Котельные установки и парогенераторы

 
C. Л. Елистратов,  Ю. И. Шаров 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ 
И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ 
 
Учебное пособие  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 
 

 
 
УДК 621.181(075.32) 
ББК 31.361 
Е51 
 
 
 
 
 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор П. А. Щинников; 
кандидат технических наук, доцент О. К. Григорьева 
 
 
 
 
Елистратов, C. Л. 
Е51   
Котельные установки и парогенераторы : учебное пособие /  
С. Л. Елистратов, Ю. И. Шаров. ௅ Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 
2021. – 148 с. 
ISBN 978-5-9729-0554-6 
 
Рассмотрены основные агрегаты ТЭС, отопительных котельных, котлов и их вспомогательного оборудования: тягодутьевые устройства, системы 
золоулавливания и шлакозолоудаления. Приведен расчет котла по нормативному методу.  
Для студентов технических специальностей, изучающих вопросы теплоэнергетики и теплотехники. Может быть полезно инженерам-теплоэнергетикам. 
 
УДК 621.181(075.32) 
                                                                   
 ББK 31.361 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0554-6               ” Елистратов С. Л., Шаров Ю. И., 2021 
                                                        ” Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
                                         
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
 
2

 
 
 
 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Предлагаемое читателю учебное пособие содержит основные сведения о конструкции и принципах работы  энергетических и отопительных котлов.  Приведенные в нем теоретические и расчетные материалы 
предназначены, прежде всего, для  целенаправленной  системной  подготовки студентов к выполнению курсового проекта по дисциплине  «Котельные установки и парогенераторы». 
 В отличие от справочной литературы и других учебных изданий  
по этой тематике  пособие содержит основные сведения как о современном состоянии мирового и российского котлостроения, так и о некоторых инновационных направлениях их  развития. В конце пособия приведены вопросы, позволяющие читателю закрепить полученные теоретические знания.   
Первая глава содержит основные сведения о котельных установках и парогенераторах. Приведена традиционная классификация котельных установок. Рассмотрены основные агрегаты ТЭС, отопительных 
котельных, котлов и их вспомогательного оборудования: топливо- и водоподготовка, тягодутьевые устройства, системы шлако- и золоудаления, улавливания летучей золы. Приведены характеристики, используемых  в  котлах  топлив. 
Во второй главе приведен список  наиболее крупных котлостроительных компаний мира, а также действующих российских заводов с 
краткой характеристикой выпускаемой ими продукции и оказываемых 
услуг. Обозначены  основные особенности и  направления развития современного котлостроения с примерами их реализации на российских 
предприятиях. Рассмотрены принципы работы и основные преимущества инновационных котлов с высокотемпературным кипящим слоем 
(ВЦКС), пылеугольных с кольцевой топкой, конденсационных, высоко 
3

 
 
вольтных (10 кВ) индукционных и термомасляных котлов. Представлена 
технология электроионизационного воспламенения пылеугольного  топлива, позволяющая производить подсветку и растопку котлов без использования мазута. По сравнению с уже ставшей традиционной технологией розжига и подсветки с использованием плазмотронов, электроионизационная технология является значительно менее затратной.  
 В третьей главе для оценки показателей экономичности и надежности котла при работе на заданном топливе, выявления необходимых 
конструктивных мероприятий, выбора вспомогательного оборудования и 
получения исходных данных  для проведения аэродинамического, гидравлического, теплового и прочностного  расчетов  представлена методика поверочного  теплового  расчета  котла (парогенератора) по нормативному методу.  
В заключительной главе приведен пример поэлементного теплового расчета  котла барабанного типа ТП-81 Таганского котельного завода 
«Красный котельщик» с использованием  расчетных формул, таблиц и 
номограмм. 
Авторы выражают надежду, что данное учебное издание позволит 
сформировать у  студентов и молодых специалистов живой интерес к 
насущным проблемам теплоэнергетической отрасли и поможет осуществить их решение.  
При написании настоящего учебного пособия авторы использовали 
свой опыт преподавания курсов «Котельные установки и парогенераторы», «Теплоэнергетические установки ТЭС», «Котельное, турбинное и 
вспомогательное оборудование ТЭС», «Производство и передача тепловой энергии» в Новосибирском государственном техническом университете. 
 
 
 
 
 
 
4

 
 
 
 
 
Глава 1  
КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ  
И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ 
 
1.1. ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ 
 
Котельные установки (парогенераторы) относятся к основному 
оборудованию тепловых электростанций (ТЭС). Котельная установка 
представляет собой комплекс устройств размещенных в специальных 
помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Основные элементы 
котельной установки – котел, топочное устройство (топка), питательные 
и тягодутьевые устройства [2]. 
Котел – это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов сгорания топлива передается воде. В результате этого 
в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах 
нагревается до необходимой температуры. Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в теплоту нагретых газов. Питательные устройства (насосы инжекторы) 
предназначены для подачи воды в котел. Тягодутьевое устройство 
состоит из дутьевых вентиляторов, системы газо- и воздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача 
необходимого количества воздуха в топку, движение продуктов сгорания 
по газоходам котла и удаление газов в атмосферу. Продукты сгорания, 
перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностями нагрева, 
передают свою тепловую энергию воде. 
Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные устройства: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подо 
5

