1. Общий раздел
Энергетика - это область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Целью энергетики является обеспечение рационального производства энергии путём преобразования первичной энергии во вторичную энергию - электрическую или тепловую (полезные энергоносители).
Тепловая энергия - это одна из форм энергии, возникающая в результате механических колебаний структурных элементов какого-либо вещества. Параметром, позволяющим определить возможность использования этого вещества в качестве источника энергии, является его энергетический потенциал, который выражается в киловатт-часах или джоулях.
В теплотехнологическом производстве в качестве теплоносителя используются вещества в жидком и газообразном состояниях: горячая вода, водяной пар, продукты горения топлива, антифризы, масла, растворы солей и взвешенные в газовом потоке твердые частицы. Каждый теплоноситель имеет достоинства и недостатки, определяющие области и границы его применения.
В силу своей доступности и универсальности, наиболее распространенным видом теплоносителя является вода - естественный, возобновляемый ресурс. Около 70% всех отопительных систем работают с использованием воды в качестве теплоносителя. Воду отличает высокая плотность, удельная теплоемкость и легкая подвижность при незначительном изменении потенциала, благодаря чему её можно транспортировать на большие расстояния. При этом отсутствуют потери конденсата и меньше потери теплоты в сетях. Отпуск теплоты легко регулировать изменением температуры данного теплоносителя.
Применение парового отопления допускается лишь в системах отопления промышленных зданий с радиаторами и ребристыми трубами, в коммунальных предприятиях, лестничных клетках, спортивных сооружениях, пешеходных переходах, вестибюлях, в небольших зданиях ресторанов, столовых и магазинов.
2. Котельная
Источниками тепла в виде пара и горячей воды являются котельные агрегаты, в которых происходит преобразование химически связанной энергии топлива в тепловую энергию воды и пара.
Комплекс котельных агрегатов с предназначенным для выработки теплоты вспомогательным оборудованием, зданиями (или помещениями) и сооружениями, в которых они располагаются, называется котельной.
Современные котельные используются для выработки тепловой энергии при сжигании различных видов топлива. Полученное тепло передается теплоносителю, например, - воде. Вода, нагретая в водогрейном котле до определенной температуры, при помощи мощных насосов поступает для обогрева в отопительный период в квартиры, дома, офисы, на предприятия, торговые центры, государственные и другие учреждения.
В паровых котлах генерируется насыщенный или перегретый пар. Паровые котлы предназначены для производства пара, используемого в получении электрической энергии в паровых турбинах (энергетические паровые котлы) или выработки пара для технологических процессов на предприятиях (промышленные паровые котлы - парогенераторы).
По своему конструкционному исполнению практически все современные котлы построены по одному принципу: стальной корпус, внутри которого располагается топка и теплообменник. Теплообменный агрегат является главной и самой дорогой составной частью. Выбор котла требует математических расчетов (сколько на нем будет числиться потребителей, каково расстояние доставки до них теплоносителя, какой будет использоваться вид топлива и т.д.). От вида топлива в полной зависимости находится нагрев теплоносителя, интенсивность процесса, экологическая чистота и другие факторы. По типу применяемого топлива котельные бывают газовыми, твердотопливными, на жидком топливе, использующими в качестве топлива электроэнергию и комбинированными.
По надёжности отпуска тепловой энергии котельные делятся на следующие категории:
- первая. К ней относят котельные установки, являющиеся единственным источником тепловой энергии, либо используются для обеспечения ей потребителей, не имеющих резервных автономных источников тепла;
- вторая. Все котельные установки, не входящие в первую группу.
По типу размещения котельные подразделяются на:
- крышные. Монтируются на специально возведённых помостах (основаниях) или кровле существующих зданий;
- отдельно стоящие. Располагаются в отдельно расположенном здании;
- пристроенные. Проектируются и возводятся с непосредственным прилеганием к объекту;
- встроенные. Размещаются во внутренних помещениях здания;
- модульные. Являются изделиями полной заводской готовности и поставляются в мобильном контейнере, допускающем их транспортировку. Представляют собой один или несколько модулей (в зависимости от тепловой мощности) для получения тепла и горячей воды с установленным технологическим оборудованием для подключения к тепловым сетям. Относятся к первой категории по надёжности отпуска тепловой энергии.
