Промышленная котельная установка
В качестве теплоносителя, доставляющего тепловую энергию к ее потребителям, обычно используется пар или горячая вода. В обоих случаях котельная установка представляет собой генератор, преобразующий в тепло химическую энергию топлива.
Элементы котельной установки
Основными элементами современной котельной установки являются: топка, котел, пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель, в целом - называемые котлоагрегатом, а также тягодутьевые, питательные устройства, оборудование топливоподачи и золоудаления.
Рабочими телами, участвующими в процессах тепловых трансформаций, служит топливо, воздух, вода.
Устройство и принцип работы котельной установки
Топливо, сгорая в топке, т. е. вступая в химическую реакцию с кислородом воздуха, образует горячие газы, которые далее при помощи тяговых устройств проводятся по газоходам котлоагрегата, охлаждаются и выбрасываются в окружающую среду.
В барабане парового котла пар получается насыщенный, и в случае надобности он перегревается путем пропуска по особым змеевикам, располагаемым в большинстве случаев за первым газоходом котла. Полученные в топке газы, пройдя котел и перегреватель, обычно имеют высокую температуру - около 300 - 450°, и их невыгодно выбрасывать в трубу. Для повышения экономичности котельной установки за котлом устанавливают дополнительные поверхности нагрева: экономайзер, подогревающий воду, идущую на питание котла, и воздухоподогреватель, снабжающий топку горячим воздухом.
В отопительной котельной установки воздухоподогреватели по причинам, о которых будет указано в дальнейшем, пока не получили сколько-нибудь значительного распространения.
В настоящее время наибольшим распространением пользуются так называемые водотрубные котлы, представляющие собой герметически закрытые сосуды, состоящие из большого количества кипятильных труб (рис. 9а и 9б), концы которых ввальцованы в барабаны или коллекторы. Котлы, кипятильные трубы которых только немного наклонены к горизонту (рис. 10 - котельная установка в монтаже), называются горизонтально-водотрубными в отличие от вертикально-водотрубных (рис. 11) - с трубами, расположенными более отвесно. Котел заполняется водой примерно до середины верхнего барабана, верхняя часть которого используется для сбора пара. Горячие газы, полученные в топке, омывают трубы котла, внутри которых находится вода; последняя доводится до кипения, и образующиеся на поверхностях нагрева пузыри пара выносятся в паровое пространство. Кипятильные трубы, ближе расположенные к топке, обогреваются более интенсивно и в них образуется пароводяная эмульсия с объемным весом меньше, чем имеет вода. Так как все кипятильные трубы соединены между собой, образуя сообщающиеся сосуды, то из-за разных объемных весов в котельных трубах в котле начинается циркуляция. По менее обогреваемым трубам, находящимся в последних газоходах котла, вода из верхнего барабана опускается вниз, а по интенсивно обогреваемым трубам поднимается пароводяная эмульсия. Пар из последней выделяется в верхнем барабане с водяного уровня (зеркало испарения), а вода возвращается в систему труб котла.
Рис. 9-а
Рис. 9-б
Чем лучше циркуляция в котле, чем удачнее его конструкция, тем легче отделяется пар и скорее выравнивается температура воды в различных пунктах котла при растопках, тем, наконец, быстрее смешивается питательная вода с общей водой котла, приобретая температуру, соответствующую давлению. В отличие от котла, в котором температура воды во всех пунктах одинакова, в экономайзере она везде разная; этот процесс постепенного нагревания характерен для водяного экономайзера и для водогрейных котлов.
Котельная установка может и не иметь всех перечисленных элементов; так, могут отсутствовать воздухоподогреватель, водяной экономайзер, пароперегреватель, а также иногда и котел, заменяемый в водогрейной котельной установке водяным экономайзером с непосредственно к нему приключенной топкой.
На рис. 9а и 9б приводится чертеж котельной установки, состоящей из вертикально-водотрубного котла с присоединенной к нему топкой, механически забрасывающей топливо в топку. Чтобы не затемнять чертежа, часть труб котла, как находящихся в пределах газоходов, так и в экранирующих топочную камеру, показана только в осевых линиях. На продольном разрезе показаны габариты пароперегревателя, а на следующей проекции можно видеть конфигурацию змеевиков пароперегревателя.
Концы змеевиков присоединены к входному и выходному коллекторам, расположенным по боковым сторонам котла вне его обмуровки.
Рис. 10 и Рис. 11
За котлом установлен водяной экономайзер из чугунных ребристых труб. Питательная вода последовательно проходит по всем трубам, двигаясь по рядам труб снизу вверх. По выходе из экономайзера подогретая вода направляется на питание котла в верхний барабан. На рис. 9а и 9б показано также устройство систем топливоподачи и золоудаления. В верхней части здания котельной располагаются бункеры, в которые топливо подается механическими приспособлениями, а из них оно поступает к топкам за счет силы тяжести. Если котел оборудуется колосниковыми решетками с ручным обслуживанием, то обычно топливо подвозится к топочному фронту на вагонетках, перемещаемых по узкоколейной железной дороге вручную. Надобность в бункерах в таком случае отпадает.
В первом этаже котельного здания показана вагонетка, на которой отвозятся шлак и зола за пределы котельной установки. Шлак и зола с полотна колосниковой решетки постепенно отводятся в шлаковый бункер в результате покачивания колосников. В некоторых конструкциях шлак направляется в бункер при периодической чистке топки, когда часть полотна колосниковой решетки поворачивается на угол в 90°, образуя таким образом проем, через который вручную и сбрасывается шлак. Очаговые остатки, поступившие в шлаковый бункер, сбрасываются в вагонетку, заливаются водой и вывозятся из котельной.
Обмуровка котла производится кирпичом, причем в местах с высокими температурами стены футеруются огнеупорным кирпичом. Обмуровка выкладывается на глине. В местах пониженных температур иногда применяют сложный раствор. Обмуровка снаружи укрепляется металлическим каркасом. Газоходы котла отделяются друг от друга шамотными перегородками.
В случаях необходимости по тем или иным причинам выключения экономайзера газы могут быть направлены в сборный боров, минуя экономайзер (см. рис. 9а). Количество питательной воды, подаваемой насосом через экономайзер в котел, регулируется вручную или автоматически, с тем чтобы уровень питательной воды находился в пределах водомерного стекла.
Котельная установка при изготовлении рассчитывается на определенное давление, наблюдение за которым производится по манометру. Последний является одним из основных приборов, по которому следят за работой котла. Если увеличивается расход пара, то давление в котле падает, кочегар начинает форсировать топку, увеличивая подачу воздуха и топлива.