Котельные установки и парогенераторы. Тепловая схема КЭС

1. КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Кафедра Теплоэнергетики
и теплотехники
В.А. Мунц
Е.Ю. Павлюк

2. Тепловая схема КЭС

ТЕПЛОВАЯ СХЕМА КЭС
2

3. Обозначения к рисунку

ОБОЗНАЧЕНИЯ К РИСУНКУ
1. Паровой котел с пароперегревателем (промежуточный
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
перегреватель пара является встроенным)
Паровая турбина (цилиндры высокого и низкого давления)
Электрогенератор
Конденсатор
Конденсатный насос
Подогреватель низкого давления (ПНД)
Деаэратор
Питательный насос
Подогреватель высокого давления (ПВД)
Водоподготовка
Промышленный отбор пара
Отбор пара на теплофикацию
3

4. Тепловая схема ТЭЦ

ТЕПЛОВАЯ СХЕМА ТЭЦ
4

5. Цикл Ренкина

ЦИКЛ РЕНКИНА
На перегретом паре
С промежуточным
перегревом пара
5

6. Парогазовая установка с котлом-утилизатором

ПАРОГАЗОВАЯ
УСТАНОВКА С КОТЛОМ-УТИЛИЗАТОРОМ
6

7. Цикл ПГУ КУ

ЦИКЛ ПГУ КУ
1–2–3–4
цикл ГТУ
a–b–c–d–e
цикл ПТУ
7

8. Тепловая схема котельной с паровыми и водогрейными котлами

ТЕПЛОВАЯ СХЕМА КОТЕЛЬНОЙ С ПАРОВЫМИ И ВОДОГРЕЙНЫМИ
КОТЛАМИ
ПК – паровой котел; РОУ – редукционно-охладительное устройство;
Дпод, Дпит – подпиточный и питательный деаэраторы; ПХОВ – подогреватель
химочищенной воды; NaI, NaII – Na-катионитовые фильтры первой и второй ступени;
НСВ – насос срой воды; ПСВ – подогреватель сырой воды; КБ – конденсатный бак;
ППН – подпиточный насос; СН – сетевой насос; ВК – водогрейный котел
8

9. Краткая история котельной техники

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
КОТЕЛ В ВИДЕ ЧАСТИЧНО ЗАПОЛНЕННОГО ВОДОЙ СОСУДА
Недостатки:
•Рост поверхности нагрева ограничен
•Низкая тепловая мощность
9

10. Краткая история котельной техники

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
1 –жаровая труба; 2 – топка; 3 стулья; 4 – сухопарник
1 – топочная камера с плоскими стенками; 2 – пучок дымогарных труб;
3 – трубки пароперегревателя; 4 – связи, укрепляющие плоские стенки
10

11. Краткая история котельной техники

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Водотрубный котел
с камерами
11

12. Краткая история котельной техники

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Особенности водотрубных котлов
1. Организация естественной циркуляции
2. Трубы закреплялись в отверстиях стенки камеры путем
развальцовки
3. Отверстие, закрывавшееся специальным затворам
служили для осмотра и очистки внутренней поверхности
труб от накипи
4. Поврежденные трубы легко заменялись
5. Недостатком первых горизонтальных водотрубных
котлов являлось наличие плоских камер с
многочисленными связями, сложных в изготовлении,
индивидуальных для каждого типоразмера котла
12

13. Краткая история котельной техники

КРАТКАЯ
РАТКАЯ ИСТОРИЯ
ИСТОРИЯ КОТЕЛЬНОЙ
КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
ТЕХНИКИ
Схема секционного
горизонтального водотрубного
котла с продольным барабаном
13

14. Краткая история котельной техники

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Схема котла со слоевым сжиганием
14

15. Краткая история котельной техники

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Пути дальнейшего развития:
Применение экономайзеров оказалось очень эффективным, так
как температурный напор в них был выше
целесообразность перегрева пара потребовала введения для
этой цели специальных поверхностей нагрева
начинается широкое применение механизированных, и
полумеханизированных топочных устройств
Причины развития:
Появление электрической энергии.
Появилась быстроходная и малогабаритная паровая турбина.
Топливный кризис после первой мировой войны
Недостаток знаний
Недостаточная мощность топки
15
Недостаточная поверхность котлов

