Газифицированные котельные агрегаты

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году




О.Н. БРЮХАНОВ, В.А. КУЗНЕЦОВ







ГАЗИФИЦИРОВАННЫЕ
КОТЕЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ


УЧЕБНИК




Допущено
    Государственным комитетом Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу в качестве учебника для студентов средних специальных учебных заведений, обучающихся по специальности 08.02.08 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения»





znanium.com

Москва ИНФРА-М 2020

УДК 621.182(075.32)
ББК 31.38я723
   Б87


         Рецензенты:
         В.А. Жила — профессор, заведующий кафедрой теплофикации и газоснабжения Московского государственного строительного университета;
         А.И. Плужников — профессор, генеральный директор ООО «ВНИИпромгаз»;
         Е.Ф. Андросова — почетный работник жилищно-коммунального хозяйства России, преподаватель Новороссийского техникума градостроительства и экономики



      Брюханов О.Н.
Б87 Газифицированные котельные агрегаты : учебник / О.Н. Брюханов, В.А. Кузнецов. — М. : ИНФРА-М, 2020. — 392 с. — (Среднее профессиональное образование).

         ISBN 978-5-16-005373-8 (print)
         ISBN 978-5-16-102569-7 (online)

         Даны основные понятия о газифицированных котельных установках и терминология, используемая в котельной технике, принцип действия и устройства газифицированных котельных установок. Рассмотрены газогорелочные устройства котлов; выбор числа и места установки горелок; тягодутьевые устройства котельной; питательные устройства; устройства водоподготовки; приборы теплового контроля и автоматического регулирования котельной установки, эксплуатация котельных установок на газообразном топливе и систем их газоснабжения; газоопасные и аварийно-восстановительные работы систем газоснабжения котельных; эффективность работы газифицированных котельных установок.
         Для студентов среднего профессионального образования по специальности 08.02.08 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения».

УДК 621.182(075.32)
ББК 31.38я723







ISBN 978-5-16-005373-8 (print)
ISBN 978-5-16-102569-7 (online) © Брюханов О.Н., Кузнецов В.А., 2005

            Введение



   Тепловая энергия является одним из основных видов энергии, необходимых для обеспечения жизнедеятельности человека. Тепловую энергию в основном используют для получения электрической энергии, для технологических нужд предприятий различного назначения, для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.
   Комплексы устройств, производящих тепловую энергию и обеспечивающих ее доставку потребителю в виде водяного пара или горячей воды, называют системами теплоснабжения. Системы теплоснабжения являются важнейшей составляющей энергетического хозяйства страны. Важнейшим звеном единой системы энерготеплоснабжения служат котельные (теплогенерирующие) установки — совокупность узлов и механизмов для производства тепловой энергии в виде водяного пара или горячей воды. В качестве первичных источников энергии для теплогенерирующих установок используют органическое и ядерное топливо, солнечную и геотермальную энергию, горючие и тепловые отходы промышленных предприятий. По своему агрегатному состоянию все виды органического топлива разделяют на твердое, жидкое и газообразное. Основной вид газообразного топлива — природный газ, доля потребления которого в общей структуре потребления топлива котельными установками достигает в настоящее время 55 % и имеет тенденцию к сохранению этого значения на достаточно длительную перспективу. Поэтому эффективное использование этого важнейшего источника теплоты в теплогенерирующих установках является важной составной частью крупнейшей народнохозяйственной задачи по экономии топливно-энергетических ресурсов.
   Природный газ, являясь универсальным и экономичным видом топлива, способствует повышению производительности труда, улучшению производственного комфорта, созданию нового высокоэффективного оборудования и технологических процессов, снижению удельных расходов топлива. Квалифицированное сжигание газа защищает от загрязнения воздушный бассейн промышленных объектов и населенных пунктов.
   Снижение удельных расходов газа на единицу конечной продукции достигается применением новых технологических процессов и более экономичного оборудования.

3

   Газифицированные котельные агрегаты, использующие современные конструкции газогорелочных устройств, наиболее рационально сжигающих газ, автоматизация процессов горения способствуют обеспечению энергосбережения.
   Учебник подготовлен сотрудниками кафедры теплогазоснаб-жения и вентиляции Московского института коммунального хозяйства и строительства.

