Учебная работа. Курсовая работа: Види теплогенераторів

Учебная работа. Курсовая работа: Види теплогенераторів

1. Конструкції топок

1.1 Шарові топки

У топках з шаровим спалюванням палива основними трудоємкими робочими процесами є: завантаження палива на решітку; прошуровування (просування, розрівнювання) шару палива; видалення шлаку.

Залежно від ступеня механізації цих процесів розрізняють топки з ручним обслуговуванням, топки з частковою механізацією і механічні шарові топки. Раніше у невеликих котельних установках, устаткованих котлами потужністю до 10 т
пари на годину, застосовувались майже винятково шарові топки з ручним обслуговуванням. Останнім часом в цих установках широко застосовуються топки з частковою або комплексною механізацією трудомістких процесів.

зараз розроблено і опробовано недороге і ефективне топкове обладнання, що дає можливість в невеликих установках полегшити працю обслуговуючого персоналу і досягти високого коефіцієнта корисної дії топки.

Шарова топка походить від найпростішого типу топки – нерухомої горизонтальної колосникової решітки з ручним обслуговуванням.

Широке застосування її в малих установках пояснюється простотою, надійністю і дешевизною, універсальністю щодо можливості спалювання різноманітних видів твердого палива, високою стійкістю процесу горіння.

Решітка складається з 4-х рядів нерухомих колосників,
на яких лежить паливо. Колосники виготовляють або у вигляді чавунних плиток (плиткові), або у вигляді брусків (брускові, балочні). У зольник (піддувало) вентилятором нагнітається повітря, яке крізь отвори або щілини в колосниках і між ними, тобто крізь живий переріз решітки,
надходить у шар палива. зараз застосовують колосникові решітки з малим живим перерізом, що становить менш як 15% площі решітки. Над решіткою розміщений топковий простір, а над ним – променесприймальна поверхня нагріву.
Свіже паливо вручну закидається на шар гарячого палива через завантажувальний (шурувальний) отвір.
Завантажувальні дверцята 6
закріплюються на рамі, з’єднаній з каркасом котла. Шлак видаляється в зольник, для чого установлюється кілька перекидних (поворотних навколо горизонтальної осі) колосників.

Ручні горизонтальні топки мають багато недоліків: потребують застосування важкої фізичної праці для обслуговування; працюють періодично; мають невисокий к. к. д. топки; через обмежену довжину колосникових решіток утруднюється можливість їх застосування навіть під невеликими котлами; при одиничній видатності (понад 5 т
пари на годину) обмежена питома потужність решітки; висока чутливість до фракційного складу палива (за розмірами кусків); низька видатність і економічність під час роботи на паливі з великим вмістом дріб’язку; працюють з підвищеним коефіцієнтом зайвини повітря в топці, що зумовлює значну втрату теплоти з відхідними газами.

Ці недоліки настільки істотні, що в наш час відмовляються від застосування у невеликих установках горизонтальних топок з ручним обслуговуванням і все ширше застосовують топки з частковою або повною механізацією трудомістких процесів паливоспалювання. Це полегшує працю обслуговуючого персоналу, основною функцією якого стає керування механізмами і контроль за їх роботою.

Топки із закидачами
. Дуже поширеними топками з частковою механізацією подачі палива на решітку є топки із закидачами.

Вони бувають трьох типів: з механічним, з пневматичним і комбінованим пневмомеханічним закиданням.

Пневмомеханічний закидач складається з плунжерного живильника,
ротора-закидача і повітряних сопел, розміщених під закидачем. Напрям обертання ротора (правий) такий, що вугілля в топку закидається лопатками в той час, коли вони знаходяться у верхньому положенні. Виробність по вугіллю регулюється числом ходів плунжера і величиною його ходу. Лопатки закидача прикріплені до барабана під кутом, що забезпечує віялоподібний закид.

Суміщення механічного (основного) і пневматичного (додаткового) закидання дає можливість добитись кращого, ніж при механічних або пневматичних закидах, розподілу вугілля по решітці.

У топці ПМЗ–ЦКТІ можна спалювати кам’яне вугілля і антрацити. Нормально топка працює на вугіллі, попередньо роздрібненому на куски, менші за 40 мм.
При спалюванні рядового вугілля із значним вмістом дріб’язку топки працюють погано.

Шахтні топки
. Для спалювання кускового торфу в невеликих котельних установках застосовуються шахтні топки з похилим дзеркалом горіння. Колосникова решітка шахтної топки складається з двох рядів похилих і двох рядів горизонтальних колосників. Торф завантажується з вагонетки великими порціями в паливний бункер, звідки надходить у шахту, розміщену над колосниковою решіткою. В міру вигоряння торфу і видалення (з нижнього горизонтального ряду колосників) вогнищевих залишків торф з шахти надходить на колосникову решітку і просувається вздовж похилих колосників під впливом сили тяжіння.

У шахтних топках, як і взагалі в топках з похилим дзеркалом горіння (похилих, східчастих), стадії горіння палива розділені по місцю: у верхній частині відбувається теплова підготовка, в середній–горіння коксу, а в нижній–допалювання. Обслуговування шахтних топок потребує менших фізичних зусиль персоналу порівняно з обслуговуванням ручних горизонтальних топок.

Топки з шурувальною планкою
. Основним елементом топок цього типу є нерухома плоска колосникова решітка, вздовж якої пересувається паливо. Рух палива здійснюється за допомогою клиновидної планки, що періодично переміщується через певні проміжки часу, установленої поперек колосникового полотна. Швидкість ходу планки регулюється, при цьому задається програма чергування ходів певної довжини (коротких і довгих). Під час руху планки відбувається живлення шару свіжим паливом, підломлювання шлаку, прошуровування шару і видалення шлаку. Топки з шурувальною планкою можуть застосовуватися для спалювання кам’яного і бурого вугілля під котлами з невеликою видатністю – до 10–12 т
пари на годину.

Топки з ланцюговими решітками
. Найпоширенішими механічними шаровими топками є топки з ланцюговими решітками.

Ланцюгова решітка – це нескінченне колосникове полотно, що рухається разом з паливом, яке лежить на ньому Основою ходової частини ланцюгової решітки є два або декілька ланцюгів, що несуть на собі колосники. Залежно від способу кріплення колосників розрізняють бімсові і безбімсові, або безпровальні решітки.

Тепер у нашій країні серійно виробляють тільки решітки безпровального типу (БЛР – безпровальні ланцюгові решітки). Решітка БЛР порівняно з бімсовою значно легша і дешевша, надійніша і економічніша в експлуатації. Решітки потрібного розміру складаються із стандартних серійно виготовлених секцій.

У решітках БЛР колосники вміщені в обойми-колосникотримачі,
прикріплені до ланцюгів. Нескінченні ланцюги натягнені на зірочці та шківі.
Ведучим є передній вал. Натяг ланцюга регулюють переміщенням заднього вала.

Привід решітки здійснюється електродвигуном через редуктор, що дає можливість змінювати швидкість руху решітки від 4 до 20 м/год.
Іноді з цією метою застосовують електродвигуни з кількома ступенями швидкості.

У передній частині решітки встановлено відсічний охолоджувальний шибер для регулювання товщини шару палива. В кінці ланцюгової решітки установлюється шлакознімач.

Конфігурація топкових камер в топках з ланцюговими решітками в основному подібна до топок, в яких спалюють різні види палива. Вона характеризується наявністю низько опущеного довгого заднього склепіння і відносно високо розміщеного короткого переднього склепіння. Так, для антрациту і кам’яного вугілля заднє склепіння, завдовжки близько половини довжини решітки, розміщається на висоті 0,9–1,0 м
від решітки, а переднє – завдовжки близько чверті довжини решітки – на висоті 2–2,5 м.

Заднє склепіння спрямовує потік гарячих газів у зону надходження свіжого палива, що сприяє його займанню. Переднє склепіння добре прогрівається топковими газами, не закриває від випромінюючих твердих частинок і газів зону попередньої підготовки палива і сприяє стабілізації високої температури в передній частині решітки. Звуження топкової камери, утворене переднім і заднім склепіннями, і рух під заднім склепінням газового потоку у напрямку до фронту топки сприяють перемішуванню топкових газів, горінню винесених із шару твердих частинок і горючих газів і утворенню зони високих температур. Цьому сприяє і гостре дуття, що подається з сопел, установлених на одному із склепінь.

При нормальній роботі топки ланцюгова решітка рухається безперервно. Режим роботи топки регулюють зміною товщини шару вугілля на решітці за допомогою шибера – регулятора шару, зміною швидкості переміщення решітки і відповідним режимом тяги і дуття. Регулювання повітряного режиму топки полягає в підтримуванні потрібного тиску повітря під різними дільницями решітки (4–5 зон по довжині решітки). Шлакознімач у кінці решітки дає можливість підтримувати на решітці певний шар шлаку і робити випал пального із шлаку, підтримуючи допустиму величину видимої теплонапруги дзеркала горіння.

Діапазон видатності котлоагрегатів, під якими можуть установлюватись ланцюгові решітки, досить широкий. Наші заводи випускають ланцюгові решітки, починаючи з розмірів 1260 мм х
5500 мм
до розмірів 4590 мм
х 7900 мм.
У разі потреби під котлоагрегатом установлюють дві решітки.

Ланцюгові решітки дають змогу механізувати подачу вугілля в топку і видаляння шлаків, але не забезпечують прошуровування і розрівнювання шару палива. Цей основний їх недолік пояснюється тим, що паливо, яке надходить на решітку, повільно рухається разом з решіткою і не має ніяких відносних переміщень.

Найефективніше топки з ланцюговою решіткою працюють на малоспікливому і спісненому сортованому вугіллі з розмірами фракцій від 6 до 25 мм.
У цьому разі к. к. д. топки високий (91–94%). Спалювання дужеспікливого вугілля супроводжується зростанням втрати від механічної неповноти згоряння q
4
до 8–10%. При значному вмісті в паливі дріб’язку, особливо при спалюванні рядових антрацитів, втрата q
4
може досягти 15–20%.

З цієї ж самої причини (непрошуровування шару) топки з ланцюговою решіткою працюють з погіршеними показниками при спалюванні висок озольного палива. В них можна задовільно спалювати паливо із зольністю на суху масу А0

до 15–20%. Звичайні топки з ланцюговою решіткою без спеціального додаткового обладнання непридатні також для спалювання високовологого палива.

Топка з ланцюговою решіткою і з пневмозакидачем
– двоступінчаста топка ВТІ–Комега (С.А. Тагера). У неї застосовується пневмозакидання палива і сортування його по довжині решітки і висоті шару, двоступеневе спалювання, при якому паливо спочатку спалюється у своєму шарі, а потім допалюється в топковому об‘ємі виділеного шару горючого газу і відвіяного пилу, а в разі потреби забезпечення нижнього запалювання за допомогою застосування установленої під решіткою в передній частині топки поперечної балки або труби (вогневої балки). Внаслідок цих особливостей істотно підвищується (приблизно в 1,5 раза) питома потужність ланцюгової решітки при роботі на рядовому кам’яному і бурому вугіллі.

Шахтно-ланцюгова топка.
Для спалювання у котлоагрегатах видатністю понад 10 т/год
такого вологого палива, як кусковий торф доцільно застосовувати шахтно-ланцюгові топки (Т.Ф. Макар’єва). Шахтно-ланцюгова топка характеризується наявністю передтопки із східцями, на яких затримується частина палива, що надходить з шахти. Через фронтальну стінку шахти підводиться гаряче повітря, внаслідок чого на східцях утворюються вогнища горіння. Продукти згоряння пронизують основну масу торфу і підсушують його до надходження на решітку.

У шахтно-ланцюговій топці кусковий торф можна спалювати з присадкою на шар фрезерного торфу, застосувавши для цього спеціальне ежекційне обладнання для фрезерного торфу.

Шахтно-ланцюгові топки при нормальній вологості торфу Wр
= 45–50% працюють добре. Для поліпшення роботи топки на торфі з високою вологістю потрібно застосовувати додаткові обладнання (наприклад, розміщеної під східцями «вогневої» балки).

Перештовхувальні решітки і топки з нижнім подаванням палива.
Перештовхувальні решітки не набули у нас поширення, а великі топки з нижнім подаванням палива не застосовуються взагалі. Тому можна обмежитися лише короткою характеристикою цих конструкцій.

Існує три групи перештовхувальних решіток: похило-перештовхувальні, каскадні і зворотно-перештовхувальні. Колосникове полотно похило-перештовхувальних решіток складається з рухомих і нерухомих колосників, які чергуються між собою по довжині; в кінці решітки установлюються великі шлакові колосники. Рухомі колосники рухаються зворотно-поступально і переміщають та прошуровують шар палива. Хід колосників невеликий – до 100 мм.
У топках цього типу можна спалювати паливо з підвищеною зольністю до Ас
= 30¸35%.

