологического процесса производства
(кроме взрыва). Причина этого кроется в
значительной разнице скоростей приращения
давления при нарушении режима работы
аппаратов и взрыве. Предохранительные
клапаны имеют недопустимо большую
инерционность срабатывания и малое для
стравливания продуктов взрыва живое
сечение.
В связи с этим для того, чтобы в
аппарате, где произошел взрыв, не
образовалось давление выше пробного,
аппарат защищают взрывными предохранительными
клапанами мембранного типа (взрывными
мембранами) или в виде шарнирно-откидных
дверец. Наиболее широкое распространение
в технологии получили взрывные мембраны.
Ими, в частности, защищают центробежные
распылительные сушилки (производство
сухого молока, кормовых дрожжей),
ацетиленовые генераторы и ацетиленопроводы
(производство ацетилена), ксантогенаторы
(производство вискозного волокна),
магистральные линии рекуперационных
станций, электрические и рукавные
фильтры пылеулавливающих систем и
другие аппараты. По характеру разрушения
различают разрывные, срезные, ломающиеся,
хлопающие, выщелкивающиеся и отрывные
взрывные мембраны (рис. 2.12).Взрывной предохранительный
клапан выполнен в виде
металлической рамки (500×500
мм), закрытой листом асбеста. Асбест
выдерживает высокие температуры, но не
выдерживает избыточного давления. При
взрыве топочной смеси (хлопок) создается
избыточное давление внутри топочной
камеры и в газоходах, в результате чего
асбест разрывается и выпускает часть
топочных газов в атмосферу через
специальный канал, а обмуровка котла и
оборудования при этом остается не
нарушенной. Если асбест нарушен, то
пропадает тяга и в этом случае необходимо
установить новый лист асбеста и повторить
розжиг.
Рис. 2.12. Предохранительные
устройства с разрушающимися мембранами:
а — с разрывной мембраной; б—со
срезной мембраной; в—с ломающейся
мембраной; г—с хлопающей мембраной;
б—с выщелкивающейся мембраной; в—с
отрывной мембраной; 1—мембрана;
2—прижимные кольца; 3— разрезной нож
Рис. 2.13. Предохранительный клапан
с шарнирно-откидной дверцей:
а—до взрыва; б—после взрыва) 1
— рама клапана; 2 — дверца (клапан); 3 —
противовес; 4 — упор для фиксации клапана
в исходном положении
§
1. Общие положения работы
теплогенерирующих установок
При сжигании органического
топлива горючие химические элементы
(углерод, водород, сера), входящие в
состав топлива, соединяются с кислородом
воздуха, выделяют теплоту и образуют
продукты сгорания (двуокись углерода,
водяные пары, сернистый газ, окислы
азота). От продуктов полного сгорания
органического топлива тепловая энергия
передается рабочему телу, которым обычно
служит вода, сжатая до давления, выше
атмосферного. Для превращения химической
энергии топлива в тепловую энергию
существует комплекс устройств, называемых
котельной, или теплогенерирующей
установкой.
Котельной установкой называют
комплекс устройств и механизмов,
предназначенных для производства
тепловой энергии в виде водяного пара
или горячей воды. Водяной пар используется
для технологических нужд промышленных
предприятий и получения электроэнергии,
в сельском хозяйстве, а также для нагрева
воды, направляемой на отопление,
вентиляцию и горячее водоснабжение.
Горячую воду используют для отопления
производственных, общественных и жилых
зданий, а также для коммунально-бытовых
нужд населения.
В котельную установку необходимо
подать некоторое количество топлива и
окислителя (воздуха); обеспечить сгорание
топлива и отдачу теплоты от продуктов
сгорания топлива рабочему телу и удалить
продукты сгорания топлива; подать
рабочее тело – воду, сжатую до необходимого
давления, нагреть эту воду до требуемой
температуры или превратить ее в пар,
отделить влагу из пара, а иногда и
перегреть пар, обеспечив надежную работу
всех элементов установки.
Для осуществления перечисленных
процессов котельная установка должна
включать в себя теплогенератор – паровой
или водогрейный котельный агрегат
(котел), хвостовые поверхности нагрева
(водяной экономайзер, воздухоподогреватель,
пароперегреватель), горелочные устройства,
а также различные дополнительные
устройства. Производительность
теплогенератора определяется количеством
теплоты или пара, получаемого в процессе
сжигания в агрегате органического
топлива.