16. Краткая история котельной техники

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Пылеугольный
котел
16

17.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Котел с многократной
принудительной
циркуляцией
17

18. Краткая история котельной техники

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
Наличие насоса ведет к большей свободе
компоновки поверхности
Большая величина располагаемого позволяет
применять кипятильные трубы малого
диаметра (dвн=30 мм и менее) и значительной
длины
Часть перепада давления, развиваемого насосом,
используется для центробежного отделения пара
от воды в барабане
Независимость циркуляционного напора от
нагрузки котла
Уплотнение вала при высокой температуре воды
(250—230° С) вызывало определенные трудности
18

19. Краткая история котельной техники

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Прямоточный
котел Рамзина
19

20. Краткая история котельной техники

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Преимущества и недостатки
Конструкция не содержит ряда дорогих
элементов: барабана, коллекторов, опускных
необогреваемых труб
Возникает температурная разверка, поэтому
на пути рабочего тела приходится
устанавливать несколько промежуточных
коллекторов.
Избегают нисходящих участков кипятильных
труб
Относительно высокие скорости рабочего тела
в трубах прямоточного котла и большая длина
труб испарительной зоны приводят к довольно
большому гидравлическому сопротивлению
этой зоны
20

21. Прямоточный котел с сепаратором

ПРЯМОТОЧНЫЙ КОТЕЛ С СЕПАРАТОРОМ
21

22. Конструкция современного парового котла

КОНСТРУКЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ПАРОВОГО КОТЛА
1 – барабан-сепаратор
2 – опускные трубы
3 – стенки котла
4 – нижние коллектора
экранных труб
5 – топка
6 – экранные трубы
7 – фестон
8 – пароперегреватель
9 – водяной экономайзер
10 - воздухоподогреватель
22

23. Описание работы котла

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ КОТЛА
Подача топлива и воздуха для сжигания производится через горелки
Уголь для его сжигания в объеме топки предварительно измельчается до
состояния мелкой взвешенной в воздухе пыли.
Воздух подогревается в опускном газоходе котла в трубчатой поверхности
воздухоподогревателя, что приводит к дополнительному снижению
температуры газов на выходе из котла и повышению степени сгорания
топлива.
Подогрев питательной воды до температуры насыщения или близкой к ней
температуры, парообразование и отделение насыщенного пара в барабане
и, наконец; перегрев полученного пара до заданной температуры.
Три основных элемента (газохода):
топочная камера, горизонтальный газоход, конвективная шахта.
Виды теплообмена в газоходах отличаются
Тепловосприятие в поверхностях нагрева распределяется следующим
образом:
в экранах топочной камеры — 45-50%,
горизонтальном газоходе — около 20%,
в конвективной шахте — 30-35%,
в воздухоподогревателе — около 10%
23

24. Классификация паровых котлов и их маркировка

КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ И ИХ
МАРКИРОВКА
ПО СПОСОБУ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ
РАБОЧЕЙ СРЕДЫ:
1.с
прямоточным движением,
2. с естественной циркуляцией,
3. с принудительной циркуляцией.
24

25. Схемы циркуляции

СХЕМЫ ЦИРКУЛЯЦИИ
Прямоточный
котел
Котел с
естественной
циркуляцией
Котел с
многократной
принудительной
циркуляцией
25

26. Паровые котлы с естественной циркуляцией

ПАРОВЫЕ КОТЛЫ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ
Барабан
котла вместе с системой
необогреваемых опускных труб, и
подъемных (экранных) труб образует
замкнутый циркуляционный контур
Движение рабочей среды происходит за
счет возникновения естественного
напора, определяемого разностью
гидростатических давлений массы воды
и пароводяной смеси в опускных и
подъемных трубах и названного
движущим напором естественной
циркуляции
26

27. Напор естественной циркуляции

НАПОР ЕСТЕСТВЕННОЙ
ЦИРКУЛЯЦИИ
S=Hпg(ρв-ρсм)
где: ρв, ρсм - соответствующая плотность воды в ,
опускных трубах и средняя плотность
пароводяной смеси в подъемных трубах, кг/м3,
g - ускорение свободного падения, м/с2;
Н п– высота паросодержащей части контура, м.
В установившемся режиме работы движущий напор
тратиться на преодоление сопротивлений в
опускных и подъемных трубах
S=роп+рпод
27