Каскадні і зворотно-перештовхувальні топки відрізняються великим ходом колосників – до 400 мм і, внаслідок цього, інтенсивним прошуровуванням шару, що дає можливість спалювати в таких топках дуже зольне паливо із зольністю Ас
= 50% при високій теплонапрузі дзеркала горіння. Проте механізація в цих топках коштує надто дорого – ускладнюється конструкція, колосники виготовляють з хромистого чавуну, підвищуються витрати на ремонт і т. п.

Великі топки з нижнім подаванням палива складаються з похилих реторт з прорізами, в яких переміщаються плунжери, що подають свіже паливо під шар того, що горить. Ці топки мають дуже досконале паливоспалювальне обладнання, але в них можна ефективно спалювати лише обмежений асортимент вугілля, яке відповідає цілому ряду вимог щодо зольності, вологості, виходу летких речовин, здатності до спікання.

1.2 Камерні (факельні) топки

Найпоширенішими є камерні (факельні) топки. Вони широко застосовуються в енергетичних котлоагрегатах великої і середньої потужності для спалювання різних видів палива.

Пилоприготування
. Тверде паливо перед спалюванням у камерній топці здрібнюється на тонкий пил. Тонкість помелу палива характеризується залишком R%
(у процентах від початкової наважки) на ситах певного розміру. Найчастіше для визначення тонкості помелу застосовують сито №70, з отвором 88 мк.
Для кожного виду палива визначається тонкість помелу, яка відповідає мінімумові експлуатаційних витрат. При цьому враховується, з одного боку, економія палива, яку дає тонкий помел, з іншого боку – витрати енергії на розмелювання. Основною характеристикою палива, що визначає оптимальну тонкість помелу, є вихід летких речовин. Чим він менший, тим тонший повинен бути помел. Так, при спалюванні антрациту тонкість помелу характеризується залишком на ситі №70 R88
= 7¸8%, при спалюванні ж палива з великим виходом летких речовин можна допускати залишок R
88
,
що дорівнює 50% і більше.

У котельних установках, обладнаних пиловугільними топками, передбачається певна система пилоприготування.

Найбільш поширена тепер індивідуальна система пилоприготування, в якій кожний котельний агрегат обслуговується окремим пилоприготувальним обладнанням. З бункера через ваги попередньо подрібнене паливо надходить у витратний бункер,
з якого воно живильником подасться у млин,
куди надходить також гаряче повітря з короба.
У млині паливо одночасно сушать і розмелюють. Пил з повітрям з млина виноситься до сепаратора,
де відділяються крупні частинки пилу, які повертаються до млина. Пил потрібної тонкості надходить із сепаратора в циклон, де основна його частина відділяється від повітря. З циклона пил надходить у пиловий бункер,
звідки він видається живильником і подається разом з повітрям, яке нагнітається вентилятором,
у пальник. До пальника підводиться також вторинне повітря з короба гарячого повітря. З пальника аеропил (суміш пилу і первинного повітря) і вторинне повітря надходять у камерну топку.

В описаній схемі пилоприготування передбачається установка кульового барабанного млина. У покритий бронею барабан млина завантажуються стальні кулі, які при повільному обертанні барабана перекочуються і розмелюють паливо.

Застосовуються також індивідуальні схеми пилоприготування без проміжного пилового бункера, а для легко розмелюваних палив з високим Vг
–
спрощені схеми пилоприготування (без сепараторів і циклонів) з швидкохідними млинами. Паливо в них розмелюється під дією бил, підвішених за допомогою билотримачів до вала. Для спалювання високовологих палив у великих установках застосовують розімкнену схему підсушування палива з викиданням спрацьованого сушильного агента і водяної пари в атмосферу.

На теплових електростанціях великої потужності доцільно застосовувати центральну систему пилоприготування – спорудження пилозаводів, де всі операції по підготовці палива – грохотіння, дробіння, сушіння і розмелювання–здійснюються централізовано.

Топки для пиловидного палива.
Час перебування частинок твердого палива в камерних (факельних) топках дуже обмежений (
1–
2 сек.).
Щоб повністю спалити їх у такий короткий проміжок часу, треба здрібнювати паливо до пиловидного стану. Внаслідок розмелювання досягається також багаторазове збільшення вільної поверхні палива (поверхні реагування), вираженої в м2
/кг,
що сприяє організації і перебігу процесів горіння.

В установках для спалювання твердого палива в пиловидному стані застосовують різні типи пальників і різноманітні форми топкової камери.

Пилові пальники можна поділити на два основні типи: круглі і щілинні. Типовим представником групи круглих пальників, широко вживаних у наших енергетичних котельних установках, є двозавитковий пальник ТКЗ–ЦКТІ. Суміш пилу й первинного повітря підводиться тангенціальне у завиток, закручений потік аеропилу рухається в кільцевому просторі і виходить у топку. Потік вторинного повітря, підведеного у другий завиток,
закручується в ньому у тому самому напрямку і виходить у топку, вбираючи потік аеропилу.

У круглому пальнику ОРГРЕС закручується потік тільки вторинного повітря, а аеросуміш рухається по осі центральної труби і погім роздається в боки, зустрічаючи на своєму шляху розсікач, установлений у кінці труб

В обох пальниках потік виходить у топку у вигляді порожнистого конуса. Цей потік і газ, що заповнюють топку, перемішуються, гарячі топкові гази підсмоктуються до кореня факела, що забезпечує інтенсивне прогрівання пилу і його займання.

Круглі пальники розміщаються або на фронтальній стінці топки в один або два ряди, або на двох протилежних бічних стінках топки. Їх застосовують при сухому шлаковидалянні для будь-якого палива. Недоліком великих круглих пальників (для спалювання в одному пальнику 5–10 m
палива на годину) є трудність у побудові великих амбразур внаслідок складної розводки екранних труб довкола пальників.

У щілинних пальниках аеропил і вторинне повітря подаються по вузьких витягнених щілинах. Розводка екранних труб при цьому спрощується.

Пальники можна розміщати на фронтальній і бічних стінах топки, але найчастіше їх розміщають по кутках топки. Осі кутових пальників звичайно спрямовані дотично до уявлюваного кола в центрі топки.

Дуже важливим енергетичним паливом є антрацит. Стійкий і економічний процес спалювання в камерних топках антрациту відбувається, головним чином, внаслідок високої температури його займання–порядку 900° С.

Для інтенсивної теплової підготовки і займання антрацитового пилу для спалювання АШ застосовують топку з утепленою воронкою, екрани якої закриті вогнетривкою масою, і пальник нижнього ряду розміщають поблизу воронки.

У таких топках утворюється рідкий шлак з 20% золи палива (залежно від ступеня навантаження котла). Їх можна вважати проміжними між топками з сухим і рідким шлаковидалянням.

Однокамерні топки з сухим шлаковидалянням характеризуються несприятливою структурою золового балансу. З топки з продуктами горіння виноситься у вигляді леткої золи в середньому 85% золи палива. Це призводить до золового зносу і заносу поверхонь нагрівання, обмежує швидкість газів у конвективних елементах, що зумовлює зниження коефіцієнта теплопередачі в них, викликає потребу у громіздкому золовлов-лювальному обладнанні.

Зольний баланс топок з рідким шлаковидалянням кращий. У них, залежно від конструкції топки і властивостей палива і його золи, вдається дістати 30–60% шлаку в рідкому стані. Для цього в топці створюють зону високих температур, закриваючи екрани в нижній частині топки торкретом і зменшуючи цим їх теплосприймання. Рідкий шлак стікає із стін і випадає з газового потоку на горизонтальний або трохи нахилений під топки і видаляється через центральну льотку.

Топки з рідким шлаковидалянням можуть бути однокамерні двокамерні. Двокамерні топки стійкіші від однокамерних щодо одержання і видаляння шлаку в рідкому вигляді при різному навантаженні котельного агрегату і забезпечують більший у процентному відношенні вихід рідкого шлаку.

У двокамерних топках часто виділяють зону горіння і плавлення шлаку і зону охолодження продуктів згоряння.

У топці виразно виділена камера горіння. В кінці її установлено пучок труб–решітка для додаткового шлаковидаляння. Екрани камери горіння і решітка зроблені з обшипованих труб, покритих теркретом.

У топці з перетиском, нижня частина – камера горіння, верхня – камера охолодження. У багатьох потужних котлоагрегатів установлюють топки цього типу.

Топки із спрощеним пилоприготуванням.
Для спалювання палива з великим виходом летких речовин доцільно застосовувати топки із спрощеним пилоприготуванням. Вони значно компактніші і дешевші від звичайних систем пилоприготування і споживають меншу кількість електроенергії на розмелювання палива і пневматичне транспортування пилу. З топок цього типу у нас дуже поширені топки з шахтними млинами (шахтно-млинові).

Поблизу топкової камери встановлена вертикальна шахта,
під якою розміщений швидкохідний млин ударної дії.
У млин по про-тічці надходить паливо, а по повітропроводам з двох боків аксіальне підводиться сушильний агент – гаряче повітря або газоповітряна суміш. Сушильний агент може підводитись у млин і тангенціальне. У млині паливо сушиться і розмелюється. У шахті під час руху в ній знизу вгору суміші пилу й газу пил сепарується: крупні частки падають униз і повертаються в млин, а дрібні частки виносяться газовим потоком з шахти і крізь амбразуру 5
надходять у топкову камеру, де займаються і горять. Через шліци 6
підводиться вторинне повітря.

Щоб у топку виносився лише достатньо дрібний пил, швидкість газів у шахті має бути невеликою (2–3 м/сек).
Швидкість газів в амбразурі 4–6 м/сек.

Топки з шахтними млинами застосовуються для спалювання різних видів твердого палива: фрезерного торфу, бурого вугілля, сланців і кам’яного вугілля з Vг
>30%. Так само широкий діапазон їх застосування щодо видатності котлоагрегатів – від кількох тонн до кількох сотень тонн пари на годину.

Млини установлюють як з фронтальної сторони, так і з бічної сторони і по кутках топки. В енергетичних агрегатах середньої і великої потужності для поліпшення аеродинаміки топок і підвищення їх к.к.д. застосовують ежекційні амбразури.

Для спалювання в промислових котельних установках дуже низькоякісного (високовологого і зольного) палива доцільно застосовувати топку, яка є поєднанням шахтно-млинової топки з постійно діючим камерним муфелем, установленим між шахтою і фронтовою стінкою топки. Принцип дії муфеля полягає у відгалуженні за допомогою регулювальної заслінки частини потоку аеропилу для направлення його в муфель, гальмуванні цієї частини потоку в муфелі і спалюванні (а також газифікації) в завислому стані частини пилу в топковому просторі муфеля, захищеному склепінням від охолодної дії потоку вологого пилу. Повітря підводиться знизу через повітророзподільну решітку.

Продукти горіння і газифікації надходять потім через газове вікно в нижню частину топкової амбразури і забезпечують інтенсивну теплову підготовку основного потоку, його прискорене запалювання і стійке горіння факела в топковій камері.

Досвід промислової експлуатації показав, що це топкове обладнання надійне й ефективне і придатне для спалювання в ньому такого низькосортного палива, як землисте буре вугілля з дуже низькою теплотою згоряння =5650¸5860 кДж/кг.

Топки для рідкого і газоподібного палива.
Як уже зазначалося раніше, з рідких палив у котельних установках використовується тільки мазут. Мазут і повітря надходять у топку через пальники, що складаються з форсунок і повітряних регістрів. Для ефективного спалювання рідкого палива його тонко розпилюють і добре перемішують з повітрям. Форсунки для розпилу мазуту розміщають у центрі пальників. Повітряні регістри призначені для подачі в амбразуру пальника закрученого потоку повітря і змішування його з дрібнорозпиленим мазутом.

За принципом дії форсунки поділяють на механічні й парові (повітряні), за конструктивним оформленням – на круглі і плоскі (щілинні). У механічних форсунках мазут подається до форсунок під тиском 10–30 бар,
струмина мазуту набуває обертального руху, з великою швидкістю надходить у топку і розпадається за рахунок кінетичної енергії потоку пари (повітря).

У круглих парових форсунках пара і мазут рухаються в співвісно розміщених круглому і кільцевому каналах. У форсунках Шухова пара надходить по зовнішній кільцевій щілині, а мазут – по внутрішній трубі. В щілинних форсунках пара витікає з нижньої щілини, а мазут – з верхньої.

З підвищенням тиску пари зростає видатність форсунок і поліпшується якість розпилювання. Парові форсунки прості за конструкцією, але неекономічні, бо потребують багато пари: 0,3 – 0,5 кг на 1 кг мазуту. До їх недоліків, крім того, відносяться:

а) збільшення втрат тепла з відпрацьованими газами внаслідок збільшення об‘єму продуктів згоряння; б) безповоротна втрата пари (і, відповідно, конденсата); в) шум, під час їх роботи.