На рис. 1.1 и 1.2 изображен план и
продольный разрез котельной, работающей
на природном газе или жидком топливе.
Рис. 1.1. План котельной с двумя
котлами ДКВР-4-13
Рис. 1.2. Продольный разрез котельной
с двумя котлами ДКВР-4-13
Радиационные поверхности нагрева
размещены в топочной камере и воспринимают
теплоту от продуктов сгорания топлива,
одновременно защищая стены топки от
прямого воздействия излучающей среды.
Конвективные поверхности нагрева
установлены за топкой, в газоходах
котла. К конвективным или хвостовым
поверхностям нагрева также относят
пароперегреватели, водяные экономайзеры,
контактные теплообменники,
воздухоподогреватели, которые
предназначены для снижения потерь
теплоты с уходящими топочными газами,
увеличения КПД котельного агрегата или
установки и в конечном итоге для снижения
расхода топлива.
Котельная или теплогенерирующая
установка также включает в себя:
горелочные устройства для подачи и
подготовки топлива к сжиганию; дутьевой
вентилятор для нагнетания воздуха,
необходимого для горения топлива;
дымосос для удаления продуктов сгорания;
дымовую трубу для отвода дымовых газов;
оборудование для химической очистки
воды от вредных примесей и деаэрации;
питательные насосы для увеличения
давления воды и подачи ее в котельный
агрегат. При сжигании твердого топлива
в котельных, кроме того, имеются системы
шлако- и золоудаления для удаления
очаговых остатков топлива, а также
золоуловители – отделяющие золу из
дымовых газов. Все эти устройства
размещаются в специальном здании,
называемом котельной,
включающей в себя котельные установки,
а также помещения для различных
вспомогательных служб и мастерских.
Рис. 1.3. Технологическая схема
производственно-отопительной котельной:
1-воздухозаборный короб;
2-паросборный коллектор; 3-редукционная
установка; 4-паропровод к бойлеру;
5-деаэратор; 6-пароводяной бойлер;
7-потребитель; 8-сетевой насос; 9-система
химической подготовки воды; 10-подпиточный
насос; 11-охладитель деаэрированной
воды; 12-дымовая труба; 13-питательный
насос; 14-подогреватель сырой воды;
15-дымосос; 16-расширитель непрерывной
продувки; 17-водяной экономайзер; 18-насос;
19-трубопровод непрерывной продувки;
20-конвективные поверхности нагрева;
21-пароперегреватель; 22, 26-нижний и верхний
барабаны; 23-дутьевой вентилятор;
24-горелка; 25-топка котельного агрегата;
27-ГРП котельной; 28-мазутохранилище;
29-фильтр; 30-насос.
Производственно-отопительная
котельная, предназначена для выработки
отопительным котлом пара с необходимыми
параметрами качества, который используется
технологическими потребителями, а также
для выработки горячей воды для обеспечения
систем отопления, вентиляции,
кондиционирования и горячего водоснабжения.
Система отопления в котельной
обеспечивает заданный тепловой режим
в помещениях в холодное время года,
компенсируя теплопотери через наружные
ограждения зданий.
Система вентиляции в котельной
создает требуемую чистоту воздуха в
рабочей зоне производственных зданий,
необходимый воздушный и тепловой режимы
в общественных зданиях путем организации
воздухообмена в помещениях.
Система кондиционирования
воздуха в котельной применяется для
создания в помещении микроклимата,
удовлетворяющего повышенным
санитарно-гигиеническим или технологическим
требованиям, путем обеспечения строго
заданных температуры, влажности,
подвижности и чистоты воздуха в рабочей
зоне.
Система горячего водоснабжения
в котельной предназначена для подогрева
и транспортирования воды к местам
водоразбора на хозяйственно-бытовые
или производственные нужды.
Теплотехнологическое оборудование
в котельной является потребителем
тепловой энергии в виде подогретой воды
или водяного пара и включает в себя как
специальные теплопроводы, так и разные
теплообменные аппараты.
