Материал: Котельные и котельные установки

Котельные и котельные установки

Министерство образования и науки РФ

Казанский Государственный Архитектурно-Строительный университет

Кафедра теплоэнергетики

Реферат

по дисциплине

Термодинамическая эффективность теплового оборудования

Котельные и котельные установки

Выполнила: ст.гр. 2ТГ303

Мельник А.Э.

Проверил: Чайковский В.Г.

Казань, 2015

Оглавление

Введение

Общие сведения и понятия

Классификация котельных установок

Проектирование зданий котельных       

Архитектурная компоновка

Конструкции котлов и топочных устройств, устанавливаемых в отопительно - производственных котельных

Заключение

Список литературы

Введение

Наиболее эффективными системами теплоснабжения являются централизованные системы теплоснабжения от ТЭЦ. Наряду с ТЭЦ при небольших тепловых нагрузках или при малой тепловой плотности застройки, или при вводе в строй отдельных потребителей тепла с расчетом на длительный период более рентабельным может оказаться теплоснабжение от районных или квартальных котельных. Наконец, при малоэтажной застройке или в поселках сельского типа без местных котельных пока обойтись нельзя.

При решении конкретных задач выбор источника теплоснабжения, теплоносителя и его параметров и всей системы теплоснабжения в целом должен обязательно подкрепляться технико-экономическими обоснованиями. Нередко решение этих вопросов может быть выполнено удовлетворительно лишь при сопоставлении различных вариантов и выявлении как капитальных затрат, так и эксплуатационных расходов.

Общие сведения и понятия

Котельная - комплекс зданий и сооружений с котельными установками и вспомогательным технологическим оборудованием, предназначенными для выработки тепловой энергии в целях теплоснабжения.

Котел - теплообменное устройство, в котором тепло от горячих продуктов горения топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.

Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в тепло нагретых газов.

Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.

Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают тепло воде.

Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

Каждая котельная имеет свои особенности и, в частности, отличающиеся друг от друга режимы потребляемого тепла, что обязательно учитывают при проектировании.

Классификация котельных установок

. Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду вырабатываемого теплоносителя они делятся на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).

Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.

Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Отопительные котельные установки предназначены для обслуживания систем отопления производственных и жилых помещений.

. В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные разделяются на местные (индивидуальные), групповые и районные.

Местные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более 115°С или паровыми котлами с рабочим давлением до 70 кПа. Такие котельные предназначены для снабжения теплом одного или нескольких зданий.

Групповые котельные установки обеспечивают теплом группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Такие котельные оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами, как правило, большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специально сооруженных отдельных зданиях.

Районные отопительные котельные служат для теплоснабжения крупных жилых массивов: их оборудуют сравнительно мощными водогрейными или паровыми котлами.

. Котельные по надежности отпуска тепловой энергии потребителям (согласно СП 124.13330. 2012) подразделяются на котельные первой и второй категории.

К первой категории относятся:

котельные, являющиеся единственным источником тепловой энергии системы теплоснабжения;

котельные, обеспечивающие тепловой энергией потребителей первой и второй категории, не имеющих индивидуальных резервных источников тепловой энергии. Перечни потребителей по категориям устанавливаются в задании на проектирование.

Ко второй категории - остальные котельные.

. Котельные по целевому назначению в системе теплоснабжения подразделяются на:

центральные в системе централизованного теплоснабжения;

пиковые в системе централизованного и децентрализованного теплоснабжения на базе комбинированной выработки тепловой и электрической энергии;

автономные системы децентрализованного теплоснабжения.

. Котельные по роду вырабатываемого теплоносителя подразделяются на паровые и водогрейные.

Водогрейная котельная имеет один теплоноситель - воду в отличие от паровой котельной, у которой два теплоносителя - вода и пар. В связи с этим в паровой котельной необходимо иметь отдельные трубопроводы для пара и воды, а также баки для сбора конденсата. Однако это не значит, что схемы водогрейных котельных проще паровых. Водогрейная и паровая котельные по сложности устройства бывают различными в зависимости от вида используемого топлива, конструкции котлов, топок и т. п. В состав как паровой, так и водогрейной котельной установки обычно входят несколько котлоагрегатов, но не менее двух и не более четырех-пяти. Все они связываются между собой общими коммуникациями-трубопроводами, газопроводами и др.

Для обеспечения нормальной эксплуатации котельные с водогрейными котлами оборудуют необходимой арматурой, контрольно-измерительными приборами и средствами автоматизации.