Тому в установках великої і середньої потужності застосовують форсунки з механічним розпилюванням мазуту.

Топкові мазути звичайно мають високу в’язкість і в тій чи іншій мірі забруднені механічними домішками. Щоб мазут став текучим і його можна було транспортувати по трубопроводах, а також для кращого розпилювання в форсунках, його перед надходженням до форсунок підігрівають. При застосуванні механічних форсунок мазут треба також старанно фільтрувати, щоб не забруднювалися канали шайб, які мають малі прохідні перерізи.

Топкові камери для спалювання мазуту за своєю формою і конструкцією взагалі аналогічні з камерами для пиловидного палива, за винятком нижньої частини, яка має вигляд не шлакової воронки, а плоского поду. Пальники розміщають звичайно на фронтальній або бічних стінках топки.

При спалюванні високосірчастих мазутів, а також мазутів з великим вмістом ванадію і натрію виникає серйозне ускладнення в експлуатації.

Щоб зменшити сірчасту корозію і запобігти відкладенню золи з великим вмістом натрію, в топку або газоходи вводять домішку доломіту у вигляді дрібного порошку.

В енергетичних установках використовують природний газ, доменний газ і газ підземної газифікації. Спалюванню газу передують стадії сумішоутворення і підігрівання. Залежно від того, де змішують газ з повітрям, газові пальники поділяються на три типи: з попереднім змішуванням, дифузійні і проміжного типу. У пальниках з попереднім змішуванням газ і повітря змішуються перед пальником, і в пальник подається горюча суміш з невеликим коефіцієнтом зайвини повітря. У дифузійних пальниках газ і повітря подаються в топку роздільно, змішуються в топці способом турбулентної дифузії. В пальниках проміжного типу газ і повітря в значній мірі змішуються в самому пальнику і додатково перемішуються внаслідок дифузії в топковому просторі. Чим повніше перемішування в самому пальнику, тим кращі показники його роботи. При наявності газу високого тиску в невеликих установках можуть застосовуватись інжекційні пальники, в яких повітря інжектується струминою газу. Звичайно ж застосовують двопровідну систему з вентиляторним повітряним дуттям.

До пальників з попереднім змішуванням належать пальники з форкамерами, тунельні пальники, пальники з каналами й насадками з пористої вогнетривкої маси.

Такі пальники бувають безфакельними (безполум’яними, ко-роткополум’яними), бо переважна частина газу згоряє в форкамерах, тунелях або насадках, від чого на виході з пальника утворюється дуже короткий і малосвітний факел або (в пальниках з насадками) з пальника виходять прозорі продукти згоряння.

Застосування пальників з попереднім змішуванням дає можливість зменшити об‘єм топкової камери, що важливо для невеликих установок.

У великих установках об’єм топки визначається, як правило, умовами охолодження. В той самий час пальники цього типу мають значні габарити, вони більш громіздкі, ніж пальники інших типів. Це стосується також і пальників, побудованих на застосуванні мікрофакельного горіння природного газу, в яких горюча суміш пропускається з малою швидкістю крізь численні отвори малого діаметра. Пальники з попереднім змішуванням застосовуються при спалюванні низькокалорійних газів у невеликих установках.

У топках енергетичних котлоагрегатів середньої і великої потужності застосовують або пальники проміжного типу, або дифузійні пальники. Загальний принцип їх роботи полягає в поділові газу на невеликі струмини і наступному змішуванні його з повітрям частково в пальнику, частково в топковій камері.

Струмини газу пронизують закручений повітряний потік, і газоповітряна суміш крізь амбразуру надходить у топку.

Топкові камери для спалювання газу і розміщення газових пальників аналогічні топкам при спалюванні рідкого палива. Суто мазутні і суто газові топки у великих установках трапляються рідше, ніж комбіновані топки для спалювання мазуту і вугільного пилу або газо-мазутні топки. У таких установках застосовують пальники, що дають можливість спалювати той чи інший вид палива. Наприклад, показаний на рис. 1–18. пальник призначений для спалювання рідкого і газоподібного палива.

1.3 Вихрові (циклонні) топки

Прямотоковий факельний метод спалювання не позбавлений і недоліків, зумовлених насамперед незадовільною аеродинамікою топкових камер (зокрема дуже малими швидкостями обмивання пилинок газовим потоком, особливо в заключній стадії горіння), а саме: громіздкість топкових камер через погане використання об‘єму і необхідність глибоко охолоджувати гази в топці для попередження шлакування; висока концентрація золового пилу в потоці продуктів згоряння; золовий знос і занос конвективних елементів або знижені швидкості газів у них для попередження золового зносу; громіздке пилоприготувальне і золовловлююче обладнання. Ці недоліки в найбільшій мірі виявляються при спалюванні твердого палива.

Застосування вихрового (циклонного) принципу спалювання стало новим етапом у розвитку топкової техніки. Вихрові топки, як і факельні, можуть працювати з сухим і рідким шлаковидалянням. Найкращим типом вихрових топок для великих енергетичних котлоагрегатів є циклонні топки з рідким шлаковидалянням.

Першою топкою вихрового типу була пневматична (циркуляційно-вихрова) топка О.О. Шершньова для спалювання фрезерного торфу. Роботи по створенню цієї конструкції були початі наприкінці 20-х років нашого століття.

Нижня частина топкової камери має вигляд ежекторної воронки з двома вертикальними і двома похилими стінками-Основна кількість повітря (близько 85%) надходить в ежекторну воронку крізь горизонтальні сопла і створює в топці вихор з горизонтальною віссю обертання.

Дроблений торф подається в топку живильником тонким опаром по всій ширині топки, разом з торфом крізь щілинний пальник подається близько 15% повітря. Найдрібніші частки проходять стадію теплової підготовки, займаються і горять на льоту, крупніші частки, що падають униз, підхоплюються зустрічним газоповітряним потоком, піднімаються вгору і втягуються у вихровий рух. Повітряна струмина, що надходить із сопел, ежектує гарячі гази з топкового простору. В циркуляційному вихорі сушаться, здрібнюються, займаються і горять частки торфу.

Пневматична топка О.О. Шершньова надійна, гнучка і економічна. Крім фрезерного торфу, в ній можна також спалювати тирсу і лузгу.

Циклонні топки складаються з циклонних камер (передтопок) і камер охолодження, в нижній частині яких завершується процес горіння.

Найпоширеніші топки з горизонтальною або мало похиленою до горизонту циклонною камерою.

До цього типу топок належить циклонна топка Барнаульського котельного заводу-ЦКТІ (інж. О.Н. Ковригіна). Топка складається з трьох камер: циклонної, допалювальної і камери охолодження.

Краплі рідкого шлаку, що виносяться газовим потоком, який виходить з горловини циклонної камери, натрапляють на своєму шляху на вертикальну стінку з торкрету, нанесеного на екранні труби, осаджуються на ній і стікають униз. У другій камері гази тричі змінюють напрям руху на 90°. Між другою І третьою камерою розміщений шлаковловлювальний пучок екранних труб. Це забезпечує високий ступінь уловлювання шлаку в рідкому стані і високу повноту горіння пилу грубого помелу і навіть дробленки.

Топки з горизонтальними циклонами характеризуються коефіцієнтом шлаковловлювання ή=90÷95%, тепловим навантаженням циклонної камери
=(16,7÷25)·103
кДж/
(м3

·год
),
відношенням довжини циклона до його діаметра =
1,0÷1,3, швидкістю повітря ω
= =120÷180 м/сек,
що підводиться.

Вона характеризується великим відношенням висоти передтопки до його діаметра =4÷6, середнім тепловим навантаженням циклонної камери =(4,18÷6,3)×10кДж/
(м
·год
),
високим коефіцієнтом шлаковидалення ή=75÷85% і швидкістю повітря ω=40÷70 м/сек.

Застосовують також топки з вертикальними циклонами, розміщеними над камерою охолодження. Основні показники їх такі:

=1; =(4,18÷5)·10 кдж/м·год; ή=75÷80%; ω=
20÷30 м/сек.

Циклонні топки з рідким шлаковидалянням можна застосовувати для багатьох видів палива. Їх застосування обмежується через: а) несприятливі характеристики золи твердого палива (тугоплавкість, висока зольність), що утруднюють надійність добування і видалення шлаку в рідкому стані, особливо при неповному навантаженні агрегату, і б) високу зведену зольність палива Аз <
4%, що спричинює значну витрату теплоти з фізичною теплотою шлаку.

Застосування циклонного принципу спалювання дає можливість створити високовидатне й ефективне топкове обладнання для спалювання твердого палива у потужних установках, досягти високої інтенсифікації топкового процесу і максимального ступеня уловлювання в топці шлаку в рідкому стані. Останнім часом намітилась тенденція застосовувати циклонні передтопки також для спалювання рідкого палива.

Топки циклонного типу набули в нас поки що обмеженого застосування, але вони дуже перспективні.

2. Конструкції парових котлів і котельних агрегатів

2.1 Загальні відомості

Паровий котел – це елемент котельного агрегату, в якому вода перетворюється в насичену пару. На початковому етапі розвитку котельних конструкцій теплова схема котельних агрегатів була дуже примітивна, бо в котельних установках не застосовували перегрівники, водяні економайзери і повітропідігрівники. Агрегат складався з топки й котла, який виробляв насичену пару у наш час термін «паровий котел» застосовують як у власному (вузькому) розумінні, так і в широкому розумінні слова «котельний агрегат» і «парогенератор».

Сучасні котлоагрегати досить складні і різноманітні. Їх можна класифікувати за такими ознаками: а
) виробність – агрегати малі (D<20 т/год),
середні (D=20¸75 т/год),
потужні (D³100 т/год
), б
) тиск – агрегати низького тиску (р < 30 бар
),
середнього (р
= 30¸70 бар
),
високого (р>150 бар
),
надвисокого (р=150¸190 бар
),
надкритичного тиску (р
>225 бар
); в
) конструктивне оформлення –
котли барабанні (батарейні), жаротрубні, з димогарними трубами, комбіновані, водотрубні, спеціальних типів; г) розміщення поверхні нагріву –
горизонтальне і вертикальне; д) число газоходів –
одно-, дво-, три- і багатоходові; е) принцип дії –
прямий і непрямий; є) призначення
– енергетичні, промислові, транспортні, опалювальні; ж) циркуляція води –
з природною циркуляцією, прямотокові, з багатократною примусовою циркуляцією.

Класифікація за видатністю і тиском в деякій частині орієнтовна і умовна. Ряд допоміжних класифікаційних ознак носить інший характер. Досить загальною класифікаційною ознакою є спосіб здійснення циркуляції. Тому розгляд котельних конструкцій зручно вести, користуючись ним.

2.2 Котли з природною циркуляцією

У котлах цього типу під час роботи внаслідок утворення пари, зривання парових бульбашок і їх скупчення відбувається рух води, який називається природною циркуляцією.
В сучасних водотрубних котлах шлях води чітко виражений. У котлах старого типу рух неупорядкований, хаотичний, і тому ці котли іноді називають безциркуляційними.

Котли з природною циркуляцією більш поширені. Історію їх розвитку можна розбити на два періоди: початковий–від найпростішого котла до водотрубного і дальший – від водотрубного котла так званого заводського типу до сучасного потужного енергетичного котельного агрегату.

Перші парові котли мали вигляд горизонтального циліндричного барабана, заповненого до певного рівня водою, який обігрівався зовні. Такі котли були дуже металомісткими і маловидатними. Необхідність зменшити витрату металу на 1 м
2
поверхні нагріву i на 1 т
вироблюваної пари на годину, а також збільшити одиничну видатність котла зумовила пошуки більш досконалих конструкцій.

Розвиток конструкцій парових котлів у початковий період ішов у двох напрямках: а) розміщення у водяному просторі барабана внутрішніх поверхонь нагріву і б) приєднання до барабана додаткових зовнішніх поверхонь нагріву.

За першим варіантом внутрішні поверхні нагріву мали вигляд одної або двох труб великого діаметра (700 ¸ 1100 мм
) – жарових труб.
Котли цього типу, що дістали назву жаротрубних
(однотрубні–корнвалійські, двотрубні–ланка-ширські), широко застосовувались у промислових установках; трапляються вони і тепер у малих котельних установках.

За другим варіантом внутрішні поверхні виконувались у вигляді багатьох труб малого діаметра (60–100 мм
) – димогарних труб, що обмиваються зсередини димовими газами, а зовні – водою. Такі котли мають назву котлів з димогарними трубами.
У чистому вигляді вони не знайшли помітного поширення, але стали основним елементом комбінованих котлів, у тому числі локомобільних, суднових, паровозних. Іноді їх застосовують як утилізаційні котли малої потужності для використання теплоти відпрацьованих газів промислових печей.

Більш плодотворним виявився другий шлях розвитку – приєднання до барабана зовнішніх поверхонь нагріву, що привів до створення сучасних котлоагрегатів.