Природный газ в отопительном
котле по газопроводу поступает на
территорию предприятия в газорегуляторный
пункт (ГРП) 27 (Рис. 1.3) или газорегуляторную
установку (ГРУ), где давление городского
газа снижают до рабочего и поддерживают
его на заданном уровне. Из ГРП газ
подается к горелкам 24 котельного
агрегата.
Устройства для снижения давления
газа перед котельной, магистрали для
отвода газа и разводка трубопроводов
в котельной должны быть выполнены в
соответствии с указаниями «Правил
безопасности в газовом хозяйстве»
Госгортехнадзора.
Вода, предназначенная для подачи
в паровые и водогрейные котлы или в
тепловые сети, должна удовлетворять
ряду технических, санитарных и
экономических требований. В случае
поступления воды в котельную из городского
водопровода обработка сводится к ее
умягчению и снижению щелочности в
специальных фильтрах, а при использовании
воды из открытых водоемов к этому
добавляется еще и очистка от взвешенных
веществ.
До поступления в устройства для
химической очистки вода должна быть
нагрета в теплообменниках. Загрязненный
конденсат, возвращаемый от технологических
потребителей, также подвергается
очистке. Подготовленные тем или иным
способом вода и конденсат направляются
в устройства (деаэраторы) для удаления
из них растворенных газов. После
деаэраторов с помощью питательных
насосов вода направляется в котельный
агрегат или подпиточными насосами в
тепловые сети.
В промышленных котельных с
паровыми котлами, как правило, используются
центробежные насосы с электрическим
приводом и с приводом от паровой турбины.
Для подпитки водой тепловых сетей, когда
в качестве источника теплоснабжения
установлены стальные водогрейные котлы,
применяются центробежные насосы, обычно
с электрическим приводом. В небольших
котельных иногда для подачи питательной
воды используют поршневые паровые
насосы или инжекторы.
Отопительный котел имеет топку
(25) с расположенными в ней испарительными
поверхностями нагрева (кипятильными
трубами), верхний (26) и нижний (22) барабаны,
конвективные поверхности нагрева (20),
пароперегреватель (21), водяной экономайзер
(17).
Воздух в отопительном котле,
необходимый для сжигания газа, забирается
из верхней части котельной и по
воздухозаборному коробу (1) поступает
на вход дутьевого вентилятора (23), откуда
под давлением подается в горелки (24).
Продукты горения проходят последовательно
через все теплоиспользующие элементы
и с помощью дымососа (15) выбрасываются
в дымовую трубу (12).
Пар в отопительном котле поступает
в общий сборный коллектор (2), откуда
направляется к технологическим
потребителям. Часть пара после снижения
давления в редукционной установке (3)
подается в деаэратор (5), где происходит
удаление из питательной воды растворенных
в ней агрессивных газов для предотвращения
коррозии поверхностей нагрева.
Для получения горячей воды,
расходуемой на технологические нужды
и теплоснабжение, в котельной установлен
пароводяной бойлер (6). Пар в бойлер
поступает из общего паросборного
коллектора (2) по специальному паропроводу
(4). Сетевая вода сетевым насосом 8,
установленным на обратной линии, подается
для нагрева в бойлер, из которого
поступает в прямую линию системы
теплоснабжения к потребителям (7) теплоты.
Конденсат пара из бойлера поступает в
деаэратор 5. Подпитка тепловой сети
осуществляется подпиточным насосом
(10), забирающим воду из деаэратора, общего
для системы теплоснабжения и питания
котла. Для уменьшения солесодержания
котловой воды из барабана (26) по
трубопроводу (19) производится непрерывная
продувка.
Вода в отопительном котле
направляется в расширитель непрерывной
продувки (16), где в результате снижения
давления вскипает. Образующийся при
этом пар поступает в паровую линию к
деаэратору, а горячая вода — в подогреватель
сырой воды (14), которая насосом (18) подается
в систему 9химической подготовки воды.
Химически очищенная вода перед
поступлением в деаэратор подогревается
в охладителе 11 деаэрированной воды.
Деаэрированная вода питательным насосом
13 направляется в водяной экономайзер
(17) котла.