28. Кратность циркуляции

КРАТНОСТЬ ЦИРКУЛЯЦИИ
Отношение массового, расхода циркулирующей
воды G0, кг/с, к количеству образовавшегося
пара в единицу времени D, кг/с, называется
КРАТНОСТЬЮ ЦИРКУЛЯЦИИ:
кратность циркуляции обычно составляет
от 10 до 30
G0
Кц
D
28

29. Классификация по назначению

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО НАЗНАЧЕНИЮ
По назначению котлы подразделяются на:
Энергетические
Промышленные
Отопительные и водогрейные
Котлы-утилизаторы
Энерготехнологические котлы
29

30. Классификация по давлению

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ДАВЛЕНИЮ
Котлы низкого давления (до 1 МПа).
Среднего давления (от 1 до 10 МПа).
Котлы высокого давления (до 14 МПа).
Котлы сверхвысокого давления (18 – 20 МПа).
Котлы сверхкритического давления (22,5
МПа).
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО
ПАРОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Малой паропроизводительности (до 25 т/ч).
Средней паропроизводительности (25 – 500 т/ч)
Большой паропроизводительности (500 – 4000 т/ч).
30

31. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОТЛОВ

номинальная паропроизводительность,
номинальное давление пара,
номинальная температура перегрева пара,
номинальная температура питательной воды.
31

32. Обозначения типоразмеров котла

ОБОЗНАЧЕНИЯ ТИПОРАЗМЕРОВ
КОТЛА
Е – паровой стационарный котел с
естественной циркуляцией
Еп – то же с промежуточным перегревом
Пп – прямоточный стационарный котел с
промежуточным перегревом
Кп – паровой стационарный котел с
комбинированной циркуляцией с
промежуточным перегревом
32

33. Обозначения типоразмеров котла

ОБОЗНАЧЕНИЯ ТИПОРАЗМЕРОВ КОТЛА
Первое число – паропроизводительность котла в
тоннах в час.
Второе число – давление пара в кгс/см2.
Указанные обозначения типоразмеров относятся к
котлам с открытыми камерными топками для
сжигания твердых топлив при твердом
шлакоудалении. Для обозначения типоразмеров с
топками для сжигания других топлив к указанным
обозначениям добавляются следующие индексы:
Ж – топка с жидким шлакоудалением
В – вихревая топка
Ц – циклонная топка
Г – газ
М – мазут
33
Н – при работе котла под наддувом

34. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

В состав котельной установки входят:
оборудование топливоприготовления,
тягодутьевая установка и устройства
золоулавливания газовоздушного тракта
котла,
питательные насосы и регулирующие
устройства питательного тракта,
электродвигатели и системы управления и
защиты парового котла.
34

35. Газовоздушный тракт

ГАЗОВОЗДУШНЫЙ ТРАКТ
Газовоздушный тракт — единая система
воздушных коробов и газоходов,
обеспечивающая подачу воздуха через
воздухоподогреватель и горелки в топку,
движение образующихся продуктов сгорания
(газов) по газоходам котла и удаление
охлажденных газов в дымовую трубу.
35

36. Естественная тяга или самотяга Нс, Па

ЕСТЕСТВЕННАЯ ТЯГА ИЛИ САМОТЯГА НС, ПА
Определяется разностью давлений
гидростатических столбов атмосферного
воздуха снаружи и нагретой газовой
среды внутри трубы:
Hc = Hтр(ρв-ρг)g,
где: Hтр – высота трубы, ρв и ρг плотности
холодного воздуха и горячих продуктов
сгорания.
В среднем для трубы высотой 100 м
значение Нс = 350 — 400 Па
36

37. Естественная тяга

ЕСТЕСТВЕННАЯ ТЯГА
37

38. Уравновешенная тяга

УРАВНОВЕШЕННАЯ ТЯГА
38

39. Виды экранов

ВИДЫ ЭКРАНОВ
I — труба;
2 — огнеупорный бетон;
3 — тепловая изоляция;
4 — уплотнительный слой (обмазка,
металлический лист)
I — труба;
3 — тепловая изоляция;
4 — уплотнительный слой (обмазка,
металлический лист);
5 — металлическая проставка
39