Першим етапом цього шляху було приєднання до основного барабана одного або двох барабанів досить великого діаметра (кілька сот міліметрів). Котли цього типу, що дістали назву барабанних
(батарейних), давно втратили своє значення.

Другим етапом розвитку зовнішніх поверхонь нагріву було приєднання до основного барабана багатьох труб малого діаметра (70–100 мм
) –
кип’ятильних труб, що обмиваються всередині водою, а зовні – димовими газами. Котли з кип’ятильними трубами дістали назву водотрубних.

У перших конструкціях водотрубних котлів до барабана приєднувались проміжні елементи – камери, а до них – кип’ятильні труби (водотрубні котли заводського типу). Цей тип котлів можна вважати кінцевим підсумком першого періоду розвитку котельних конструкцій і разом з тим вихідним типом наступного періоду розвитку конструкцій сучасних котельних агрегатів з природною циркуляцією.

Загальним результатом розвитку котлів у перший період було істотне поліпшення техніко-економічних показників порівняно з вихідним – простим циліндричним котлом: вага металу, а також площі і об‘єму, віднесених до 1 м
2
поверхні нагріву. При цьому найкращі показники мали водотрубні котли. В той же час розвиток котельних конструкцій характеризувався зростанням відношення – поверхні нагріву до водяного об‘єму – i зменшенням ролі барабана як поверхні нагріву. В сучасних агрегатах барабан взагалі не є поверхнею нагріву.

Водотрубні котли можна поділити на дві групи: горизонтально-водотрубні (при невеликому куті нахилу кип’ятильних труб до горизонту) і вертикально-водотрубні (при куті нахилу труб понад 45°).

Горизонтально-водотрубні котли
в свою чергу залежно від конструкції проміжних елементів між барабанами і кип’ятильними трубами поділяються на камерні
і секційні.

У свій час існувало багато варіантів камерних котлів, камери яких мали вигляд плоских коробок значної ширини і висоти, але малої глибини. Укріплені анкерними в’язями камери приклепували до барабанів. Прямі кип’ятильні труби приєднувались до камер розвальцьовкою.

У нашій країні в свій час набули поширення камерні котли системи Лукіна, заводу Фіцнер і Гампер, а також котли системи Шухова, камери яких мали вигляд коротких циліндрів (головок, колекторів) із загальним люком. Це була оригінальна і для свого часу вдала і дешева конструкція, в якій стандартизувалися основні елементи.

Пізніше (в середині 30-х років) котли Шухова реконструювали і почали випускати котли Шухова–Берліна, які мали кращі показники щодо ваги і вартості, ніж котли Шухова.

Камерні котли мають багато недоліків – велика металомісткість, непридатність для високих тисків і великих потужностей, вони дорогі та ін. Тому виробництво таких котлів давно припинено.

Кроком уперед у розвитку горизонтально-водотрубних котлів було застосування замість суцільних камер окремих секцій коробчастої або циліндричної форми. Звичайно застосовувались коробчасті секції змієвидної форми з близьким до шахового розміщення труб у пучку. У горизонтальному перерізі секції майже квадратні, їх розміри невеликі. Коробчасті і циліндричні секції можна застосовувати для підвищених і високих тисків. Секційні котли Бабкок–Вількокс Ленінградського Металічного заводу (ЛМЗ), Таганрозького котельного заводу (ТКЗ) були досить поширені у нашій країні. Помітним етапом у розвитку секційних котлів був перехід до поперечного розміщення барабана. Це дало можливість підвищити одиничну потужність агрегату, спростити його конструктивну схему і здешевіти їх виготовлення.

Секційні горизонтально-водотрубні котли з поперечним розміщенням барабана і циліндричними секціями виготовлялись у нас до війни на параметри p
== 35 бар, tn.п
=
425° С і D
= 160¸200 т/год.
Вони були в той час найбільшими енергетичними котлоагрегатами. секційного

Проте горизонтально-водотрубні котли навіть найкращої конструкції складні і дорогі. Тому після війни виробництво їх було припинено.

У вертикально-водотрубних котлах
кип’ятильні труби приєднують безпосередньо до барабанів. Проміжних елементів (камер, секцій) у цих котлах нема, що спрощує конструктивну схему. Верхні барабани таких виконують роль камер для приєднання труб і парозбірників – сепараторів, нижні барабани – камер і грязьовиків, з яких періодичним продуванням видаляють шлаки. Замість великої кількості (десятків і сотень) дрібних люків, що встановлювали у горизонтально-водотрубних котлах, у вертикально-водотрубних котлах передбачено декілька великих лазів, (не менше ніж 300´400 мм),
крізь які можна проникнути в барабани. Розміщення барабанів, як правило, поперечне. Пучки кип’ятильних труб розміщують з великим нахилом до горизонту або вертикально. Труби приєднують до барабанів розвальцьовкою. Розвальцьовка їх у гніздах стінок барабанів робиться зсередини. На відміну від горизонтально-водотрубних котлів кип’ятильні трубки виконуються гнутими.

Вихідним типом сучасних вертикально-водотрубних котлів, стали котли Стерлінга з гнутими трубами, хоч у їх первісній, конструкції було багато недоліків: значна кількість барабанів. (три- і п’ятибарабанні) при малій одиничній видатності, багато рядів труб, розмішених по ходу димових газів, велика витрата металу і висока вартість котла.

Розвиток вертикально-водотрубних конструкцій характеризувався зменшенням кількості барабанів – найтяжчих і найдорожчих деталей котла – від п’яти до одного при одночасному збільшенні в десятки разів одиничної потужності котла, відмовленням від неактивно діючих, розміщених у зоні низьких температур газів, пучків котельних труб, спрощенням і поліпшенням конструктивної і циркуляційної схеми котла.

Конструкція двобарабанного агрегату ЦКТІ – ТКЗ це енергетичний агрегат середнього тиску (р = 36 бар
) на той час великої видатності (D = 140 т/год).
Конструктивна схема котла досить проста: верхній і нижній барабани, огріваний підйомний пучок труб, неогріваний опускний пучок і розвинена система топкових екранів, що є ефективною випарною поверхнею нагріву. За котельним пучком по ходу газів розміщені пароперегрівник, водяний економайзер і повітропідігрівник. компоновка агрегата П-подібна.

Останнім часом будують тільки невеликі двобарабанні вертикально-водотрубні котли.

Транспортабельний (щодо можливості транспортування в складеному вигляді залізницею) котел ДКВ (двобарабанний котел вертикальний) з двома вподовж розміщеними барабанами. Котли цього типу (ДКВР) дещо модернізовані випускає тепер Бійський котельний завод. Їх виробність 2 т/год
на тиск 8 бар
без перегрівників і 4; 5; 6; 10; 20 т/год
на тиск 13 бар
і температуру перегрітої пари 350° С.

Після війни у нашій країні почали випускати потужні агрегати високого тиску однобарабанної конструкції екранного типу з розміщеним у верхній частині топки фестоном – три – або чотирирядним розрідженим пучком, утвореним розводкою труб заднього екрана. У великих котельних агрегатах, що випускаються останнім часом, у верхній частині топкової шахти встановлюють виступи («носки»), однорядні фестони і ширмові пароперегрівники у вигляді вертикальних ширм.

Для потужніших агрегатів ТП-90 виробністю 500 т/год
і ТП-100 видатністю 640 т/год
(для блоків 150 Мвт
і 200 Мвт)
на параметри пари р
= 143 бар, tп. п

= 570° С з проміжним перегрівом пари до 570° С ТКЗ застосовують нову Т-подібну компоновку. За такої компоновки топкова камера розміщується посередині у вихідному газоході, а конвективні елементи – у двох симетричних бічних опускних газоходах. Поряд з деякими перевагами Т-подібна компоновка разом з тим мала багато недоліків, через що пізніше їх не випускали. Схема власне котла в агрегатах ТП-90 і ТП-100 взагалі аналогічна схемі котла в агрегаті ТП-80.

У зв’язку з повним екрануванням топкових камер (f @ 1), зменшенням із зростанням тиску теплоти пароутворення r
, підвищенням температури димових газів перед пароперегрівником, викликаним зростанням температури перегрітої пари, в агрегатах високого тиску відпала потреба в конвективних котельних пучках. У котлоагрегатах високого тиску вода перетворюється в насичену пару практично повністю в топкових екранах. При надвисоких тисках (180–190 бар
) поверхня нагріву пароутворювальних екранів стає недостатньою для охолодження продуктів згоряння в топці до потрібної (щоб уникнути шлакування; температури. Тому

додатково в топці розміщують настінні екрани, які служать радіаційними пароперегрівниками.

У старих котельних конструкціях низького тиску котел був єдиною поверхнею нагріву. З ростом тиску і температури пари, застосуванням пароперегрівників і водяних економайзерів роль котла в загальному вбиранні теплоти безперервно зменшувалась. При тисках 180–190 бар
основним у вбиранні теплоти і найважливішим (за умовами роботи) елементом став пароперегрівник. Помітно зросла також роль водяного економайзера. Так зростання параметрів пари істотно змінило профіль котельних агрегатів.

Агрегати з природною циркуляцією будуть для тисків до 190 бар.
Це зумовлено тим, що при вищих, близьких до критичних тисках густина води і густина пари стають близькими за своїми значеннями, у зв’язку з чим дуже утруднюється організація надійної природної циркуляції і сепарації води від пари.

2.3 Прямоточні парогенератори

Принцип прямотоковості стосовно до парових котлів полягає в тому, що в елемент, який нагрівається (трубу, змійовик, ряд паралельно включених змійовиків), подається насосом стільки води, скільки в ньому утворюється пари. Найпростіший прямотоковий котел являє собою змійовик, в один кінець якого надходить вода, а з другого – виходить перегріта пара. Щоб дістати в потужних прямотокових котлах прийнятний гідравлічний опір котла, поверхні нагріву роблять у вигляді великого числа (кількох десятків) паралельних витків. Прямотокові котлоагрегати вигідно відрізняються від котлів з природною циркуляцією відсутністю важких і дорогих елементів – барабанів, системи неогрівних опускних труб і колекторів.

Прямотокові котли – єдино можливий тип котлів для вироблення пари близькокритичного і накидного тиску. компоновка котла подібна, аналогічна до компоновки котлів з природною циркуляцією.

Живильна вода подається насосом у конвективний економайзер, звідки вона надходить у нижню радіаційну частину агрегату, виконану у вигляді стрічки, яка складається з 44 паралельно включених витків. У котлах Рамзіна застосовується горизонтальна навивка екранних труб. На фронтальній і бічних стінках топки стрічки розміщуються горизонтально, на задній – з нахилом, який дорівнює ширині стрічки. Нижня і середня частини радіаційної поверхні нагріву – радіаційний економайзер і котел.

З радіаційного котла пароводяна суміш з 20%-ним вмістом води надходить у конвективну перехідну зону, де закінчується перетворення всієї води в пару, яка перегрівається приблизно на 20–30° С. Потім пара надходить у радіаційний пароперегрівник, розміщений у верхній частині топки, і з нього – в конвективний пароперегрівник, в якому перегрівається до заданої температури 510° С.

Перехідну зону розміщують у конвективній частині, щоб уникнути частих аварій через перепал труб і для продовження компанії котла (періоду між промиваннями), бо в цій зоні на стінках труб інтенсивно відкладаються накипотвірні речовини. Прямотокові котли надкритичного тиску виконуються без винесення перехідної зони (точніше, зони максимальної теплоємності) у конвективний газохід. При цьому менше витрачається дорогої аустенітової сталі і знижується вартість котла.

Прямотокові парогенератори дуже вимогливі до якості живильної води, бо розчинені тверді речовини, що надходять з водою, не видаляються з парогенератора: частина їх осаджується на стінках труб, а частина заноситься з парою і осаджується на лопатях турбін.

Вже споруджено ще потужніші прямотокові котлоагрегати на майже ті самі параметри пари для блоків 500 і 800 Мвт
видатністю відповідно 1600 і 2500 т
пари на годину.

Крім котлів з природною циркуляцією і прямотокових агрегатів, існує ще багато конструкцій парових котлів з багатократною примусовою циркуляцією води, що здійснююється за допомогою спеціальних насосів, високонапірних парогенераторів з топками, які працюють під тиском, парогенераторів атомних електростанцій тощо. Проте ці конструкції не набули у нашій країні великого поширення і не мають важливого значення для великої енергетики.

3. Внутрішньокотлові процеси

3.1 Циркуляція води

Циркуляція – це безперервний рух речовини (рідини, газу) по замкненому шляху. Такий рух води – природна циркуляція –
відбувається у водотрубному котлі під час його роботи внаслідок різниці густин пароводяної суміші в грійних трубах і води в ненагріваних.