Теплогенераторы с давлением
выше 0,07 МПа (0,7 кгс/см2)
и температурой выше 115 °С
подлежат регистрации в государственной
организации, контролирующей правильность
конструкции котлоагрегата, соответствие
установленным правилам и нормам
оборудования и здания котельной и
соблюдение обслуживающим персоналом
Правил устройства и безопасной
эксплуатации паровых и водогрейных
котлов Госгортехнадзора РФ. Размеры
зданий котельных, материалы, из которых
они выполняются, проходы между стенами
и оборудованием, а также расстояния до
ферм и перекрытий определяются Правилами
и нормами Госгортехнадзора РФ.
Эффективность работы котельных
во многом определяется правильностью
выбора метода сжигания топлива,
совершенством оборудования и приборов,
своевременностью и качеством проведения
пуско-наладочных работ, квалификацией
обслуживающего персонала и др.
Безопасность, надежность и экономичность
работы котельных установок и
теплоэнергетического оборудования
зависят от степени подготовки
обслуживающего персонала, правильности
выполнения производственных и должностных
инструкций.
1.1. Мазутное хозяйство отопительных
котельных
Схема мазутного хозяйства. Мазут
может быть основным топливом, резервным
(например, в зимнее время), аварийным,
растопочным, когда основным является
сжигаемое в пылевидном состоянии твердое
топливо.
Мазут к потребителю доставляется
железнодорожным транспортом, нефтеналивными
судами, по трубопроводам (если
нефтеперерабатывающие заводы находятся
на небольших расстояниях). Мазутное
хозяйство при доставке мазута
железнодорожным транспортом состоит
из следующих сооружений и устройств:
слив-пой эстакады с промежуточной
емкостью; мазутохранилища; мазутонасосной
станции; системы мазутопроводов между
емкостями мазута, мазутонасосной и
котельными установками, устройствами
для подогрева мазута; установок для
приема, хранения и ввода в мазут жидких
присадок.
Схема мазутного хозяйства с
наземным мазутохранилищем приведена
на рис. 1.4. Из железнодорожных цистерн
1, располагающихся при сливе на эстакаде
2, мазут по переносному слив-пому лотку
3 поступает в сливной желоб 4 и затем по
отводящей трубе 5 — в приемную емкость
6. Из нее мазут по мазутопроводам подается
в фильтр 10 грубой очистки и насосами 9
через фильтры 8 гонкой очистки закачивается
в емкость мазутохранилища 7. Из емкости
мазутохранилища через фильтры 11 тонкой
очистки и подогреватели 13 насосами 12
мазут подается в горелки 14 котельных
агрегатов. Часть разогретого мазута
направляется по линии /5 рециркуляции
в мазутохранилище для разогрева
находящегося там мазута. Рециркуляция
мазута предназначена для предупреждения
застывания мазута в трубопроводах при
уменьшении или прекращении его
потребления.
Рис. 1.4. Схема мазутного хозяйства
с наземным мазутохранилищем:
1-железнодорожная цистерна;
2-эстакада; 3-переносный сливной лоток;
4-сливной желоб; 5-отводящая труба;
6-приемная емкость; 7-мазутохранилище;
8, 11-фильтры тонкой очистки; 9, 12-насосы;
10-фильтр грубой очистки; 13-подогреватель;
14-горелки котлов; 15-линия рециркуляции.
При сливе из железнодорожной
цистерны мазут самотеком движется по
открытым лоткам (желобам) в приемные
баки. По дну лотков проложены паропроводы.
Слив мазута из цистерн происходит через
нижний сливной прибор в межрельсовые
желоба. Мазут из приемных резервуаров
перекачивается погружными нефтяными
насосами в основные резервуары для
хранения. Подогрев л мазута в приемных
и основных резервуарах до 70 °С проводится
обычно трубчатыми подогревателями
поверхностного типа, обогреваемыми
паром. В водогрейных котельных пар
отсутствует, поэтому подогрев мазута
осуществляется горячей водой с
температурой до 150 °С.
Для уменьшения опасности донных
отложений и загрязнения поверхностей
нагрева при длительном хранении к мазуту
добавляют жидкие присадки типа ВНИИНП-102
и ВНИИНП-103.