Проектирование зданий котельных

В зависимости от рабочего давления паровых котлов и степени нагрева воды в водогрейных котлах котельные установки подразделяются на установки высокого и низкого давления. Согласно СП 89.13330.2012 «Котельные установки» котельные установки, работающие на воде, нагретой выше 115ºС, или при давлении пара в них более 0,07 МПа, выносят в отдельно стоящие помещения.

Котлы высокого давления под и над производственными помещениями или непосредственно в производственных помещениях, где технологические процессы неогнеопасны, устанавливают лишь в следующих случаях:

) если применяют прямоточные котлы паропроизводительностью до 4 т/ч каждый;

) если котел удовлетворяет условию:

(tн - 100)V≤100,

где tн - температура насыщенного пара при рабочем давлении;

V - водяной объем котла, м3;

) если применяют водогрейные котлы теплопроизводительностью до 2,5 Гкал/ час.

Нельзя устраивать в жилых м общественных зданиях встроенные котельные или пристраивать непосредственно к этим зданиям котельные, оборудованные котлами с давлением пара выше 0,07 МПа или с температурой выше 115 ºС.

В жилых и общественных зданиях встроенные котельные разрешается устанавливать лишь при установке паровых котлов, работающих при давлении р ≤ 0,07 МПа, и водогрейных котлов - при температуре воды не выше 115 ºС. При этом необходимо выполнять основные требования:

) максимальная теплопроизводительность этих котельных не должна превышать при работе на газообразном топливе 3 Гкал/ч; при сжигании твердого топлива с приведенными сернистостью до 0,5 % и зольностью до 2,5% - 1,5 Гкал/ч; при сжигании твердого топлива с приведенными сернистостью 0,5 - 1 % и зольностью - 10% - 0,8 Гкал/ч и, наконец, при сжигании твердого топлива с приведенными сернистостью более 1% и зольностью более 5% - 0,5 Гкал/ч;

) нельзя располагать эти котельные непосредственно под помещениями, где возможно значительное скопление людей.

При проектировании котельных независимо от расположения их под зданиями или отдельно от зданий необходимо предусмотреть слудующее:

) удобную, простую и экономичную транспортировку тепла к потребителям;

) устройство вблизи котельной складов для топлива и золы;

) применение наиболее целесообразной схемы топливоотдачи и золоудаления.

Кроме того, следует учитывать высоту стояния уровня грунтовых вод.

Отдельно стоящие котельные должны быть отделены от ближайших жилых и общественных зданий озелененными санитарно-защитными зонами. Минимальная протяженность санитарно-защитной зоны составляет 25 м и принимается для котельных, работающих на твердом топливе, с зольностью Ар ≤ 10% и при расходе топлива Вmax=3 т/ч.

При зольности топлива Ар = 30-45% и часовом расходе топлива В=20-25 т/ч протяженность санитарно-защитной зоны достигает 200 м. Для котельных, работающих на гае, санитарно-защитная зона установлена 15 м, а для котельных, работающих на жидком топливе, - 20 м.

Архитектурная компоновка

По характеру сооружения и компоновке оборудования котельные подразделяются на закрытые, полуоткрытые и открытые. Место постройки котельной влияет на выбор ее типа.

В котельных закрытого типа все оборудование расположено внутри здания. Такие котельные строят в районах с расчетной температурой наружного воздуха ниже - 30ºС и вне зависимости от района строительства, если котельные располагаются внутри жилого квартала.

В котельных полуоткрытого типа задняя стена располагается за экономайзерными поверхностями. Вне здания можно устанавливать дымососы, дутьевые вентиляторы, деаэраторы и другое оборудование, за которыми не надо постоянно следить. Котельные этого типа сооружают при расчетных температурах наружного воздуха от - 20 ºС до - 30ºС и при условии, что их размещают за пределами жилого массива.

В котельных открытого типа закрывают только фронтовую часть перед котлом, где обычно находится обслуживающий персонал; их сооружают в районах с расчетной температурой наружного воздуха выше - 20 ºС.

Компоновка и конструкции здания котельной, а также расположение оборудования должны обеспечивать возможность беспрепятственного расширения котельной:

. Здание котельной должно иметь одну свободную торцевую стену;

. Конструкции перекрытия котельной должны опираться на продольные стены здания.

Здания котельных, по возможности, выполняют одноэтажными и однопролетными с расположением вспомогательного оборудования в общем зале, не выделяя их в отдельные помещения. При сжигании твердого топлива при механизированных системах топливоотдачи и бункерных галереях можно сооружать многоэтажные и многопролетные здания. Расположение административных и бытовых помещений предусматривают внутри основного помещения котельной, со стороны ее постоянного торца. Чтобы использовать высоту основного помещения под помещения административного и бытового назначения, устраивают антресоли.