На рис. III-48 показано схему найпростішого циркуляційного контуру, що складається з верхнього і нижнього барабанів, лівої грійної і правої ненагріваної труб. При роботі такого контура в усталеному стані в нагріваній трубі відбувається кипіння води, і труба на дільниці Нпар

заповнена пароводяною сумішшю. При цьому утворюється рушійний напір Р
, що дорівнює різниці зисків:

Нпар

r¢ – Нпар

rсум

= Нпар

(r¢ – rсум

),

де r¢ і rсум

– відповідно густини води й пароводяної суміші.

Цей напір при усталеному режимі дорівнює сумі опорів, що виникають під час руху води в контурі. Вода з верхнього барабана по ненагріваній трубі надходить у нижній барабан, а з нього–в грійну трубу. Після виходу суміші з труби у верхній барабан пара йде в паровий простір, а вода знов надходить у праву опускну трубу і т.д.

Джерелом енергії, що витрачається на перекачування води під час природної циркуляції води в замкненому контурі, є робота розширення парових бульбашок, що утворюються в кип’ятильній трубі при більш високому тиску, ніж тиск у паровому просторі – верхнього барабана котла.

При нормальному режимі циркуляції від стінок теплосприймальних поверхонь нагріву, що обмиваються водою, інтенсивно відводиться теплота. Коефіцієнт тепловіддачі при цьому від стінок до води дуже великий (обчислюється тисячами і десятками тисяч вт/м
2
×
град),
тому температура стінок мало відрізняється від температури води і утворювані парові і виділювані газові бульбашки не можуть затримуватися на стінках: температура металу в різних частинах котла при змінних режимах швидко вирівнюється; від температурної нерівномірності не виникають помітні термічні напруги.

Режим циркуляції характеризується багатьма величинами: швидкістю циркуляції
w
0
м/сек
називається швидкість води на вході в підйомну трубу, кратністю циркуляції К–
відношення кількості води Gц
,
що надходить в грійну трубу, до кількості пари D
, що утворюється в цій трубі за цей самий час, кг/кг.
Ця величина зворотна ваговому паровмістові суміші на виході з кип’ятильної труби.

У котлах з природною циркуляцією кратність циркуляції більша від одиниці. У сучасних котлах значення К
коливається від 6 до 12. У прямотокових котлах вода не циркулює (К = 1).

Кипіти циркулююча вода починає не у вхідному перерізі труби, а на певній відстані від входу на висоті точки закипання hт. з

. Це пояснюється тим, що коли вода у верхньому барабані навіть повністю нагріта до температури кипіння, то в нижньому барабані вона буде недогрітою, бо тиск тут вищий, ніж у верхньому барабані, і воді треба надати якусь кількість теплоти для нагрівання її до температури кипіння, що й відбувається на дільниці огріваної труби висотою hт.з.

На паротвірній дільниці підйомної труби пара й вода рухаються з різними швидкостями, середня абсолютна швидкість пари w
n

більша від середньої абсолютної швидкості води w
b

, різниця між ними називається відносною швидкістю пари
w
r

= w
n

– w
b

. Зведеною швидкістю пари
w
0
називають швидкість пари, віднесену до всього перерізу труби, тобто ту швидкість, яку вона мала б, якби займала не частину перерізу труби (як це в дійсності має місце), а весь її переріз. Цією величиною, як і раніше наведеними, користуються при розрахунках циркуляції.

У парових котлах до колекторів і барабанів приєднується не одна, а багато паралельно діючих труб, в яких може бути порушений нормальний режим циркуляції. Найчастіші і найнебезпечніші порушення циркуляції бувають у вертикальних і круто нахилених грійних трубах через утворення вільного рівня (застою циркуляції) і перекидання циркуляції.

При утворенні вільного рівня
води верхня частина труби буде заповнена парою; оскільки коефіцієнт тепловіддачі до майже нерухомої пари у багато разів менший від коефіцієнта тепловіддачі до води, то температура стінки труби сильно зросте, що може призвести до розриву труби. Це порушення циркуляції може статися не тільки при виводі пароводяної суміші з труби до парового простору барабана, а й при підведенні її під рівень води, хоча такий режим з утворенням парової пробки у верхній частині труби має менш стійкий характер.

Перекидання циркуляції
полягає в тому, що вода в підйомній трубі рухається не знизу вгору, як при нормальному режимі, а зверху вниз – назустріч парі. При цьому через гальмування пари можуть утворюватись скупчення парових бульбашок, що повільно рухаються вздовж стінок, стінки гірше охолоджуються їх температура зростає, вони перегріваються, труби деформуються, інтенсивно розвивається корозія, що з часом призводить до розриву труб.

Причина цих порушень циркуляції – нерівномірне нагрівання паралельно включених труб і зменшення теплового навантаження труби до небезпечної величини через шлакування, занос леткою золою, тепловий перекіс (нерівномірність обігріву по ширині агрегату), затінення сусідніми трубами (при розведенні екранних труб у місцях пальникових амбразур) тощо.

Тому під час проектування і експлуатації котельних агрегатів намагаються забезпечити якомога рівномірніше обігрівання паралельно включених труб циркуляційного контура. Зокрема з цією метою екранні труби виділяють в окремі секції, розміщені по кутках топки.

Ненормальним вважається такий режим циркуляції, коли труба працює з граничною, близькою до одиниці, кратністю циркуляції. Цей режим небезпечний тому, що на вихідній ділянці труби інтенсивно відкладаються солі, що може призвести до швидкого перепалу. Щоб запобігти цьому, циркуляційні контури підбирають так, щоб загальна кратність циркуляції їх була не менше від трьох.

У горизонтальних і мало похилених грійних трубах може відбуватись розшарування пароводяної суміші і рух води в нижній частині, а пари – у верхній, що призведе до перегрівання стінки і т.д. При досить високих швидкостях води й пари розшарування не буває (сума зведених швидкостей води й пари повинна бути більшою за певну величину, що залежить від тиску). В опускних трубах для надійності циркуляції не можна допускати пароутворення.

У сучасних агрегатах, якщо не розглядати нестаціонарний режим, що супроводжується спадом тиску в котлі, ця умова витримується, бо опускні труби не обігріваються. Проте треба стежити, щоб у них не виникало кавітації – утворення пари на вхідній ділянці опускних труб через спад тиску в цьому місці, що зумовлюється втратою напору на створення вхідної швидкості.

Розрахунок циркуляції грунтується на тому, що при усталеному режимі рушійний напір дорівнює сумі опорів, що виникають при рухові води й пароводяної суміші. Загальна схема його може бути показана на прикладі найпростішого контура, опір якого складається з опорів підйомної DРпід

і опускної DРоп

труб (опори, що виникають при рухові води в барабанах, дуже малі). Тому

Р =
DРпід
+
DРоп
кг/м
2
.

Різницю між рушійним напором і опором підйомної труби називають корисним напором Р
– Рпід

= Ркор
.
Отже,

Ркор
=
DРоп
кг/м
2
.

Ркор

і DРоп

–
функції кількості циркулюючої води, Ркор

= ¦1
(Gц

) і DРоп

= ¦2
(Gц

). Мета першого етапу розрахунку циркуляції – визначити корисний напір, при якому працює даний контур. Це завдання зручно розв’язати графоаналітичним способом, взявши кілька значень Gц

і побудувавши криві Ркор

= ¦1
(Gц

) і DРоп

= ¦2
(Gц

).

Визначивши корисний напір, при якому працює контур, що складається з великої кількості паралельно включених грійних труб, порівнюють його з величинами корисних напорів застою і перекидання, знайденими в припущенні погіршеного обігрівання якоїсь труби розрахункового контура. Ці величини (як питомі напори, віднесені до 1 м
висоти труби) дістають з номограм, приведених у нормах розрахунку циркуляції води в парових котлах. Якщо робочий корисний напір менший від корисних напорів застою і перекидання, то контурможна вважати надійним. Він витримає перевірку на неможливість утворення вільного рівня і перекидання циркуляції.

3.2 Одержання чистої пари

Для надійної і економічної роботи парових турбін треба підтримувати постійні параметри пари (її тиск і температуру) і забезпечувати високу її чистоту. Постійні параметри вироблюваної котлоагрегатом пари підтримують автоматичним регулюванням температури перегрітої пари, подачі палива, повітря, живильної води та ін.

У прямотокових котлах вода випаровується без залишку, при цьому частина розчинених у ній речовин відкладається на поверхнях нагріву котла і пароперегрівника, друга частина переходить у пару. При надвисоких і надкритичних тисках пара може розчиняти багато кремнекислої і солей натрію і цим перевищуватиме допустиму концентрацію їх у парі.

Основною причиною забруднення солями пари в барабанних котлах з природною циркуляцією є механічне винесення парою краплинок котлової води. Вологість пари залежить від середньої швидкості її надходження через дзеркало випаровування в паровий простір і від висоти парового простору, що характеризується навантаженням дзеркала випаровування

м
3
/м
2
×
год.

і напругою парового об‘єму

м
2
/м
3
×
год,

де D
– витрата пари, кг/год
; v»
– питомий об‘єм насиченої пари, м3

/кг
; F –
площа дзеркала випаровування, м2

; U
– об‘єм парового простору, м3
.

При звичайних конструктивних розмірах барабанів і при нормальній роботі внутрішньобарабанного обладнання сучасні котлоагрегати дають пару з дуже невеликою вологістю 0,01–0,03%.

Утворення чистої пари при даній якості живильної води регулюється зниженням концентрації солей у котловій воді, застосуванням ефективного обладнання для сепарації вологи від пари, промиванням пари водою, що містить мало солей.

Під час роботи в котел з живильною водою вносять солі, з яких лише незначна частина виноситься з котла парою. Щоб сольовий баланс не перевищував норми, солі треба видаляти з котла. Це відбувається за допомогою так званого безперервного продування.

Постійна концентрація солей у котловій воді повинна бути нижчою від критичного солевмісту води, при якому різко зростає вологість і солевміст пари.

Ефективно розв’язав це завдання Е. І. Ромм, який запропонував метод східчастого випаровування води в парових котлах. За цим методом котел поділяють на відсіки. Живильна вода подається в перший (чистий) відсік. З нього продукти продування надходять в другий (солоний) відсік. У першому відсіку, таким чином, знижується концентрація солей. При однаковому продуванні котла при двосхідчастому випаровуванні 80% пари утворюється з води, що містить 840 мг/л
солей, і лише 20% – з води з солевмістом 4200 мг/л,
а без ступеневого випаровування всі 100% пари утворюються з води, що містить 4200 мг/л
солей.

Східчасте випаровування має можливість при даній величині продування дістати чистішу пару або при даній якості пари істотно зменшити величину продування.

Сепараційне обладнання призначено зменшити вологість насиченої пари, а разом з тим – і її солевміст. Воно має гасити кінетичну енергію потоку пароводяної суміші, що надходить у барабан, відділяти основну масу води від пари і рівномірно розподіляти пару в барабані для більш ефективної природної сепарації краплинок вологи в паровому просторі барабана.

Сепараційне обладнання ОРГРЕС із зануреним дірчастим листом. Пароводяна суміш, що надходить по трубах, глухим щитом спрямовується у воду. Для рівномірного навантаження дзеркала випаровування і парового простору барабана під водою встановлюється дірчастий лист. Живильна вода подається по трубі над дірчастим листом, що сприяє промиванню пари. Таку схему доцільно застосовувати при помірних концентраціях солей у котловій воді.

При високому солевмісті котлової води і схильності її до піноутворення застосовують внутрішньобарабанні циклони. Пароводяна суміш з коробів 2
підводиться тангенціальне до циклонів 7, плівка виділеної в циклоні води стікає вниз, а пара з циклону надходить у паровий простір барабана. Крім внутрішньобарабанних застосовуються також виносні циклони, які працюють дуже ефективно.

4. Пароперегрівники. Водяні економайзери. Повітропідігрівники

4.1 Пароперегрівники

У пароперегрівнику пара перегрівається до заданої температури. З підвищенням тиску і температури перегрітої пари частина теплоти, передана в пароперегрівник, відносно загального приросту ентальпії води в агрегаті дуже зростає і пароперегрівник стає одним з основних теплосприймальних елементів котельного агрегату.

Для виготовлення труб-пакетів пароперегрівника, що працюють у дуже важких температурних умовах, застосовуються дорогі леговані сталі.

За видом теплообміну пароперегрівники поділяються на конвективні, напіврадіаційні і радіаційні; за розміщенням змійовиків – на вертикальні і горизонтальні.

У старих конструкціях котлів застосовувались конвективні пароперегрівники, розміщені за потужним котельним пучком у ділянці помірних температур газів. Конструктивна схема їх була дуже проста, вони складались з горизонтальних або вертикальних змійовиків, приєднаних до колекторів (камер) насиченої і перегрітої пари розвальцьовкою.

У сучасних агрегатах застосовуються більш складні за схемою і конструкцією комбіновані пароперегрівники, що складаються з радіаційної, напіврадіаційної і конвективної частин.