Раздел I. основные понятия о котельных установках


            Глава 1. Назначение, классификация и принципиальная схема котельной установки


        1.1. Понятие, назначение и классификация котельных установок

   Котельная установка на газообразном топливе — это комплекс сооружений агрегатов и устройств, предназначенных для: выработки тепловой энергии в виде пара и горячей воды за счет сжигания газа; централизованной подготовки теплоносителей нужных потребителю параметров; подачи теплоносителя потребителю; сбора отработанного теплоносителя. Она состоит в самом общем случае из: котельного агрегата, устройств для приготовления топлива и его подачи в топку; дутьевого вентилятора для подачи необходимого количества воздуха; оборудования для удаления золы и шлака (при использовании в качестве резервного твердого топлива); дымососа для отвода продуктов сгорания из котельного агрегата; устройств очистки дымовых газов; дымовой трубы; оборудования для очистки воды от механических примесей; накипеобразующих солей и агрессивных газов; насосов различного назначения.
   Котельные по назначению подразделяют на:
   -   энергетические — для выработки пара, преобразуемого в электроэнергию (они, как правило, входят в состав электростанции);
   -   отопительные — для обеспечения теплотой системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения;
   -   отопительно-производственные — для обеспечения теплотой системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и для технологического теплоснабжения;
   -  производственные — для технологического теплоснабжения.
   Отопительные котельные оснащают, как правило, водогрейными котлами, вырабатывающими горячую воду, производственные — паровыми, вырабатывающими водяной пар, отопительно-производственные — как теми, так и другими.
   По объектам теплоснабжения котельные можно разделить на центральные и автономные, в т.ч. крышные. Центральная котельная предназначена для нескольких зданий и сооружений, связанных с котельной наружными тепловыми сетями. Автономная (индивидуальная) котельная предназначена для теплоснабжения

5

одного здания или сооружения. Крышную котельную располагают (размещают) на покрытии здания непосредственно или на специально устроенном основании над покрытием.
   Котельные по размещению подразделяют на:
   отдельно стоящие;
   пристроенные к зданиям другого назначения;
   встроенные в здания другого назначения независимо от этажа размещения;
   крышные.
   Котельные по надежности отпуска теплоты потребителям относят:
   а)   к первой категории — котельные, являющиеся единственным источником теплоты системы теплоснабжения и обеспечивающие потребителей первой категории, нарушение теплоснабжения которых связано с опасностью для жизни людей или со значительным ущербом народному хозяйству (повреждение технологического оборудования, массовый брак продукции), не имеющих индивидуальных резервных источников теплоты;
   б)  ко второй категории — остальные котельные.
   Виды резервного топлива, используемого в планируемые перерывы подачи основного топлива (газа), и аварийного, используемого в кратковременные периоды аварийного отключения основного (резервного) топлива, а также их необходимость для котельных устанавливают с учетом категории котельной, исходя из местных условий эксплуатации, по согласованию с топливоснабжающими организациями.
   Для котельных, отнесенных к первой категории, в качестве аварийного, как правило, предусматривают использование жидкого топлива, вид которого определяется органом, устанавливающим основной вид топлива.
   При переводе котельных с котлами, оборудованными камерными топками для сжигания твердого топлива, на сжигание газообразного в качестве резервного, как правило, должно сохраняться твердое топливо, если технико-экономическими и экологическими расчетами не обоснован другой вид топлива.

        1.2. Основное и вспомогательное оборудование котельной установки

   В общем случае газовая котельная установка — это совокупность котла и вспомогательного оборудования. Она включает в себя следующие основные устройства: котлы, экономайзеры и

6

воздухоподогреватели. Котлы являются ее главной частью. Котлы, в которых вырабатывается пар, называют паровыми', предназначенные для выработки горячей воды — водогрейными, вырабатывающие водяной пар и горячую воду одновременно — комбинированными. В котлах дымовые газы, образовавшиеся в топочном устройстве при сгорании газообразного топлива, омывают поверхность нагрева котла, отдавая ей часть заключенной в них тепловой энергии, и покидают котел с более или менее высокой температурой. Для дополнительного использования теплоты, содержащейся в дымовых газах, уходящих из котла, за ними устанавливают так называемые хвостовые поверхности нагрева — экономайзер, в котором подогревается питательная или сетевая вода, или воздухоподогреватель, в котором подогревается воздух, идущий на горение в топочное устройство. В зависимости от местных условий экономайзеры и воздухоподогреватели иногда не устанавливают или устанавливают только одно из названных устройств. Схемы и конструкции котлов, экономайзеров и воздухоподогревателей рассмотрены в разделе II.
   Кроме перечисленного основного оборудования, теплогенерирующая установка должна иметь вспомогательное оборудование, в состав которого входят: тяговое устройство, дутьевая установка, питательные или сетевые насосы, устройства подготовки питательной воды, идущей на питание паровых котлов, или подпиточной воды, идущей на восполнение утечек в тепловой сети, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы, средства регулирования и управления, устройства топливоподачи.
   Тяговое устройство предназначено для создания разрежения в газоходах теплогенерирующей установки, необходимого для удаления в атмосферу охлажденных дымовых газов и преодоления сопротивлений при их движении в газоходах установки. К тяговым устройствам принадлежат дымососы (искусственная тяга) и дымовая труба (естественная тяга).
   Дутьевая установка состоит из вентиляторов и воздуховодов, служащих для подачи воздуха в топку котельного агрегата.
   Питательные насосы служат для подачи воды в паровой котел. В котельной устанавливают баки питательной воды, в которые поступает конденсат пара, возвращаемый от потребителя, и подводится добавочная вода, покрывающая потери пара у потребителя. Питательный насос забирает воду из этих питательных баков и подает ее в паровой котел.
   Сетевые (циркуляционные) насосы устанавливают в водогрейных котельных. В таких установках трубопровод обратной воды