Для удаления зольных остатков котельную снабжают зольными помещениями, которые желательно располагать выше уровня земли. При выходе очаговых остатков не более 100 кг/ч или при механизированном шлакозолоудалении зольных помещений можно не устраивать.

Проходы между котлами, экономайзерами и стенами котельной ( кроме передней стены) делают не менее 1 м, а между отдельными выступающими частями - не менее 0,8 м. Для чугунных котлов указанные расстояния можно уменьшить до 0,7 м.

Рис. 1. Компоновка котельной закрытого типа с котлами ДКВР-10-13

при работе на каменных углях

Если обдувку и шуровку котлов и топок осуществляют не только с фронта, но и с боковых сторон обмуровки, то ширину прохода между котлами делают не менее 1,5 м для котлов паропроизводительностью до 4 т/ч и не менее 2 м для котлов паропроизводительностью более 4 т/ч. При установке котлов и экономайзеров близко к стенам колоннам котельного помещения обмуровка котлов и экономайзеров должна отстоять от стены или колонны по крайне мере на 70 мм.

Конструкции котлов и топочных устройств, устанавливаемых в отопительно - производственных котельных

В отопительно - производственных котельных установках применяют как чугунные, так и стальные котлы. Когда тепловые нагрузки невелики и не превышают на один котел 1 000 000 - 1 200 000 ккал/ч и сли при этом давление вырабатываемого пара и температура нагреваемой воды соответственно Р ≤ 0,7 атм и tк ≤ 115 ºС, то устанавливают чугунные котлы. а во всех остальных случаях - стальные котлы.

Чугунные котлы измеряются теплотехническим показателем - квадратным метром условной поверхности нагрева ( 1 м2 УПН). Квадратный метр условной поверхности нагрева чугунного секционного котла, которая при работе с ручными топками на сортированном антраците и тепловом напряжении зеркала горения, равном 500 000 ккал/м2, дает 10 000 ккал/ч тепла при значении коэффициента полезного действия не ниже 70%.

Чугунные секционные котлы предназначаются в основном для сжигания сортированного твердого топлива на колосниковых решетках с ручным обслуживанием. Эти котлы имеют два основных типа: малометражные котлы с внутренними топками для поквартирного отопления размером от 1 до 4 м2 УПН и котлы шатрового типа для установки во встроенных и отдельно стоящих отопительных котельных с УПН котлов от 7 до 156 м2.

Стальные котлы устанавливают в отопительных и отопительно-производственных котельных, когда чугунные котлы ни по своей мощности, ни по своему давлению не могут обеспечить потребителей тепла. Стальные котлы также подразделяются на водогрейные и паровые.

Если почти всякий паровой котел можно приспособить к работе в качестве водогрейного, то значительно сложнее приспособить водогрейный котел к работе в качестве парового. Применяемые в отопительно- производственных котельных паровые котлы - это главным образом котлы с естественной циркуляцией, т. е. барабанные котлы. Эти котлы состоят из систем труб и барабанов. Основные элементы в таких котлах - барабаны. Водогрейные же котлы в барабанах не нуждаются и конструируются только из труб, объединенных в пакеты или змеевики различной конфигурации. В системах теплоснабжения, в которых отсутствуют потребители пара, следует устанавливать водогрейные котлы.

Котлы ДКВР. Стационарные паровые котлы ДКВР (двухбарабанные котлы водотрубные реконструированные) разработаны ЦКТИ им. Ползунова совместно с Бийским котельным заводом. Котлы были разработаны в 40-х годах, а с 50-го года начался их поточно-серийный выпуск под маркой ДКВ. Впоследствии, в процессе изготовления и эксплуатации, эти котлы подверглись некоторым изменениям (сокращена длина топки, уменьшены шаги труб кипятильного пучка и т. п.) и с 1958 г. выпускаются под паркой ДКВР. Эти котлы предназначены не только для отопительно- производственных целей, но и при давлении 39 атм могут быть использованы в небольших энергетических установках.

Котлы типа ДКВР применяются при работе как на жидком, газообразном, так и на различных видах твердого топлива. Вид используемых топочных устройств вносит определенные коррективы в компоновочные решения. Для работы на газе применяются камерные топки. В них имеются комбинированные газомазутные горелки при встречном, угловом и фронтовом расположении с центральной и периферийной подачей газа в воздух и установкой по оси паромеханических форсунок.