Котельные установки и парогенераторы

Основное понятие о котельном агрегате
Основные элементы котельной установки – котел, топочное устройство (топка), питательные и тягодутьевые устройства.
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.
Вспомогательные элементы (в основном современные КА): водяной экономайзер и воздухоподогреватель, приборы теплового контроля и средства автоматизации.
При сжигании твердого топлива в котельных, имеются системы шлако- и золоудаления для удаления очаговых остатков топлива, а также золоуловители – отделяющие золу из дымовых газов.

Схемы основных типов котлов

Топочная камера (топка), ограничена фронтальной, задней, боковыми стенами, подом и сводом в которой во взвешенном состоянии сжигается органическое топливо и создается наиболее высокая температура продуктов сгорания. Тепловоспринимающие поверхности в виде труб (топочные экраны) расположены на ограждающих камеру стенах из огнеупорных материалов и получают теплоту из газового объема за счет радиации или горящего факела (радиационный теплообмен).
Основные элементы паровых и водогрейных котлов
Пароперегреватели
Получение перегретого пара из сухого насыщенного осуществляется в пароперегревателе.
Горизонтальный газоход
В объеме этого газохода располагаются поверхности пароперегревателя, в которых происходит радиационно - конвективный (на выходе из топки), и конвективный теплообмен между газовыми продуктами сгорания (газами) и рабочей средой внутри труб.
Конвективная шахта
Объем шахты заполнен плотными пакетами поверхностей промежуточного пароперегревателя и экономайзера; Вид теплообмена конвективный.

Водяной экономайзер (ВЭ).
В экономайзере питательная вода перед подачей в котел подогревается дымовыми газами за счет использования теплоты продуктов сгорания топлива. Экономайзеры подразделяют на два типа — некипящие и кипящие.
В некипящих экономайзерах подогрев воды ведут до температуры на
20 °С ниже температуры насыщенного пара в паровом котле.
В кипящих экономайзерах происходит не только подогрев воды, но и частичное (до 15 %) ее испарение.
Барабаны паровых котлов.
-разделение пароводяной смеси, поступающей из подъемных обогреваемых труб, на пар и воду и сбор пара;
-прием питательной воды из водяного экономайзера либо непосредственно из питательной магистрали;
-внутрикотловая обработка воды (термическое и химическое умягчение воды);
-непрерывная продувка;
-осушка пара от капелек котловой воды;
-промывка пара от растворенных в нем солей;
-защита от превышения давления пара.

Воздухоподогреватель
В котельных агрегатах воздухоподогреватель уменьшает потери теплоты с уходящими газами. При использовании подогретого воздуха повышается температура горения топлива, интенсифицируется процесс сжигания, повышается коэффициент полезного действия котельного агрегата. Продукты сгорания после воздухоподогревателя называются уходящими газами, их температура составляет 120…160°С. Дальнейшая утилизация теплоты продуктов сгорания в рамках котельной технологии становится экономически нецелесообразной.
Температура подогрева воздуха выбирается в зависимости от способа сжигания и вида топлива: природный газа и мазут - 200...250 °С, пылеугольное сжигания твердое топливо — 300...420°С.
По принципу действия воздухоподогреватели разделяют на рекуперативные и регенеративные.
Гарнитура котла.
Устройства, позволяющие безопасно обслуживать топочную камеру, газоходы котельного агрегата и газовоздушный тракт. К ней относят: топочные дверцы и лазы в обмуровке; смотровые; лючки для обдувки, взрывной предохранительный клапан; и т.д.

Прямоточный котел Рамзина
1 - экономайзер; 2 - перепускные необогреваемые трубы; 3 - нижняя экранная камера; 4 -экранные трубы; 5 - верхняя экранная камера; 6 - переходная зона; 7 - настенная часть пароперегревателя; 8 - конвективная часть пароперегревателя; 9 - воздухоподогреватель; 10 –горелки.

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
Цель составления теплового баланса котельного агрегата:
Определение значений всех приходных и расходных статей баланса;
расчет коэффициента полезного действия котельного агрегата;
анализ расходных статей баланса с целью установления причин ухудшения работы котельного агрегата.
На основе такого анализа разрабатываются мероприятия по повышению энергетической эффективности котельного агрегата.
В котельном агрегате при сжигании органического топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов горения. Выделившаяся теплота расходуется на выработку полезной теплоты пара или горячей воды и на компенсацию тепловых потерь.