характеристика перегрівника –
це залежність температури перегрітої пари від міри навантаження котла. У конвективному перегрівнику із зростанням навантаження температура перегрітої пари підвищується, в радіаційному, навпаки, знижується, напіврадіаційний перегрівник має плавну характеристику, температура пари на виході з нього із зміною навантаження змінюється в невеликих (до 10° С) межах.

Розмір поверхні нагріву і умови роботи труб конвективного перегрівника залежать від прийнятої схеми руху пари і димових газів. Перевага протитокової схеми – більш високий середній температурний напір у ділянці перегрівника і через це менша поверхня нагріву його; недолік – важчі умови роботи металу останніх за ходом пари ділянок змійовика. При прямотоковій схемі умови роботи металу полегшуються, але потрібна більша поверхня нагріву перегрівника. Щоб поєднати переваги тієї і другої схем, застосовують змішану схему комбінованої течії.

З барабана, котлоагрегату високого тиску ПК-10 з вертикальними змійовиками, пара по перепускних трубах, розміщених під стельовим перекриттям котла, надходить у колектор насиченої пари, з нього – в змійовики другої за ходом газів частини перегрівника, а потім – у проміжний колектор. У широкому по фронту агрегаті великої потужності треба вживати заходів для того, щоб забезпечити теплову й температурну рівномірність роботи змійовиків перегрівника. З цією метою пару перекидають з колектора в бічні короткі колектори, з яких пара надходить у бічні пакети змійовиків першої за ходом газів частини перегрівника, збирається в змішувальному колекторі, виходять з нього в центральний пакет змійовиків і потім надходить у центральний вихідний колектор перегрітої пари.

Друга частина перегрівника виконана з труб 38 ´ 4,5 мм
з вуглецевої сталі, перша частина – з труб 42 ´ 6 мм з
малолегованої хромомолібденової сталі, змійовики приєднуються до колекторів приварюванням.

Щоб, котла високого тиску, пароперегрівник працював надійно, треба рівномірно розподіляти пару по змійовиках. Цього досягають вибором раціональної схеми підведення пари до колекторів і зміною швидкості пари в колекторах і змійовиках. Швидкість пари в осьовому напрямку в колекторі повинна бути мінімальною, а швидкість пари в змійовиках значною. Для цього розподіляють підведення пари до колектора і доводять швидкість пари в змійовиках котлів високого тиску до 10–15 м/сек.
Спад тиску пари в перегрівнику звичайно допускається до 10% від тиску пари в котлоагрегаті.

Для нормальної роботи котлів дуже важливе значення має регулювання температури перегрітої пари за допомогою комбінованих перегрівників з плавною характеристикою, регулювання по газовій стороні (поворотними пальниками, шиберами і т. п.), регулювання по паровій стороні. У сучасних агрегатах як основний і найбільш надійний застосовується швидкий і тонкий метод регулювання по паровій стороні впорскуванням конденсату в потік пари. Це здійснюється в пароохолодниках змішувального типу. В агрегатах надвисокого і надкритичного тиску впорскування провадиться в двох точках парового тракту: в початковій його частині і поблизу вихідного колектора, там, де ентальпія пари на 125–210 кдж/кг
менша від кінцевої її ентальпії, що відповідає температурі перегрітої пари у вихідному колекторі.

4.2 Водяні економайзери

Основне призначення водяного економайзера – підігрівання живильної води за рахунок теплоти димових газів. Проте в ряді випадків вода в економайзері не тільки підігрівається, а й частково (до 20% від ваги) перетворюється в пару. Такі економайзери називаються киплячими.

Заміна хвостової котельної поверхні нагріву економайзерною вигідна, бо економайзер працює з вищим середнім температурним напором, ніж котельна поверхня, розміщена в тому самому газоході, оскільки середня температура води в економайзері нижча за температуру води в котлі. Ця температура дорівнює температурі насичення при даному тискові. Тому поверхня нагріву економайзера при тому самому значенні температури димових газів значно менша від температури котельної поверхні нагріву. В той самий час вартість 1 м
2
поверхні нагріву економайзера менша, ніж вартість 1 м
2
котла.

Водяні економайзери виготовляються з чавунних або стальних труб. Чавунні економайзери виконуються з ребристих труб і застосовуються в установках низького і середнього тиску (у нас – тільки до 22 бар).
Розміщення труб горизонтальне, з’єднуються вони між собою зовнішніми чавунними калачами. Чавунні економайзери корозостійкі і порівняно дешеві, але громіздкі і мають багато фланцевих з’єднань. У них, щоб запобігти гідравлічним ударам, які виникають при закипанні води, допускають обмежене підігрівання води (температура води на виході з економайзера повинна бути на 40° С нижчою від температури насичення).

У котельних агрегатах високого тиску застосовують стальні водяні економайзери змійовикового типу, аналогічні за конструктивною схемою до пароперегрівників. Вони можуть бути некиплячими і киплячими.

Котел високого тиску типу ТП-230 Таганрозького котельного заводу з горизонтальним розміщенням труб у шаховому порядку. Труби змійовиків діаметром 32 ´ 4 мм
виготовлені з вуглецевої сталі. Економайзер складається з трьох пакетів. Живильна вода надходить у нижні колектори і підігріта відводиться з верхнього колектора. Вона проходить по змійовиках знизу вгору, щоб полегшити видалення з економайзера газових і парових бульбашок. Гази рухаються зверху вниз, обмиваючи зовні труби економайзера. Протитокова схема забезпечує високий середній температурний напір. Пакети труб спираються на стальні порожнисті охолоджувані повітрям балки. Колектори економайзера розміщені поза обмурівкою.

Щоб запобігти корозії і розшаруванню пароводяної суміші у вихідних змійовиках, треба стежити, щоб швидкість води в трубах економайзера була в не киплячих пакетах не менш як 0,5 м/сек,
а в киплячих – не менш як 1 м/сек.

Для захисту економайзера від зовнішньої корозії температура води, що надходить до нього, повинна бути вища за температуру точки роси димових газів tр
.
Значення tр

коливається при спалюванні вологого палива з незначним вмістом сірки від 20 до 60° С, а при спалюванні сірчистого палива воно досягає 130–140° С.

4.3 Повітропідігрівники

Потреба у повітропідігрівниках у котельних установках зумовлена тим, що при регенеративному підігріванні живильної води не можна глибоко охолодити димові гази у водяних економайзерах, бо вода, що надходить до них, має дуже високу температуру. В той самий час підігрівання повітря, що підводиться в топку, корисне для підвищення ефективності топкового процесу. Воно дає змогу працювати з меншим коефіцієнтом зайвини повітря і меншою неповнотою згоряння. таким чином, внаслідок підігрівання повітря знижуються основні витрати котельного агрегату (q
2
, q
3
, q
4
).

За способом передачі теплоти повітропідігрівники поділяються, на рекуперативні і регенеративні. В рекуперативних
повітропідігрівниках теплота від газу до повітря передається безпосередньо через роздільну стінку. В регенеративних
повітропідігрівниках металеві або керамічні насадки обмиваються почергово газом і повітрям. Газ нагріває насадку, в ній акумулюється теплота, яка потім передається повітрю.

Рекуперативні повітропідігрівники бувають чавунні і стальні. У великих установках застосовують стальні повітропідігрівники. Вони можуть бути пластинчастими й трубчастими. В наших енергетичних котельних агрегатах застосовуються трубчасті повітропідігрівники, які виготовлені з тонкостінних труб (d = 1,25 ¸ 1,5 мм)
із зовнішнім діаметром 25–40 мм.
Із зменшенням діаметра труб збільшується коефіцієнт теплопередачі і підігрівник стає компактнішим.

Трубчастий повітропідігрівник складається з багатьох розміщених у шаховому порядку труб, приєднаних до трубних дощок. Проміжні перегородки поділяють повітропідігрівник на дві половини. Газ рухається всередині труб зверху вниз. Повітря подається вентилятором праворуч у нижню половину повітропідігрівника, обмиває поперечним потоком труби повітропідігрівника зовні, надходить у перепускний короб, а з нього – в міжтрубний простір верхньої половини повітропідігрівника. При цьому повітряний потік повертає на 180° і рухається у верхній половині повітропідігрівника зліва направо.

Останнім часом у потужних котельних агрегатах стали широко застосовувати регенеративні повітропідігрівники. Вони значно компактніші і легші від рекуперативних і менш чутливі до корозійних поразок.

Регенеративний обертовий повітропідігрівник – це циліндр, заповнений насадкою у вигляді тонких гофрованих залізних листів, що обертається навколо вертикальної осі із швидкістю 2 об/хв.
При цьому насадку поперемінно обмиває то газовий, то повітряний потік. Рух газу й повітря протитокові. Газова й повітряна сторони розділені секторною плитою. Для зменшення перетікання повітря до газу передбачено ущільнене обладнання.

Помірне підігрівання повітря застосовують водносхідчастих повітропідігрівниках. При високому повітропідігріванні (320–420° С) застосовують двосхідчасті повітропідігрівники з установкою водяного економайзера в розсічку між першим і другим східцем повітропідігрівника, бо підігрівання повітря до високої температури при односхідчастій схемі або економічно не вигідне, або взагалі неможливе.

4.4 Основи теплового розрахунку конвективних елементів

Конвективні поверхні нагріву виконуються здебільшого (за винятком регенеративних повітропідігрівників) у вигляді трубних пучків або пакетів, установлених упоперек або вподовж руху обмиваних димових газів. Пучки можуть бути двох типів: з коридорним і з шаховим розміщенням труб.

Існує два види теплового розрахунку конвективних елементів (аналогічно до розрахунку топки): конструктивний і перевірний. Конструктивним розрахунком визначають розміри потрібної тепло-сприймальної поверхні елемента. При перевірному розрахунку за відомою поверхнею нагріву елемента (або пакета) визначають температури газів і робочої речовини (води, газу і повітря) на виході з елемента. Перевірний розрахунок виконують не тільки під час перерахунку агрегату на інший вид палива або відмінне від номінального навантаження і т. п., але й під час проектування нових агрегатів. При цьому поверхня нагріву елементів намічається на основі загальних компоновочних міркувань, а перевірним розрахунком уточнюють їх теплосприймання.

Для теплового розрахунку конвективних елементів користуються рівняннями теплообміну і теплового балансу.

Рівняння конвективного теплообміну записуємо у вигляді закону охолодження Ньютона:

Qгод

= kH
Dt кдж/год,
(1)

з якого виходить, що кількість переданої за одиницю часу теплоти пропорційна температурному напорові і розмірові поверхні нагріву; k
– коефіцієнт теплопередачі, вт/м2
град.

Поверхня нагріву обчислюється по стороні максимального термічного опору; в котельних, перегрівальних і економайзерних поверхнях нагріву – по газовій стороні. В тих випадках, коли термічний опір з обох сторін одного порядку, як, наприклад, у повітропідігрівниках, у розрахунок вводиться середня по повітрю і по газовій стороні величина H
.

Коефіцієнт теплопередачі (теоретичний) для незабрудненої поверхні нагріву

вт/м2

×
град.
(2)

Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки a1
= (30¸70); lcm

= (52-для вуглецевої сталі, 15-для аустенітової); dcm

– порядку кількох тисячних (0,003¸0,006); коефіцієнт віддачі a2
від стінки до води для економайзерних і паротвірних поверхонь нагріву – порядку кількох тисяч і десятків тисяч (3000–30000). Тому для чистих економайзерних і котельних поверхонь нагріву інтенсивність теплопередачі практично цілком визначається інтенсивністю тепловіддачі від газів до стінки:

km

@ a1
(3)

Для пароперегрівників, де a2
– порядку кількох сотень (580–2320), і особливо для повітропідігрівників, де a2
такого ж порядку, як і a1
, нехтувати величиною – не можна. Для них

.
(4)

4.5 Визначення
a
1

,
a
2

, k
і
D
t

Величину a1
знаходять з формули:

a1
= wak

+ an

вт/м
2
× град,
(5)

де w – коефіцієнт обмивання, який ураховує зменшення тепло-сприймання поверхні нагріву внаслідок неповного обмивання її газами; для сучасних котельних агрегатів w близький до одиниці; ak

– коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, вт/м
2
×
град
; an

– коефіцієнт тепловіддачі випромінювання, вт/м2

×
град.

Критеріальні рівняння для тепловіддачі конвекцією до одиничної труби при примусовому рухові має вигляд:

Nu = соnst Rem

Prn

. (6)

У випадку газового теплообміну рівняння (IV-6) спрощується, бо Рr є функцією атомності газів, а склад димових газів коливається в невеликих межах. Тому Рrn

можна ввести в константу, і рівняння (IV-6) може бути записане так:

Nu = C
Rem

.