По целевому использованию:
- отопительные. Снабжают тепловой энергией системы отопления, ГВС;
- производственные. Обеспечивают тепловой энергией системы теплоснабжения, относящиеся к группе технологических;
- отопительно-производственные. Комплексное обеспечение систем промышленных котельных тепловой энергией;
- энергетические. Обеспечивают паром турбогенераторы ТЭС.
По видам автоматизации процессов:
- ручные. Подача топлива и удаление шлаков производится вручную.
- механизированные. Подача топлива и сбор загрязнений происходит в автоматическом режиме без участия оператора.
Топливное хозяйство тепловых станций - это сооружения, устройства и механизмы, необходимые для перемещения и подачи топлива в котельные и топки котлов, а также, для его обработки и подготовки к сжиганию. Принцип, схема топливного хозяйства зависит от вида, свойств и способа сжигания топлива, производительности котельной и ее расположения, а также способа доставки топлива. Топливное хозяйство разделяют на следующие участки: узел доставки и приема поступающего топлива (разгрузка); склады топлива для создания резерва топлива и устранения возможного несоответствия между его поставкой и расходом; устройства для подачи топлива в помещение (топливопадача); первичная подготовка топлива; учет прибывающего и расходуемого топлива; подготовка топлива к сжиганию; подача топлива в топку.
В соответствии с назначением и независимо от вида топлива, склады разделяют на:
- базисные - для длительного, планового хранения, в целях обеспечения группы котельных при длительных задержках в его доставке;
- расходные (оперативные) - для хранения эксплуатационного запаса топлива, потребляемого котельной в отдельные дни или часы при кратковременных задержках в поступлении топлива.
Мазутное хозяйство включает приемно-разгрузочное устройство, емкости для слива и хранения мазута, систему мазутопроводов, паро- и конденсатопроводов и подогревателей мазута, насосную станцию, очистные сооружения. Мазутное хозяйство размещают на расстоянии от 200 до 1000 м от главного корпуса в целях пожарной безопасности. Хранение мазута производится в наземных стальных или железобетонных резервуарах.
Приемно-разгрузочное устройство на ТЭС состоит из разгрузочной эстакады, оборудованной системой межрельсовых лотков и разводящих каналов для самотечного слива мазута, приемных железобетонных подземных резервуаров и устройства для разогрева мазута. Для подачи мазута в котельную сооружается насосная станция, включающая мазутные насосы, фильтры, подогреватели, трубопроводы и арматуру.
В настоящее время горючий (природный) газ применяется в качестве основного топлива на электростанциях большой и средней мощности.
Газ поступает на электростанцию от газораспределительной станции (ГРС) или от магистрального газопровода высокого давления (0,6-1,2 МПа). Для снижения давления газа до рабочего, необходимого по условиям работы горелок котлов и поддержания его постоянным независимо от изменения входного давления и потребления, устанавливаются газорегуляторные пункты (ГРП).
Колебания давления газа на выходе из ГРП допускаются в пределах 10% от рабочего давления. При регулировании давления происходит снижение начального высокого давления на конечное низкое. Это достигается автоматическим изменением степени открытия дросселирующего органа регулятора газа, вследствие чего автоматически изменяется гидравлическое сопротивление проходящему потоку газа. В ГРП применяют регуляторы по поддержанию постоянного давления газа только «после себя».
В ГРП осуществляются контроль входного и выходного давления и температуры газа, предохранение от повышения или понижения давления газа за ГРП, учет расхода и очистка газа от механических примесей (пыли, ржавчины и различных включений, содержащихся в газе) газовыми фильтрами. Очистка газа фильтрами необходима для уменьшения износа запорной и регулирующей арматуры, предотвращения засорения импульсных трубок, дроссельных отверстий, защиты мембран от преждевременного старения и потери эластичности и т.д.