Равенство прихода и расхода теплоты в котельном агрегате,
Для КУ тепловой баланс составляют на 1 кг твердого или жидкого топлива, или на 1 м3 газа, при нормальных условиях (273 К и 0,1013 МПа). С размерностью МДж/кг или МДж/м3.(ккал/кг, ккал/кг.)
Приходная часть теплового баланса:
располагаемая теплота

Потери тепла и КПД
А) при сжигании тв. топл. В) при сжигании газа и мазута.

Материальный баланс
Рис. Схема материальных балансов котла
B, L - количество топлива и окислителя, кг/с.

Материальный баланс нагреваемой среды
Материальный баланс для водопарового тракта котла
Dпв- расход питтательной воды; D- расход пара для потребителя кг/с; Dпр- расход продувки кг/с.

ТЕПЛОТА, ПОЛЕЗНО ЗАТРАЧЕННАЯ НА ПРОИЗВОДСТВО ПАРА.
Теплота, воспринятая водой в экономайзере, МДж/кг (или МДж/м3),
Тепловосприятие испарительных поверхностей МДж/кг (или МДж/м3),
Суммарное количество теплоты, пошедшее на выработку пара, МДж/м3

Потеря теплоты с уходящими газами Q2
Разница между энтальпией уходящих газов и теплотой, поступившей в котел с воздухом из окружающей среды представляет собой потерю теплоты с уходящими газами, МДж/кг (или МДж/м3),
Изменение q2 в зависимости от производительности

Потеря теплоты от химического недожога Q3.
Углерод сгорает в углекислый газ С02 выделяя по 8050 ккал тепла на каждый килограмм углерода.
При недостаточном количестве свободного кислорода (неполным сгоранием) образуется - окись углерода или угарный газ СО при этом выделяется только 2370 ккал. (потенциал теплоты 5680ккал).
В уходящих газах содержится небольшое количество водорода Н2, метана СН4, которые могли бы также выделить тепло, если бы они сгорели.
Тепло, которое могло бы выделиться в топочной камере, если бы эти газообразные горючие догорели, представляет собой потерю от химического недожога Qз.
При сгорании жидкого и газообразного топлива эта потеря обычно не превышает 1% .

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания Q4
Горючие частицы, С углерод, Н водород, S сера, уносимые газообразными продуктами сгорания, и вместе со шлаком, а при слоевом сжигании провал частиц топлива через отверстия колосниковой решетки составляют Q4.
При сжигании твердого топлива Q4 cоставляет: 10—12 %. Потеря теплоты от механической неполноты сгорания, МДж/кг, состоит из потерь с провалом, со шлаком и с уносом:
м = Q4
При слоевом сжигании основными составляющими потери со шлаком и провалом, при камерном сжигании — потеря с уносом.
где Gnp—выход провала, кг/с; Qnp — теплота сгорания провала, МДж/кг, с учетом содержания горючих в провале Гпр, %
где Gшл — выход шлака, кг/с; Qшл — теплота сгорания шлака, МДж/кг, с учетом содержания горючих в шлаке ГШл, %.

Потеря теплоты с уносом, связана с выносом из топки несгоревших (или частично сгоревших) частиц топлива.
где Gун — масса уноса, кг/с; Qун — теплота сгорания уно­са, МДж/кг, определяемая с учетом содержания горючих в уносе Gун, %.
Потеря тепла в окружающую среду Q5.
Потеря тепла теряется через обмуровку или изоляцию газовоздушного тракта и затрачивается на нагревание окружающего воздуха.
Q5=1,3% для котлов производительностью 20 т/час;
Q5 =0,7% для котлов 100 т/час; Q5 =0,4% для котлов порядка 400 т/час и Q5=0,2% для котлов высокого давления производительностью 1 000 т/час.
Потеря зависит от производительности котла и состояния обмуровки топки и изоляции газовоздухопроводов.