Мазут для отопительного котла
может быть основным топливом, резервным
(например, в зимние месяцы), аварийным,
позволяющим в случае необходимости
быстро перевести котельную с одного
вида топлива на другой. Котельная
представляет промышленное здание, в
котором имеются: устройства для хранения
некоторого запаса топлива, механизмы
для его подготовки к сжиганию и подачи
в топку; оборудование для хранения,
водоочистки, подогрева и перекачки воды
для питания котельного агрегата,
теплообменников, деаэраторов, баков,
питательных, сетевых и других насосов;
различные вспомогательные устройства
и машины, предназначенные для обеспечения
длительной и надежной работы котельных
агрегатов, в том числе и приборов,
позволяющих контролировать ход процессов
в котельном агрегате. Около здания
котельной обычно располагаются:
устройства для приемки, разгрузки и
подачи жидкого топлива по емкостям,
аппаратам для подогрева, фильтрации и
транспорта в котельную; трубопроводы,
подводящие газ к котельной, и
газорегуляторные пункты (ГРП) для приема,
очистки и снижения давления газа перед
котлами; склады для хранения материалов
и запасных частей, необходимых при
эксплуатации и ремонтах оборудования
котельной; устройства для приемки и
преобразования электрической энергии,
потребляемой котельной установкой.
На территории котельной
регламентировано устройство проездов
и площадок разного назначения, зеленой
зоны для защиты окружающего пространства.
Снабжение котельной топливом может
осуществляться различными путями: по
железной дороге, автотранспортом и по
трубопроводам.
При использовании жидкого
топлива, подаваемого в железнодорожных
или автомобильных цистернах, на территории
котельной предусмотрены устройства
для разгрузки топлива, его слива и
хранения. Жидкое топливо из хранилищ
перекачивается насосами, подогревается
для снижения вязкости и фильтруется
для освобождения от частиц, засоряющих
форсунки. Из мазутохранилища
(28), обогреваемого паром, через фильтры
(29) тонкой очистки насосами (30) мазут
подается в горелку (24) и после смешивания
с воздухом сгорает.
1.1.1. Мазутохранилища для
отопительных котлов
Запас мазута содержится в
резервуарах — мазутохранилищах, которых,
как правило, не менее двух. Суммарная
вместимость резервуаров выбирается в
зависимости от производительности
котельной, дальности и способа доставки
(железнодорожный, трубопроводный и
др.). Применяют нормальный ряд мазутохранилищ
вместимостью 100; 200; 500; 1 000; 2 000; 3 000; 5 000;
10 000 и 20 000 м3.
Выполняются мазутохранилища
наземными, полуподземными (заглубленными)
и подземными. Резервуары бывают основные,
расходные и резервные. Все они должны
обладать безопасностью хранения топлива
в пожарном отношении; полной герметичностью;
несгораемостью, долговечностью,
коррозионной стойкостью против
воздействия агрессивных грунтовых вод;
удобствами обслуживания и очистки от
отстоя и осадков; возможностью установки
внутри резервуара подогревающих
устройств и другого технологического
оборудования.
Резервуары мазутохранилища
обычно выполняют железобетонными или
металлическими. Последние применяют в
районах Крайнего Севера и в сейсмически
опасных районах. Теплоизоляция
металлических хранилищ выполнена из
полиуретана, обшитого металлическими
листами.
1.1.2. Насосы для перекачки мазута
Наибольшее применение для
перекачки мазута в отопительных котлах
находят шестеренные и винтовые насосы.
При вращении шестерен 2 в направлении,
обозначенном на рисунке стрелками,
жидкость попадает во впадины, образованные
зубьями шестерни и корпусом 4 насоса, и
перемещается из всасывающей полости 3
в нагнетательную 1. Для бесшумной и
плавной подачи перекачиваемой жидкости
зубья шестерен часто выполняют косыми.
Производительность шестеренных насосов
обычно не превышает 20 м3/ч,
а напор — 12 МПа (1 200 м вод. ст.).
Рис. 1.5. Шестеренный (а) и винтовой
(б) насосы для перекачки мазута:
1-нагнетательная полость;
2-шестерни; 3-всасывающая полость;
4-корпус; 5-винтовые роторы.
В винтовых насосах мазут подается
путем выдавливания его роторами с
винтовой нарезкой. Винтовые насосы по
сравнению с шестеренными бесшумны и
работают с большим числом оборотов.
Наиболее распространены трехвинтовые
насосы с центральным ведущим ротором.
При вращении винтовых роторов 5 в
раскрывающуюся впадину винтового канала
из всасывающей полости 3 поступает
мазут. При дальнейшем вращении роторов
эта впадина закрывается и мазут,
находящийся в ней, переносится в
нагнетательную полость 1. Там впадина
раскрывается, и мазут выдавливается
выступами винтов роторов.