40. Схема экрана котла с естественной циркуляцией

СХЕМА ЭКРАНА КОТЛА С ЕСТЕСТВЕННОЙ
ЦИРКУЛЯЦИЕЙ
1 — барабан;
2 — необогреваемые опускные
трубы;
3 — фронтовой экран;
4 — отводящие трубы
40

41. Пакет экономайзера из гладких труб

ПАКЕТ ЭКОНОМАЙЗЕРА ИЗ ГЛАДКИХ ТРУБ
2 — трубы;
3 — коллектор; опорная балка;
8 — опорные стойки;
41

42. Мембранный экономайзер

МЕМБРАННЫЙ ЭКОНОМАЙЗЕР
2 — трубы; 3 — коллектор; 8 — опорные стойки; 9 —
мембранная проставка; 10 — граница установки мембран.
42

43. Монтажная схема экономайзера

МОНТАЖНАЯ СХЕМА ЭКОНОМАЙЗЕРА
43

44. Труба чугунного экономайзера

ТРУБА ЧУГУННОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА
44

45. сжигание газового топлива

СЖИГАНИЕ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА
45

46. Горелка ГМГ

ГОРЕЛКА ГМГ
1 – газовоздушная часть; 2, 5 – лопаточные завихрители
вторичного и первичного воздуха; 3 – монтажная плита;
4 – керамический туннель; 6 – паромеханическая
форсунка
46

47. Горелка РГМГ

ГОРЕЛКА РГМГ
1 – ЗЗУ;
2 – газоподводящий
патрубок;
3 – патрубок первичного
воздуха;
4 – газовый коллектор; 5 –
лопаточный аппарат;
6 – газовыпускные
отверстия;
7 – ротационная форсунка
47

48. Топка с цепной решеткой обратного хода

ТОПКА С ЦЕПНОЙ РЕШЕТКОЙ ОБРАТНОГО ХОДА
1 – предтопок; 2 – угольный ящик; 3 – забрасыватель
топлива; 4 – передний ведущий вал; 5 – колосниковое
полотно; 6 – зонное дутье; 7 – рама решетки; 8 –
опорный рольганг; 9, 10 – задний вал и уплотнение; 11
– шлаковый бункер
48

49. . Низкотемпературная вихревая топка

. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ВИХРЕВАЯ
ТОПКА
1 – шнековый
питатель;
2 – сопло;
3 – вентилятор
горячего воздуха;
4 – охлаждаемый
козырек;
5 – испарительные
панели
49

50. Топка с восьмигранными предтопками котла БКЗ-320-140

ТОПКА С ВОСЬМИГРАННЫМИ ПРЕДТОПКАМИ
КОТЛА БКЗ-320-140
50

51. Топка с пережимом и жидким шлакоудалением

ТОПКА С ПЕРЕЖИМОМ И ЖИДКИМ
ШЛАКОУДАЛЕНИЕМ
51

52. Двухкамерная топка с прямоугольным предтопком

ДВУХКАМЕРНАЯ ТОПКА С ПРЯМОУГОЛЬНЫМ
ПРЕДТОПКОМ
1 – горелки;
2 – камера сгорания;
3 – шлакоудаляющий
пучок;
4 – камера охлаждения
52

53. Котел Е-1/9

КОТЕЛ Е-1/9
53

54. Котел Е-1/9

КОТЕЛ Е-1/9
1 — верхний барабан; 2 — главный паровой вентиль; 3 —
боковой экран; 4 — потолочный экран; 5 — фронтальный 54
экран; 6 — коллектор; 7 — горелка; 8 — камерная топка; 9 —
нижний барабан; 10 — котельный пучок труб; 11 — дымовая

55. Паровой котел типа ДКВР-6,5-13

ПАРОВОЙ КОТЕЛ ТИПА ДКВР-6,5-13
55

56. Котел ДЕ-25

КОТЕЛ ДЕ-25
56

57. Котел ДЕ-25

КОТЕЛ ДЕ-25
1 – верхний барабан;
2 – трубопровод для
фосфатирования;
3 – трубопровод для подвода
питательной воды;
4 – солевой отсек барабана; 5
– труба для продувки;
6 – горелка;
7 – газоплотная перегородка;
8 – правый экран;
9 – топочная камера;
10 – конвективный пучок;
11 – нижний барабан
57