Потеря Q5 МДж/кг (или МДж/м3), учитывает передачу теплоты конвекцией и излучением:
где — суммарная наружная площадь поверхности котла, м2; - температуры наружных стен котла, холодного воздуха, окружающих предметов, °С (К); — коэффициент теплоотдачи конвекцией, МВт/(м2*К); С — коэффициент излучения, МВт/(м2К); В — расход топлива, кг/с (или м3/с).
Зависимость потери теплоты от наружного охлаждения от паропропзводительности

ПОТЕРЯ С ФИЗИЧЕСКОЙ ТЕПЛОТОЙ ШЛАКОВ.
ПОТЕРЯ ТЕПЛОТЫ С ОХЛАЖДАЮЩИМИ КОНСТРУКЦИЯМИ (ПАНЕЛЯМИ, БАЛКАМИ)
Потеря с физической теплотой удаляемого из топки шлака возникает при сжигании твердого топлива имеет высокую температуру. Потери составляют
Потери теплоты на охлаждение панелей и балок в слоевых топках
где Fохл— площадь лучевоспринимающей поверхности охлаждаемых деталей, обращенная в топку, м2; 0,116 — принимаемая плотность теплового потока на охлаждаемые поверхности, МВт/м2; ---------количество теплоты, полезно затраченной в котле, МВт.

КПД котла
Отношение количества теплоты, полезной к затраченной на выработку пара Q1 МВт, к теплоте топлива Q, МВт, является (КПД) котла по прямому балансу, %,
С учетом выработки перегретого и насыщенного пара, наличия продувки воды и вторичного перегрева пара КПД котла, %
Расход топлива, кг/с (или м3/с)

КПД котла
КПД котла по обратному балансу — через тепловые потери.
Принимая располагаемую теплоту за 100%,
100=qпол+ q2 +q3 +q4 +q5 - q6
qпол =100- q2 -q3 -q4 -q5 –q6
(КПД) может быть (брутто) и (нетто).
КПД котла брутто число, показывающее, какая часть тепла, вводимого с топливом в котел, используется в нем для получения пар.
КПД котла нетто (ηнemmo), в котором, учитывается и тепло, затрачиваемое на выработку расходуемой в котельной тепловой энергии.
КПД нетто котлов большой мощности примерно на 2-4% меньше брутто.

Зависимость КПД котла от нагрузки
Как это следует из рис значение КПД с изменением нагрузки меняется. При определенной нагрузке КПД имеет максимальное значение.
Работа котла при нагрузке 80% наиболее экономична.

Интенсификация радиационного теплообмена
- путем увеличения адиабатической температуры горения(за счет снижения избытка воздуха);
- подогрев воздуха;
- увеличение температуры газов;
- очистки экранных труб от загрязнений;
- повышение углового коэффициента х (двухсветный экран).
Интенсификация конвективного теплообмена
- путем повышения скорости теплоносителя (продуктов сгорания) за счет уменьшения диаметра труб или канала для прохода газов;
Увеличение скорости газов лимитируется условиями надежности (золовой износ труб).

КОРРОЗИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛОВ
коррозия - процесс разрушения металла в результате физико-химических процессов, возникающих при взаимодействии металла с омывающей его средой.
Различают: внешнюю и внутреннюю.
Внешняя коррозия поверхностей нагрева связана с составом дымовых газов и характером протекания процесса горения и температурным режимом.
Внутренняя коррозия на внутренней стороне соприкосающейся с паром или водой.
Внешняя коррозия
Высокотемпературная коррозия разрушение металла в зоне высоких температур более 700 С. (зона топочных экранов и пароперегревателей).
Наружная коррозия труб экранов
При сжигании топлив с малым выходом летучих и мазута с образованием вблизи труб концентрации Н2S. Коррозия развивается интенсивно на уровне горелок. (3-4 мм/год).
На образование Н2S влияет избыток воздуха. Недостаток кислорода приводит к образованию Н2S S2 + 2Н2 = 2Н2S

Способы снижения коррозии ТЭ:
- обеспечить избыток воздуха 1,1
- Расстояние от стен
- крайние горелки развернуть на 5-10 гр к цетру.

Высокотемпературная ванадиевая коррозия
(зона пароперегревателей и креплений С ТЕМПЕРАТУРОЙ 600С)
Тип коррозии характерный только при сжигании мазутов, зола которых содержит V2O4.
Образуются (с учетом других компонентов):
ванадаты 5V2O4Na2O2V2O4
пиросульфаты натрия Na2S2O7. В виде пленки на поверхности металла.