Беручи до уваги, що , а , можна дістати формулу для ak

:

. (7)

За цією формулою можна простежити вплив на ak

основних факторів. стала С
і показник ступеню т
визначаються з дослідів. Величина т
менша за одиницю; для поперечного обмивання m
@ 0,6¸0,65. З формули (IV-7) видно, що із зростанням швидкості газів w коефіцієнт тепловіддачі конвекцією ak

зростає, з ростом зовнішнього діаметра d
труби ak

зменшується. Крім того, ak

залежить від фізичних властивостей газу, його теплопровідності l і кінематичної в’язкості n.

При перпендикулярному або косому обмиванні пучків ak

залежить від типу пучка (коридорний, шаховий), його геометричної конфігурації, яка характеризується відносним кроком труб s
1
/d
і відносним повздовжнім кроком s2
/d
, і від числа рядів труб z
по глибині пакета.

При повздовжньому зовнішньому обмиванні пучків труб треба вводити в розрахунок еквівалентний діаметр.

практично ak

визначають не за формулами типу (IV-7), а за складеними з цією метою номограмами.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням продуктів згоряння ураховує випромінювання триатомних газів (СО2
, SО2
, Н2
O) і частинок леткої золи. Це кількість теплоти, переданої випромінюванням Qn

вт/м
2
,
віднесена до різниці температур газів і стінки J – tcm
.

Визначення an

, можна провести за формулою:

вт/м2

×
град,
(8)

де аст

= 0,82 – міра чорноти стінок променесприймальних поверхонь; а
= 1 – е–kps
–
міра чорноти запиленого газового потоку; kps
= (kr
rn
+ kn

m) × ps –
сумарна сила поглинання потоку; kr

і kn

– коефіцієнти ослаблення променів триатомними газами і пилом золи, що визначаються за емпіричними формулами; – сумарна об‘ємна частка Н2
О і RО2
; m – концентрація частинок золи у продуктах згоряння, г/м3

; р –
тиск продуктів згоряння, бар
; s – ефективна товщина випромінювального шару, м,
що визначається для пучків з формули , де а
і b –
числові коефіцієнти, різні для густих і рідких пучків.

При розрахунках для визначення an

і допоміжних величин також користуються номограмами.

Знайшовши ak

і an

, з формули (IV-5) дістанемо значення a1
; a2
для повітропідігрівників і пароперегрівників знаходимо так само, як і ak

.

У загальному випадку для діючого котельного агрегату

. (9)

Величина мала настільки, що при обчисленні її не враховують. Для котельних агрегатів середнього і високого тисків, що працюють при безнакипному режимі, також не враховують величину . Коефіцієнт забруднення оцінюється на підставі рекомендацій, що наводяться в нормах теплового розрахунку котельних агрегатів.

Коефіцієнт теплопередачі з урахуванням зовнішнього забруднення для котельних і економайзерних поверхонь нагріву

вт/м2

×
град,
(10)

а для пароперегрівників

вт/м2

×
град.
(11)

Для повітропідігрівників вводять загальний коефіцієнт використання поверхні нагріву x:

вт/м2

×
град.
(12)

Середній температурний напір Dt
залежить від взаємного напрямку руху середовищ. Для найчастіше вживаних схем прямотоку і протитоку температурний напір визначається як середньо-логарифмічна різниця температур за формулою (III-63).

За цією формулою розраховується Dt
не тільки для чистого прямотоку й протитоку, але й для схем східчастого прямотоку й протитоку, що найчастіше зустрічаються в пароперегрівниках і водяних економайзерах. Для схем, відмінних від прямотоку й протитоку (перехресний потік теплоти), Dt
визначають на основі спеціальних розрахункових рекомендацій і номограм.

4.6 Загальна схема розрахунку конвективних елементів

Звичайно, при тепловому розрахунку користуються рівняннями теплообміну і теплового балансу, записаними не в кдж
на годину, a в кдж
на 1 кг
палива.

Рівняння теплообміну:

кдж/кг.
(13)

Рівняння теплового балансу:

Q
= j(I
¢
– I
¢¢
+
DaIпрс

°) кдж/кг
(14)

де Q – теплота, сприйнята розраховуваним елементом, віднесена до 1 кг
палива; Вр
–
розрахункова витрата палива, кг/год;
j – коефіцієнт збереження теплоти, що враховує втрату теплоти в навколишнє середовище (j @ 1); I
¢
і I
¢¢ – ентальпії продуктів горіння на вході і виході з елемента, кдж/кг;
DaIпрс

° –
кількість теплоти, що вноситься присмоктуваним повітрям, кдж/кг.

У загальному випадку перевірного розрахунку теплосприймального елемента рекуперативного типу відома (намічена) величина поверхні нагріву Н
, і з попереднього розрахунку відомі температура і ентальпія газів (J¢, І
¢
) і робочої речовини (t
1
, i
1
) перед розраховуваною поверхнею нагріву.

Величина Н
намічається на підставі компоновочних і техніко-економічних міркувань. Зокрема, беруться до уваги рекомендовані значення швидкостей газів і коефіцієнтів теплопередачі в конвективних елементах. При дуже малих значеннях k
елемент набуває великих розмірів, стає громіздким і дорогим. При дуже великих значеннях k
зростає вартість енергії, що витрачається на перемагання опорів елементів. При виборі швидкостей ураховується також необхідність запобігати золовому зносові i заносові поверхні нагріву. Значення швидкостей газів звичайно коливається в межах від 7 до 15 м/сек.

Попередньо оцінивши кінцеву температуру J¢¢ і ентальпію i
¢¢
газів, можна з рівняння теплового балансу дістати кінцеву ентальпію i
2
і температуру t
2
робочої речовини. Наприклад, для водяного економайзера (або його пакета) при відомій витраті води D кг/год

j(I
¢
– I
¢¢
+
DaIпрс

°) = (і
2
– і
1
) = Q
б
кдж/кг
. (15)

Тепер можна визначити середній температурний напір Dt
(температури J¢г

, J¢г

, t
1
, t
2
відомі) і коефіцієнт теплопередачі k
, бо всі дані для цього є. Геометричні розміри газоходу, його ширина b
і глибина або висота h
і конструктивні характеристики пучка d,
s
1
, s2
відомі. Швидкість газів

м/сек.
(16)

Живий переріз газоходу

F = bh – n
1
×
l
×
d м2
,
(17)

де n
1
– число труб в ряду; l
– довжина труб, м.

Решту величин беруть з відповідних номограм і раніше поданих співвідношень.

Після цього з рівняння (IV-13) визначають теплосприймання поверхні нагріву Qm

, яке порівнюють з величиною Qб

, одержаною з теплового балансу (IV-14). При розходженні до 2% розрахунок не уточнюється. При більшому розходженні треба задатись новим значенням J¢¢г

.
Ув’язати розрахунки можна методом послідовного наближення або, простіше, за допомогою графічної інтерполяції, задавшись двома значеннями: J¢¢г

(J¢¢1
і J¢¢2
).

Розрахункові значення шуканої температури газів J¢¢p

,
визначають (наближено, але з достатньою точністю) по проекції на вісь абсцис точки перетину прямих Qт

і Q
б
.

5. Допоміжне обладнання котельних установок. В
о
допідготовка

5.1 Тягодуттьове і живильне обладнання

Процес горіння палива можливий при безперервному підведенні в топку повітря і видалянні продуктів згоряння. Подавати повітря і видаляти димові гази можна або природною тягою димової труби (димаря), або примусово за допомогою вентиляторів і димососів. Природна тяга створюється димовою трубою внаслідок того, що густина газів, які в ній знаходяться, менша від густини атмосферного повітря. Її застосовують лише в невеликих установках, в яких температура відхідних газів висока, а опір котла невеликий (10–15 мм вод. ст.).

В установках середньої і великої видатності опір котлоагрегату становить 200¸300 мм. вод.
ст., а температура відхідних газів – 115¸140° С. За таких умов димова труба не зможе створити потрібного розрідження і треба застосовувати штучну тягу.

Повітря, потрібне для горіння, подається вентилятором 2,
що перемагає опір повітропідігрівника і пальників при камерному спалюванні або шару палива при шаровому спалюванні. Продукти згоряння відсмоктуються димососом 1
і видаляються в атмосферу крізь димову трубу на висоту, що визначається санітарними нормами.

У верхній частині топки підтримується лише невелике розрідження, що обчислюється кількома мм вод. ст.
Таку схему називають зрівноваженою тягою.

Тягодуттьова установка може складатися з кількох вентиляторів і димососів. У димососах, на відміну від дуттьових вентиляторів, передбачається водяне охолодження підшипників, а іноді й вала, покриття кожуха всередині бронею і зносостійка конструкція ротора.

Для вибору вентиляторів і димососів визначають гідравлічні опори, що виникають під час руху повітря і газів в установці, враховуючи опір тертя, місцеві опори, запиленість газового потоку, можливі зовнішні забруднення поверхні нагріву.

Вибирають вентилятор або димосос виходячи з повного його напору h
в н/м2

і годинної видатності Q
в м
3
/год
при номінальному навантаженні агрегату. Потужність на валу димососа або вентилятора визначається за формулою:

квт,
(1)

де 1,1 – коефіцієнт запасу; h – к. к. д. димососа, який у сучасних конструкцій дорівнює 0,75¸0,85.

Витрата електроенергії на тягодуттьову установку становить 1,5¸3% від видатності котельного агрегату і залежить як від к. к. д. вентиляторів і димососів, так і від способу регулювання їх видатності при зміні навантаження котельного агрегату. Таке регулювання можна здійснювати за допомогою напрямних апаратів (лопаток), що закручують потік газів перед надходженням його на лопатки вентилятора, а також гідромуфтами і зміною числа обертів електродвигуна. Останнім часом набуває поширення регулювання шиберами язикового типу, встановленими на всмоктувальному патрубку вентилятора.

Воду в паровий котел подають поршневими і відцентровими насосами. Для безпечної експлуатації котлів потрібна висока надійність роботи живильного обладнання, в зв’язку з чим установлюються резервні живильні прилади.

Поршневі насоси мають високий к. к. д., надійні в роботі, придатні для дуже високих тисків. Проте при великій видатності вони стають громіздкими і тому застосовуються, головне, в невеликих котельних установках.

У котельних установках середньої і великої видатності застосовують відцентрові насоси з електричним або паротурбінним приводом. Вони компактні і придатні для будь-якого тиску і видатності.

Сучасні котли мають невеликий водяний об‘єм. Щоб забезпечити їх безперервне живлення відповідно до навантаження котла, передбачається автоматичне живлення. У нас поширені двоімпульсні регулятори живлення (системи інж. Трубкіна та ін.). Кількість подаваної води регулюється живильним клапаном за первинним імпульсом від рівня води в барабані і за вторинним – від витрати пари.

5.2 Золовидалення і золовловлювання

У невеликих котельних установках при шаровому спалюванні палива застосовують вагонеткове або механічне золовидаляння (за допомогою скребкового транспортера).

У котельних установках середньої і великої видатності широко застосовують низьконапірне гідравлічне золовидаляння. Зола і шлак змиваються струминою води і з бункерів надходять у канал, по якому рухається вода, що виносить золу за межі котельної. Потім зола транспортується до золовідвалу в закритому трубопроводі. Суміш води, шлаку і золи перекачується або багерними насосами, або гідроапаратами системи інж. Москалькова.

Багерні насоси – це відцентрові насоси, призначені для роботи на дуже забрудненій воді. В їх конструкції передбачається можливість пропуску через них кусків шлаку розміром до 100 мм.

Гідроапарат інж. Москалькова обладнаний соплом з насадкою. В апарат подається вода під тиском 40–50 бар.
Вона виходить з насадки з великою швидкістю і дробить та ежектує шлак.

Багерні насоси можуть перекачувати суміш води й золи на відстань до 1 км,
напорні гідроапарати – до 2 км.

У відхідних димових газах міститься сірчистий ангідрид і багато леткої золи. Щоб знизити концентрацію пилу в атмосферному повітрі, димові гази очищають у золовловниках. Крім того, встановлюють високі димові труби (у великих установках 100–150 м)
для розвіювання сірчастого ангідриду і леткої золи, залишеної після золовловників, на значну відстань. Золовловлювання провадиться у золовловниках різних типів: механічних, жалюзійного і циклонного типів (циклони, батарейні циклони), мокрих (скруберні, пруткові) і в електрофільтрах.

У жалюзійних золовловниках ВТІ запилений потік газів розподіляється на паралельні струмини, напрямок руху яких різко змінюється. При цьому вловлюються крупні фракції золи. Такі золовловники використовують для захисту димососів, а також: хвостових поверхонь нагріву від швидкого зносу.

Циклони виконуються у вигляді вертикальних циліндрів з конічним днищем. Запилений газ підводиться до циліндра тангенціальне і набуває обертового руху. Золові частинки під впливом відцентрової сили відкидаються до стінок і по них спускаються в нижню частину циклона, а очищений газ виходить у трубу, розміщену в верхній частині циклона по його осі. Міра вловлювання пилу в циклоні залежить від конструкції циклона і розмірів частинок пилу і становить в середньому 60¸70%.