 
 
грева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, 
очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной. В зависимости от того, для 
какой цели используется тепловая энергия, котельные подразделяются 
на энергетические, отопительно-производственные и отопительные. На 
рис. 1.1 представлено развитие водотрубных барабанных котлов [2]. 
Паровой котел предназначен для преобразования химической 
энергии топлива в тепловую энергию пара. На рис. 1.1, а представлен 
цилиндрический котел с колосниковой решеткой, производящий насыщенный пар низкого давления. На колосниковой решетке сжигался сортированный кусковой уголь, а необходимый для горения воздух поступал 
снизу через колосниковую решетку. Котел небольшой производительности по пару имел самую простую конструкцию и низкий КПД из-за высокой температуры уходящих из топки газов (200…300 °С). 
Большей паровой производительностью и более высоким КПД обладала новая модификация этого котла (рис. 1.1, б), выполненная из 
большого количества труб малого диаметра (60…80 мм), находящихся в 
потоке горячих газов. В конструкции (рис. 1.1, в) был впервые установлен 
водяной экономайзер (ВЭК) 7, в котором дымовые газы охлаждались до 
150…180 °С, что привело к повышению КПД котла. Водотрубные котлы 
(рис. 1.1, г), более современные. В них размолотое топливо сжигается во 
взвешенном состоянии в объеме топки, все стены которой закрыты 
экранными вертикальными испарительными трубами. В них вода при высоком давлении подогревается до температуры кипения и частично испаряется. В барабане котла 2 пар отделяется от воды и перегревается в 
пароперегревателе 8. Топливо и воздух подаются через топливные горелки 11. Для улучшения сжигания топлива воздух подогревается в воздухоподогревателе (ВЗП) 9, что дополнительно понижает температуру 
дымовых газов. 
Позже появились прямоточные котлы (рис. 1.1, д), в которых нет 
барабана. В них вода и водяной пар проходят последовательно через 
все поверхности нагрева, между которыми нет четкой границы между 
экономайзерной, испарительной и перегревательной зонами. 
 
6

 
 
 
Рис. 1.1. Водотрубные барабанные котлы (а, б, в, г),  
прямоточный котел (д) 
Обозначения на рис. 1.1: 1 – топка; 2 – барабан-сепаратор;  
3 – нижний барабан; 4 – выход пара; 5 – раздающая водяная камера;  
5’ – коллектор; 6 – трубы котельных пучков; 6’ – трубы настенных экранов; 7 – водяной экономайзер; 8 – пароперегреватель; 8’ – настенный 
ленточный пароперегреватель; 9 – воздухоподогреватель; 10 – колосниковая решетка; 11 – горелки; 12 – вход воды в котел. 
 
7

 
 
В отличие от барабанных котлов прямоточные парогенераторы могут работать и на сверхкритических параметрах пара (выше 221 бара). 
По конструкции паровой котел чаще всего имеет П-образный профиль. 
На рис. 1.2 представлены другие возможные профили паровых котлов 
[3], а на рис. 1.3 – таганрогский котел ТГМ-94. 
3-ȧ șȚ. ǪȅDz
2-ȧ șȚ. ǪȅDz
3-ȧ șȚ. ǪǯǷ
1-ȧ șȚ. ǪȅDz
2-ȧ șȚ. ǪǯǷ
1-ȧ șȚ. ǪǯǷ
Ƿ – ȖȉȘȈȏȕȈȧ
ȒȖȔȗȖȕȖȊȒȈ
Ǻ – ȖȉȘȈȏȕȈȧ
ȒȖȔȗȖȕȖȊȒȈ
а)
 
 
ǸǪǷ
N – ȖȉȘȈȏȕȈȧ
ȒȖȔȗȖȕȖȊȒȈ
ǩȈȠȍȕȕȈȧ
ȒȖȔȗȖȕȖȊȒȈ
б)
 
Рис. 1.2. Компоновки паровых котлов:  
РВП – регенеративный воздухоподогреватель 
 
8

 
 
 
Рис. 1.3. Котел ТГМ-94 Таганрогского котельного завода 
 
Основные характеристики и обозначения котла: паровая производительность D = 500 т/ч; давление перегретого пара 
0
p  = 14 МПа; температура перегретого/промпегретого пара п
пп
/
t
t
 = 570/570 °С; КПД брутто котла 
бр
K
 = 92 %; температура питательной воды п.в
t
 = 230 °С; температура уходящих газов ух
t
 = 145 °С; 17 – четыре яруса горелок по  
7 штук в ряду; 20 – два дутьевых вентилятора; 23 – три РВП (регенеративных подогревателя воздуха по 2 об/мин); 25 – два дымососа.  
Энергетические котлы снабжают паром паросиловые установки, 
вырабатывающие электроэнергию. Они входят в комплекс тепловой 
электрической станции (ТЭС рис. 1.4, 1.5). 
 
9

 
 
 
Рис. 1.4. Общий вид ТЭС 
 
 
Рис. 1.5. Новосибирская ТЭЦ-5 
 
10