7

отопительной системы присоединяют к сетевому насосу, который прокачивает воду через котел и затем по нагнетательному трубопроводу подает ее в отопительную систему. Таким образом, котел включается в контур циркуляции воды через отопительную систему.
   Устройства для подготовки питательной или подпиточной воды включают в себя водозаборные устройства, установки хим-водообработки и деаэрации. В установке химводообработки умягчают (удаление соли жесткости, вызывающие отложение накипи на тепловоспринимающих поверхностях котла) исходную сырую воду, а в деаэраторе удаляют коррозионно-активные газы из химобработанной воды. Деаэрированная вода подается на питание паровых котлов питательными насосами и подпитку тепловых сетей подпиточными.
   Для контроля и автоматического регулирования процессов, протекающих в котельной установке, служат приборы контроля и автоматики.
   Котельную установку топливом (природным газом) обеспечивает оборудование топливоподачи, включающее в себя отвод от магистрального трубопровода и газорегуляторный пункт, в котором снижают давление газа от магистрального до необходимого для работы газовых горелок и поддержания давления газа на входе в горелку в заданных пределах.

        1.3. Тепловые схемы паровых и водогрейных газовых котельных

   Наиболее простую тепловую схему имеют котельные, предназначенные для обеспечения только технологической потребности с единым паровым теплоносителем (незначительное количество теплоты на другие нужды отпускается также в виде пара) и возвратом конденсата от теплообменников. Принципиальная тепловая схема такой котельной представлена на рис 1.1. Котельные с такой тепловой схемой просты в эксплуатации, а при незначительной потребности производства в горячей воде, высоком коэффициенте возврата конденсата и непротяженных пароконденсатных трубопроводов достаточно эффективны в потреблении топлива.
   Принципиальная тепловая схема производственно-отопительной котельной дана на рис. 1.2. Представленная тепловая схема дает возможность обеспечить технологических потребителей, а также подогреватели сетевой воды паром одного или не

8

скольких параметров за счет установки одной или нескольких редукционных охладительных установок (РОУ) при номинальном давлении пара в котлах.
Потери, соб
Рис. 1.1. Принципиальная тепловая схема производственной котельной

1 — котел паровой; 2 — деаэратор; 3 — охладитель выпара; 4 — потребители пара; 5, 7 — подогреватели химически очищенной и сырой воды; 6 — установка химической очистки воды; 8 — охладитель продувочной воды; 9 — сепаратор непрерывной продувки; 10 — питательный насос

   Представленная тепловая схема может использоваться как при открытой, так и при закрытой системе горячего водоснабжения (ГВС). Только при открытой системе (при непосредственном заборе воды на нужды горячего водоснабжения из тепловой сети) возрастают нагрузки на деаэрационную установку и установку химической очистки воды, кроме того, при открытой системе в тепловую схему котельной необходимо включать баки-аккумуляторы для покрытия суточной неравномерности потребления горячей воды.
   Наиболее часто встречающиеся схемы включения подогревателей сетевой воды к паровым котлам представлены на рис 1.3. Схема 1.3, а предусматривает подачу пара непосредственно из верхнего барабана котла в пароводяной подогреватель, установленный не менее чем на 1,5—1,7 м над осью верхнего барабана и его слив (самотеком) в нижний барабан. Такая схема позволяет экономить электроэнергию на перекачивающие насосы. Схема же 1.3,б кроме повышенной энергоемкости требует и дополнительных капитальных затрат(охладитель конденсата, насосы его перекачки), однако эта схема более надежна в эксплуатации.

9

сеть         сети

вода

Рис. 1.2. Принципиальная тепловая схема производственноотопительной котельной с паровыми котлами

1 — паровой котел; 2, 3 — деаэраторы питательной и подпиточной воды; 4 — охладители выпара; 5—9 — насосы сырой воды, питательный, подпиточный, сетевой, конденсатный; 10 — конденсатный бак; 11, 14, 15 — охладители продувочной, подпиточной воды и конденсата; 12, 13, 16 — подогреватели сырой, химически очищенной, сетевой воды; 17 — редукционно охладительная установка; 18 — сепаратор непрерывной продувки; 19 — продувочный колодец;
20 — установка химической очистки воды

Рис. 1.3. Принципиальная тепловая схема подключения подогревателей сетевой воды к паровым котлам

а — схема с пароводяным подогревателем и безнасосным возвратом конденсата; б — схема с пароводяным и водоводяным подогревателями; 1 — паровой котел; 2 — пароводяной подогреватель сетевой воды; 3 — водоводяной подогреватель (охладитель конденсата); 4 — бак питательной воды (деаэратор); 5 — регулятор перепуска; 6 — редукционная установка; 7, 8 — верхние и нижние барабаны котла

10