К. к. д. циклона можна збільшити до 70¸80%, зменшивши його діаметр. Тому останнім часом установлюють батарейні циклони, що складаються з багатьох циклонів малого діаметра (200¸250 мм).

Мокрі відцентрові скрубери ВТІ належать до комбінованих систем золовловлювачів. Димові гази підводяться до скруберів тангенціальне через горизонтальний патрубок. Стінки скрубера, облицьовані керамічними плитками, зрошуються водою. Частинки золи, що відкидаються до стінок відцентровою силою, стікають разом з водяною плівкою вниз і видаляються в каналізацію. Коефіцієнт вловлювання золи в мокрих скруберах становить 85 – 88%.

Пруткові золовловники ВТІ (інж. Деркачова) відрізняються від мокрих скруберів тим, що на них установлені у вхідному патрубку решітки із зрошуваних водою прутків для кращої очистки газу.

В електрофільтрах пилові частинки, діставши негативний заряд, летять до позитивно зарядженого осаджувального електрода і осаджуються на ньому, видаляючись у золовий бункер під час періодичного струшування електрода. Міра вловлювання золи в електрофільтрах становить 95%.

При виборі типу золовловників беруть до уваги не тільки міру вловлювання золи, а й вартість і складність спорудження, металомісткість і витрату енергії. При достатньо високому к. к. д. найекономічніші за вартістю очистки 1 м
3
газу мокрі відцентрова скрубери.

5.3 Водопідготовка

Щоб теплові електростанції працювали надійно й економічно, треба правильно організувати водний режим котельних агрегатів. Для цього слід запобігати утворенню відкладень на стінках поверхонь нагріву пароводяного тракту агрегату, їх корозії, добувати пару високої частоти.

Для живлення котельних агрегатів електростанцій застосовують турбінний конденсат. Проте частина цього конденсату на станціях втрачається, і ці втрати на великих конденсаційних електростанціях становлять 1¸3%, а на теплоелектроцентралях через неповертання конденсату з виробничих апаратів – до десятків процентів. Ці втрати поповнюють додатковою водою.

Природна вода містить механічні домішки, різні розчинені солі й гази, тому, потрапляючи в котел, розчинені речовини, що містяться у воді, утворюють накип і шлам, а розчинені корозоактивні гази (кисень і вуглекислий газ) викликають корозію стінок котлів.

До накипотвірних солей належить кремнекислота, сірчанокислі і вуглекислі солі кальцію і магнію. Сумарна концентрація у воді катіонів кальцію і магнію визначає її загальну жорсткість.
Вона поділяється на карбонатну (тимчасову), зумовлену наявністю бікарбонатів кальцію і магнію, і некарбонатну, зумовлену наявністю в воді інших солей кальцію і магнію. Жорсткість виражають у міліграм-еквівалентах
або в мікрограм-еквівалентах
на літр (мг
×
екв/л
або мкг
×
екв/л).

Накип відкладається у вигляді міцного шару на стінках поверхонь нагріву, а шлам – у вигляді дрібних завислих у воді частинок. У ряді випадків відбувається вторинне накипоутворення внаслідок прикипання шламу до поверхні нагріву. Із солей жорсткості найнеприємніші щодо накипоутворювання: силікат СаSіО3
і сульфат СаSO4
кальцію, що дають твердий і щільний накип.

Через відкладання накипу і прикіпання шламу на поверхнях нагріву знижується надійність і економічність роботи котельних установок, бо шлам і накип мають дуже низьку теплопровідність. Такі відкладення на стінках труб, що працюють у ділянці високих температур димових газів, можуть спричинити недопустиме перегрівання цих стінок, що супроводиться зниженням міцності металу, деформацією і розриванням труб. Внутрішнє забруднення поверхонь нагріву призводить до погіршання теплопередачі, підвищення температури відхідних газів і зниження к. к. д. котельного агрегату, створюючи великий додатковий термічний опір.

Чим вищий тиск вироблюваної пари, тим вищі вимоги до якості живильної води. Особливо високі вимоги ставлять до якості живильної води для прямотокових котлів надкритичних параметрів. З підвищенням тиску стає все важче дістати чисту пару, бо при переході до високих тисків пара забруднюється не тільки внаслідок виносу солей з краплями води, а й внаслідок здатності її розчиняти деякі домішки – кремнекислоту і сполучення натрію (хлористий натрій, гідроокис натрію тощо). Наявні в парі домішки утворюють відкладення в арматурі паропроводів, у клапанах і в проточній частині турбін. Це призводить до нещільності арматури, зниження економічності і потужності турбін.

Запобігти утворюванню накипу в паровому котлі можна, лише видаливши розчинені у воді солі або перевівши їх у легкорозчинні сполуки, що не випадають з розчину навіть при високій концентрації в ньому солей.

Мета обробки вихідної води – або пом’якшення, тобто зменшення вмісту в воді кальцієвих і магнієвих солей, що визначають її жорсткість, або знесолення води.

Застосовують такі способи пом’якшення води, зменшення її жорсткості: термічні, реагентні, іонного обміну, комбіновані.

Термічний спосіб пом’якшення води полягає в нагріванні води. При цьому розкладається бікарбонат кальцію і утворюється вуглекислий газ, вода і карбонат кальцію, що випадає в осад:

­

Ca (НСО3
)2
® СаСО3
+ СО3
+ H2
O.

¯

Якщо у воді є бікарбонат магнію, то спочатку утворюється бікарбонат натрію, що дає при кип’ятінні осад малорозчинного гідроокису магнію. Глибокого пом’якшення даним способом досягти не можна і для енергетичних установок він не придатний.

Реагентні способи пом’якшення води, що називаються також методами осаджування накипоутворювачів,
ґрунтуються на випаданні в осад карбонату кальцію і гідроокису магнію внаслідок дії багатьох реагентів, що добавляються в оброблювану воду. Як реагенти застосовують вапно, їдкий натр, соду як роздільно, так і комбіновано.

Нині як передочистку в поєднанні з методом іонного обміну застосовують вапнування, це дає можливість різко зменшити карбонатну жорсткість вихідної води, видалити розчинений у воді вуглекислий газ, а також магнієву жорсткість, зменшити сухий залишок води:

Са (НСО3
)2
+ Са (ОН)2
® 2СаСО3
+ 2Н2
O;

¯

СО2
+ Са (ОН)2
® СаСО3
+ Н2
О;

¯

Мg (НСО3
)2
+ 2Са (ОН)3
® Мg (ОН)2
+ 2СаСО3
+ 2Н2
О.

¯ ¯

Раніше було дуже поширене содовапнування. Залишкова жорсткість води після зм’якшування цим способом ще велика. Через недостатнє зм’якшення води, громіздкість апаратури, велику вартість, необхідність витрачати дорогі і дефіцитні реактиви содовапнування останнім часом не застосовують.

Основним методом обробки води тепер є метод катіонного обміну. Завдяки своїй простоті, економічності, невеликим капітальним затратам і високій якості зм’якшеної води обробка води катіонітовим способом досить поширена. Речовини, які використовуються для обробки води цим способом, називаються катіонітами.
Як катіоніт застосовують сульфовугілля, яке дістають у результаті обробки роздробленого кам’яного вугілля сірчаною кислотою.

Процес катіонування полягає в обміні катіонами, що містяться у воді, яка обробляється, i тих, що віддаються катіонітом. Катіоніт не розчиняється у воді, але при доторканні до неї витягує з неї катіони і віддає взамін катіони, що раніше входили до його складу. В катіоніт вводять один з таких обмінних катіонів – натрій, водень і амоній. Залежно від цього розрізняють натрій-катіонування, водень-катіонування, амоній-катіонування і комбіновані
методи обробки катіонітами. Основний показник якості сульфовугілля – робоча місткість поглинання, в середньому вона становить 300 г
. × екв/м3
.

Технічний процес пом’якшення води катіонуванням дуже простий і полягає у фільтрації оброблюваної води крізь шар катіоніту, що знаходиться в фільтрі.

Найбільш поширеним є спосіб обробки води за схемою натрій-катіонування завдяки його простоті, дешевизні кухонної солі, яка застосовується для регенерації катіоніту, і глибокому зм’якшенню води. При Nа-катіонуванні у воді замість бікарбонатів Са і Мg утворюється бікарбонат натрію, а замість сульфатів і хлоридів Са і Мg – сірчастий і хлористий натрій, які не дають накипу:

Ca (HCO3
) + 2NaK ® CaK2
+ 2NaHCO3
;

Mg (HCO3
) + 2NaK ® MgK2
+ 2NaHCO3
;

CaCl2
+ 2NaK ® CaK2
+ 2NaCl;

CaSO4
+ 2NaK ® CaK2
+ Na2
SO4
.

В міру заміни катіонів натрію в катіоніті катіонами Са і Мg обмін стає менш інтенсивним, а потім припиняється, і катіонітовий фільтр перестає зм’якшувати воду.

Для відновлення властивостей катіоніту його регенерують
пропускаючи крізь фільтр розчин кухонної солі

2NаСl + СаК2
® 2NаК + СаСl2
.

При великій карбонатній жорсткості вихідної води доцільна комбінована схема обробки з попереднім вапнуванням води. Недоліком Nа-катіонування є висока лужність і високий загальний солевміст зм’якшеної води.

При Н-катіонуванні солі кальцію і магнію видаляються, вода знесолюється і стає кислою, наприклад:

СаSO4
+ 2НК ® СаK2
+ Н2
SO4
;

СаСl2
+ 2НК ® СаК2 + 2НСl.

Регенерують катіоніт розчином сірчаної кислоти. Цей спосіб застосовують, зокрема, як перший ступінь обробки води для установок надвисокого і надкритичного тиску за схемою глибокого хімічного знесолювання. Недоліки Н-катіонування: дорогі корозійностійке устаткування, трубопроводи і арматура, складність експлуатації.

У промислових котельних установках широко застосовується в поєднанні з натрій-катіонуванням амоній-катіонування.

Повністю хімічно знесолити воду можна в результаті Н-катіонування з наступним аніонуванням. Аніонування
– це процес обміну аніонами між кислотами, що містяться у воді, і аніонітом – речовиною, що використовується для такої обробки. Аніоній здатний інтенсивно поглинати з води аніони, коли вони перебувають у воді у вигляді кислот. Тому перед аніонуванням провадиться Н-катіонування вихідної води.

Аніоніти поділяються на дві групи: малоосновні, що поглинають аніони тільки сильних кислот (SO4
2–
, Сl–
, NO3
–
), і сильноосновні, що поглинають аніони сильних і слабких кислот (НСО3
–
, HsiO3
–
).

Для першого ступеня аніонування в установках повного хімічного знесолювання застосовують дешеві малоосновні аніоніти, а для другого і третього ступенів аніонування – сильноосновні аніоніти.

Повністю видалити солі з води можна також термічним знесоленням – дистиляцією води. Апарати, що застосовуються для цього, називаються випарниками.
Вони обігріваються парою, а живлять їх попередньо пом’якшеною водою. Термічне знесолення – найдорожчий спосіб обробки води.

Для уявлення про те, наскільки високі вимоги ставлять до знесоленої води для живлення прямотокових котлів, наведемо такі дані: солевміст води не повинен перевищувати 0,05 мг/л
, жорсткість – 3 мкг/кг
.

Розчинені у воді корозійно-агресивні гази – кисень і вуглекислий газ – видаляють з води термічною деаерацією. Деаератори
можуть бути вакуумними, атмосферними і підвищеного тиску. В установках надвисокого і надкритичного тиску для повнішого видалення кисню з живильної води доцільно застосувати додаткову хімічну деаерацію води обробкою її гідразин-гідратом.

Висновки

В роботі показано зростання ролі енергетики у зв’язку з прогресуючим виснаженням звичайних енергетичних ресурсів (нафти, газу, вугілля тощо) і з усе більш помітною, іноді вже необоротною, зміною («забрудненням») навколишнього середовища, що супроводжує роботу енергоустановок. Природно, що ощадливе та екологічно чисте використання енергії стає однією з основних задач інженерної діяльності в будь-якій галузі і будь-якої спеціальності.

Література

1. Алексеев Г.Н. Преобразование энергии. – М., Высш. шк., 1996.

2. Алексеев Г.Н. основы теории энергетических установок. – М., Высш. шк., 1988.

3. Алексеев Г.Н. Прогнозное ориентирование развития энергоустановок. – М., Просвещение, 1994.

4. Алексеев Г.Н. Энергия и энтропия. – М., Высш. шк., 1978.

5. Капица П.Л. Энергия и физика. – Вестн. АН СССР, 1976, №1.

6. Мелентьев Л.А. оптимизация развития и управления больших систем энергетики. – М., Энергоатомиздат, 1986.