Производительность ГРП рассчитывается на максимальный расход газа всеми котлами электростанции. Для конденсационных станций мощностью до 1200 МВт и ТЭЦ паропроизводительностью до 4000 т/ч сооружается один ГРП, а для электростанций большей мощности - два или более.
Обычно ГРП размещаются в отдельном здании на территории электростанции. Помещение ГРП выполняется во взрывобезопасном исполнении и обеспечивается отоплением и вентиляцией. Все газопроводы к ГРП и до паровых котлов прокладываются над землей и не резервируются.
Основным документом, согласно которому должен действовать персонал котельной, является производственная инструкция. В ней оговариваются общие правила и конкретные действия персонала в той или иной ситуации. Выдается эта инструкция каждому оператору лично в руки, под роспись.
Эксплуатация котельного агрегата заключается в следующем: в растопке и остановке агрегата, в контроле за работой котельного агрегата и управлением им, выборе оптимальных режимов работы и наивыгоднейшего распределения нагрузок, соблюдении правил технической и безопасной эксплуатации, в организации ремонтов, профилактике аварий и т. д. Современный котельный агрегат требует самого тщательного контроля и безошибочного управления. Задачей контроля и управления является обеспечение в каждый момент требуемой паропроизводительности или теплопроизводительности и заданных параметров пара и воды при надежной и экономичной работе агрегата. Производительность является основным показателем работы котельной установки.
Подготовка котла к работе. Перед растопкой убеждаются в отсутствии в топке котла и газоходов людей и посторонних предметов, проверяют исправность котла и готовность его к пуску, для чего производят тщательный внутренний (если котел открыт) и наружный осмотр агрегата. Проверяют исправность всей арматуры и арматуры топки и газоходов котла, взрывных клапанов, плотность закрытия лазов и люков, готовность к пуску дымососов и вентиляторов с опробованием их работы. Необходимо также убедиться в отсутствии заглушек на трубопроводах, проверить исправность КИП и водоуказательных стекол, работоспособность автоматики регулирования и автоматики безопасности и прочее.
После этого открывают воздушные краны на котле и экономайзере или приподнимают предохранительный клапан для выпуска воздуха. Далее открывают питательный клапан заполняют котёл водой. Заполнение производят через экономайзер (если он имеется), при этом воздушный кран или предохранительный клапан на экономайзере должны быть открыты.
Одновременно производят заполнение водогрейных котлов и всей системы отопления. Котел заполняют водой надлежащего качества при температуре ее в пределах 50-90°С. Неравномерное прогревание или охлаждение котла может вызвать термические деформации. Заполняют котел медленно (1-2 ч) до наинизшей отметки водоуказательного стекла с учетом того, что уровень воды при нагреве ее повысится. Затем начинают растопку котла: зажигают слой топлива на решетке, растопочные мазутные форсунки или газовые горелки. Одновременно ведут наблюдение за плотностью котла и отсутствием утечек по уровню воды в водоуказательном стекле. Растопку котла вначале производят при слегка приоткрытом шибере за котлом без вентиляторного дутья, затем включают вентилятор и увеличивают тягу. Перед растопкой газоходы котла необходимо провентилировать естественной тягой или включением дымососа в течение 5-15 мин, более длительно - при газообразном топливе и мазуте.
Растопка котла должна проводиться в течение времени, установленного начальником котельной.
При установке экономайзера газы пропускают помимо него через обводной дымоход; при отсутствии последнего через экономайзер непрерывно прокачивают воду; температура воды на выходе из экономайзера не должна превышать 60 °С. Для предотвращения коррозии воздухоподогревателя вентиляторы включают при достижении температуры газов за воздухоподогревателем не менее 120°С или воздух пропускают помимо него. Растопка котла осуществляется по графику, согласно которому первую половину всего нагрева воды в котле производят до начала образования пара. Второй период времени делится на два этапа. На первом этапе давление в котле поднимают на четверть предельного рабочего давления, а на втором - до предельного. Быстрый нагрев котла при растопке вызывает неравномерное расширение поверхностей нагрева, что часто является основной причиной разрушения вальцовочных и других соединений, поэтому растопку производят в течение 2-4 часов.