58. Котел ДЕ-25

КОТЕЛ ДЕ-25
58

59. Водогрейный котел ПТВМ-30 ПТВМ-30

ПТВМ-30
ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ
ПТВМ-30
1 – дробеочистительное
устройство;
2 – конвективная
шахта;
3 – конвективная
поверхность нагрева;
4 – горелки;
5 – топочная камера;
6 – поворотная
камера
59

60. Водогрейный котел ПТВМ-30 ПТВМ-50

КОТЕЛ
ВОДОГРЕЙНЫЙ
ПТВМ-50
ПТВМ-30
1
– дымовая труба; 2
– конвективные
поверхности
нагрева;
3 – топочная
камера; 4 –
газомазутная
горелка;
5 – вентилятор
60

61.

61

62. Новый класс водогрейных котлов - горизонтальные вакуумные.

НОВЫЙ КЛАСС ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВАКУУМНЫЕ.
Совмещение
схемы жаротрубного парового
котла с трубчатым теплообменным аппаратом.
Единый
котельный блок, состоящий из
цилиндрической нижней части и
прямоугольной верхней части.
62

63. Схема вакуумного котла

СХЕМА ВАКУУМНОГО КОТЛА
63

64. Краткие технические характеристики

КРАТКИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
номинальная теплопроизводительность 0,63;
1.,1; 2,0 МВт;
КПД не менее 92%;
давление кипения,
номинальное/максимальное — 86/170 кПа;
температура кипения — 95 °С;
гидравлическое сопротивление — не более 30
кПа.
64

65. Преимущества эксплуатации

ПРЕИМУЩЕСТВА ЭКСПЛУАТАЦИИ
Температура
пара ниже температуры
кипения нагреваемой сетевой воды
Нет необходимости в контроле
температуры сетевой воды.
Нет необходимости в химводоподготовке
воды для внутреннего контура котла
Вакуумные котлы имеют естественную
циркуляцию, что позволяет экономить
электроэнергию.
65

66. Отличительные особенности вакуумных котлов «Дорогобужкотломаш»

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВАКУУМНЫХ
КОТЛОВ «ДОРОГОБУЖКОТЛОМАШ»
горизонтальная
компоновка, как следствие
— компактные габариты
два раздельных контура в конструкции
отсутствие питательных устройств на котле
отсутствие кислорода в котле (вакуум) —
продление срока службы котла
первый пуск из холодного состояния не
более 5 минут
безопасность в эксплуатации
66

67. Блок-схема котельной с традиционными котлами

БЛОК-СХЕМА КОТЕЛЬНОЙ С
ТРАДИЦИОННЫМИ КОТЛАМИ
67

68. Блок-схема котельной с вакуумными котлами

БЛОК-СХЕМА КОТЕЛЬНОЙ С
ВАКУУМНЫМИ КОТЛАМИ
68

69. Низкотемпературные водогрейные котлы фирмы Viеssman

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВОДОГРЕЙНЫЕ
КОТЛЫ ФИРМЫ VIЕSSMAN
Vitoplex 300
трехходовой котел с
многослойными
конвективными
поверхностями
нагрева (мощность
от 80 до 1750 кВт)
69

70. Схемы газовых трактов

СХЕМЫ ГАЗОВЫХ ТРАКТОВ
70

71. Тракт воды в котле

ТРАКТ ВОДЫ В КОТЛЕ
Большой водяной объем
увеличивает периоды
работы горелки
Штуцер обратного потока
расположен над
направляющим щитом
Нижнее расположение
топки обеспечивает
естественную
циркуляцию
Нет необходимости в
насосе циркуляционного
контура
71

72. Труба Triplex - многослойная конвективная поверхность

ТРУБА TRIPLEX - МНОГОСЛОЙНАЯ
КОНВЕКТИВНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ
В
наружную трубу вставлена труба с
продольными ребрами
Поверхность внутри трубы увеличивается в
2,5 раза
72

73. Труба Duplex - многослойная конвективная поверхность

ТРУБА DUPLEX - МНОГОСЛОЙНАЯ
КОНВЕКТИВНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ
Благодаря
различным расстояниям между
точками прессования дозируется
прохождение тепловой энергии
73

74. Горелки Wieshaupt

ГОРЕЛКИ WIESHAUPT
74