1.2. Место парового котла в
тепловой схеме ТЭС
Котельный агрегат является одним
из основных элементов в схеме ТЭС (Рис.
1.6).
В паровом котле 1 происходит
превращение химической энергии,
заключенной в топливе, в тепловую
энергию. Там же эта тепловая энергия
расходуется на нагрев воды до кипения,
испарения воды и перегрев пара.
Производственными отходами являются
охлажденные дымовые газы, летучая зола
и шлак. Сочетание топки и теплоиспользующих
поверхностей называется котельным
агрегатом.
Котельная установка – это более
широкое понятие, включающее дополнительные
устройства для приготовления и ввода
в топку топлива; вентиляторы для подачи
воздуха; дымососы для отвода в атмосферу
дымовых газов; питательные насосы и
другое, более мелкое оборудование.
Перегретый пар из котла поступает
в паровую турбину 3, где энергия,
заключенная в нем, превращается в
механическую работу (вращение ротора).
С ротором турбины связан ротор
электрического генератора 4, в котором
механическая работа превращается в
электрическую энергию.
Рис. 1.6. Простейшая принципиальная
схема паротурбинной электростанции:
1 – котельный агрегат; 2 –
паропровод; 3 – паровая турбина; 4 –
электрический генератор; 5 – конденсатор;
6 – конденсатный насос; 7 – питательный
насос; 8 – циркуляционный насос; 9 –
питательный бак (деаэратор)
Отработавший в турбине пар
сбрасывается в конденсатор 5, куда
подается охлаждающая вода 8. Конденсат
из конденсатора турбины забирается
конденсатным насосом 6 и подается далее
в следующие многочисленные элементы
тепловой схемы, включающие регенеративные
подогреватели, деаэраторы и другие
элементы. Далее питательная вода насосом
7 подается в паровой котел.
1.3. Принципиальная схема
современной котельной установки
Схема котельной установки
представлена на рис. 1.7.
Пылевоздушная смесь подается в
топку 13 через пылеугольные горелки 11.
Барабан котла 12 вынесен за пределы
газохода. Вода из него по опускным трубам
поступает в нижние коллекторы экранов
17, покрывающих все стенки топки. В экранах
происходит частичное испарение воды.
Далее пароводяная смесь поступает в
барабан котла, где происходит отделение
пара. Пар из барабана котла подается в
пароперегреватель 20 и затем идет к
потребителю. Дымовые газы из топки
подаются в пароперегреватель и из него
в опускную шахту. В опускной шахте
расположены водяной экономайзер 21, в
котором подогревается питательная вода
до поступления в барабан котла, и
воздухоподогреватель 22, где уходящие
газы отдают тепло воздуху. Горячий
воздух затем подается в углеразмольные
мельницы и к пылеугольным горелкам.
После котла дымовые газы очищаются от
летучей золы в золоуловителях и через
дымосос и дымовую трубу выбрасываются
в атмосферу.
Рис. 1.7. Схема котельной установки:
1 – ленточный транспортер; 2 –
бункер сырого угля; 3 – питатель сырого
угля; 4 – пылеугольная мельница; 5 –
сепаратор; 6 – циклон; 7 – пылевой шнек;
8 – бункер угольной пыли; 9 – питатель
угольной пыли; 10 – мельничный вентилятор;
11 – горелки; 12 – барабан котла; 13 –
топка; 14 – холодная воронка; 15 – шлаковый
комод;16 – топочные экраны (подъемные
трубы); 17 – коллекторы экранов; 18 –
водоподводящие (опускные) трубы; 19 –
фестон; 20 – пароперегреватель; 21 –
водяной экономайзер (две ступени); 22 –
воздухоподогреватель (две ступени); 23
– дутьевой вентилятор; 24 – короб для
забора воздуха
Паровой котел, обеспечивающий
паром турбину сравнительно небольшой
мощности – 100 МВт, вырабатывает пара
около 400 т/ч при температуре перегрева
540570
0C. При этом
расход угля может составить от 50100
тонн в час (в зависимости от его
теплотворности). Высота такого котла
3540
м, ширина и глубина 1520
м.
