Назначение и классификация котлоагрегатов

Как уже отмечалось, котельным агрегатам называется энергетическое устройство для получения пара заданного давления и температуры и в заданном количестве (р, МПа; /, °С; Д т/ч). Часто это устройство называют парогенератором, ибо в нем происходит генерация пара, или просто паровым котлом. Если конечным продуктом является горячая вода заданных параметров (давления и температуры), используемая в промышленных технологических процессах и для целей отопления промышленных, общественных и жилых зданий, то устройство называют водогрейным котлом. Таким образом, все котлоагрегаты можно подразделить на два основных класса: паровые и водогрейные.

По характеру движения воды, пароводяной смеси и пара паровые котлы подразделяются (см. рис. 7.2) на:

• 1) барабанные с естественной циркуляцией;
• 2) барабанные с многократной принудительной циркуляцией;
• 3) прямоточные.

В барабанных котлах с естественной циркуляцией (см. рис. 7.3) вследствие разности плотностей пароводяной смеси в левых трубах 2 и жидкости в правых трубах 4 будет происходить движение пароводяной смеси в левом ряду — вверх, а воды в правом ряду — вниз. Трубы правого ряда называются опускными, а левого — подъемными (экранными).

Рис. 7.2. Схемы генерации пара в паровых котлах: а — естественная циркуляция; б — многократная принудительная циркуляция; в - прямоточная схема; Б — барабан; ИСП — испарительные поверхности; ПЕ — пароперегреватель; ЭК — водяной экономайзер;

D — расход пара; й_ал — расход питательной воды; ПН — питательный насос; ЦП — циркуляционный насос; НК — нижний коллектор; Q — подвод тепла; ОП — опускные трубы; ПОД — подъемные трубы Отношение количества воды, проходящей через контур, к паропроизводительности контура D за тот же промежуток времени называется кратностью циркуляции К_ц. Для котлов с естественной циркуляцией К_ц колеблется в пределах от 10 до 60.

Разность весов двух столбов жидкостей (воды в опускных и пароводяной смеси в подъемных трубах) создает движущий напор циркуляции воды в трубах котла Др, Н/м² пяиный

где р_в и р_см — плотность (объемная масса) воды и пароводяной смеси, кг/м³; h - высота контура, м.

Рис. 7.3. Схема естественной циркуляции воды в котле: / - нижний коллектор; 2 - левая труба (экран); 3 - барабан котла; 4 - правая труба Движущий напор циркуляции расходуется на преодоление сопротивления движению по трубам воды и пароводяной смеси, а также на сообщение ускорения пароводяной смеси в связи с ростом объема жидкости, происходящим при парообразовании в подъемных трубах.

В котлах с принудительной циркуляцией движение воды и пароводяной смеси (рис. 7.2, б) осуществляется принудительно с помощью циркуляционного насоса ЦН, движущий напор которого рассчитан на преодоление сопротивления всей системы.

В прямоточных котлах (см. рис. 7.2, в) нет циркуляционного контура, нет многократной циркуляции воды, отсутствует барабан, вода прокачивается питательным насосом ПН через экономайзер ЭК, испарительные поверхности ИСП и пароперегреватель ПЕ, включенные последовательно. Следует отметить, что прямоточные котлы используют воду более высокого качества, вся вода, поступающая в испарительный тракт ИСП на выходе из него полностью превращается в пар, т. е. в этом случае кратность циркуляции К_ц = 1.

Паровой котельный агрегат (парогенератор) характеризуется паропроизводительностью, давлением и температурой производимого пара и температурой питательной воды. Эти параметры в России регламентируются (см. табл. 7.1).

Паропроизводительность парогенератора выражают в т/ч или кг/с. Поскольку парогенератор предназначен для превращения тепла, заключенного в топливе, в потенциальную энергию пара, он представляет собой разновидность преобразователя энергии, а потому его можно характеризовать также по мощности, выражаемой в кВт или в МВт. По паропроизводительности различают котлы малой паропроизводительности, до 20−25 т/ч, средней паропроизводительности, от 35−50 до 160−220 т/ч, и большой паропроизводительности, от 220−250 т/ч и выше.

Давление производимого в котле пара выражают в кН/м² и МН/м².

По давлению производимого пара различают котлы: низкого давления — до 1,37 МН/м², среднего давления — 2,35 и 3,92 МН/м², высокого давления — 9,81 и 13,7 МН/м² и закритического давления — 25,1 МН/м². Граница, отделяющая котлы низкого давления от котлов среднего давления, условна.

В котельных агрегатах производят либо насыщенный пар, либо пар, перегретый до различной температуры, величина которой зависит от его давления. В настоящее время в котлах высокого давления температура пара не превышает 540−570°С. Температура питательной воды в зависимости от давления пара в котле колеблется от 50 до 260 °C.

Водогрейные котлы характеризуют по их теплопроизводительности, температуре и давлению подогретой воды, а также по роду металла, из которого изготовлен котел.

Теплопроизводительность водогрейного котла выражают в киловаттах или мегаваттах (в системе МКГСС в Гкал/ч).

По роду металла различают чугунные и стальные водогрейные котлы. Первые предназначают для отопления отдельных зданий и выполняют на небольшие теплопроизводительности, не превышающие 1,2−1,6 МВт, для подогрева воды с давлением не выше 300−400 кН/м² до температуры 115 °C. Вторые выполняют на большие теплопроизводительности от 4,75 до 210 МВт и устанавливают в крупных квартальных и районных котельных для теплоснабжения больших жилых массивов. Кроме того, водогрейные котлы теплопроизводительностью 35 МВт и выше устанавливают также на ТЭЦ взамен пиковых подогревателей сетевой воды.

Таблица 7.1

Сводная таблица котельных агрегатов, выпускаемых отечественной промышленностью, с указанием области применения.