Методы снижения
Снижение изб. Воздуха.
Введение в зону горения щелочных присадок (раствор MgCl или порошок доломит).
Очистка мазута от примесей ванаидия и натрия
Снижение температуры перегр. пара. (545С)

Низкотемпературная коррозия
(в зоне воздухоподогревателей)
При содержании в потоке газов паров серной кислоты H2S04 возникает сернокислотная коррозия.
Условия начала сернокислой коррозии: если температура стенки окажется ниже температуры конденсации паров влаги. Температура начала конденсации влаги (точка росы). Температура точки росы чистых водяных паров при парциальном давлении Р=0,01МПа, t= 45-54 С. (при содержании паров серной кислоты температура точки росы повышается до 140-160)
Температура образования жидкой серной кислоты: Sn = 0,012% кг/МДж при 65°С,
Sn = 0,l-0,2 % кг/МДж при 125—140 °С.
кислородную коррозию в воздухоподогревателе : Конденсация чистых водяных паров при отсутствии содержания в газах сернистых соединений приводит к (разъеданию труб)

Скорость коррозии от температуры стенки
При tст>tр скорость коррозии уменьшается, а при дальнейшем повышении температуры — снова возрастает.
При работе на твердом сернистом топливе в зоне температур 70—110 °С скорость коррозии не превышает 0,2 мм/год.

где tcт и tв — температуры продуктов сгорания на выходе из воздухоподогревателя и воздуха на входе в него, °С; ав и аг — коэффициенты теплоотдачи со стороны воздуха и газа,Вт/(м2-К).
Температура ст. должна быть выше температуры точки росы ух. газов.
На 10-15С
Методы борьбы с низкотемпературной коррозией
- целесообразно снижать избыток воздуха в топочной камере до величины = 1,02—1,05, (это умень­шает температуру точки росы).
- температура точки росы уходящих газов, температура конденсации вод. паров 50-60 С, - содержание серы и зольность, - коэффициент зависящий от избытка воздуха.

повышение температуры поступающего воздуха:
- путем рециркуляции горячего воздуха в воздухоподогревателе или предварительного подогрева воздуха в паровых подогревателях.
Схемы повышения температуры воздуха, поступающего в ТВП а)регулирование шибером, б) рециркуляция с помощью вентилятора, в) калорифер.
Недостатки рециркуляции воздуха:
снижает температурный напор в воздухоподогревателе,
повышает температуру уходящих газов и расход электроэнергии на дутье. При применении отдельного вентилятора для рециркуляции воздуха загрузка вентилятора остается неиз­менной и расход электроэнергии на рециркуляцию воздуха несколько уменьшается.

Схемы для повышения температуры стенки выше температуры конденсации водяных паров (путем увеличения температуры питательной воды).
1- с насосом, без насоса , с теплообменником

Снижение низкотемпературной коррозии:
Полностью избежать коррозии не удается.
- в первом ходе воздухоподогревателя возможно применение эмалированных трубок или изготовление их из некорродирующих материалов.
- присадка доломита к мазуту, применяемая для предотвращения высокотемпературной коррозии, также снижает и низкотемпературную коррозию в экономайзерах и воздухоподогревателях.

Теплообмен в топке
Источники излучения:
- слоевом сжигании: пламя горения летучих веществ, трехатомные газы, СО2, SO2, Н2О.
- факельное сжигание мазута и тв.топл: пламя горячих летучих, 3-х атомные газы, частицы кокса и золы.
- сжигание газа: объем горящего факела, 3-х атомные газы
Интенсивность излучения разделяется
- светящаяся часть
- полусветящаяся
- несветящаяся часть факела.
Светящаяся и полусветящаяся часть факела – твердые частицы (сажи и золы).
Несветящаяся часть- 3-х атомные газы.
Доля теплового излучения (Золовые частицы): 40-60% теплоты, 3-х атомных газов 20-30%.

Тепловосприятие лучевоспринимающей поверхности идеальной системы Q Вт
Расчет топки производят по приближенным аналитическим зависимостям на основе экспериментальных данных.
Закон Стефана Больцмана (уравнение радиационного теплообмена в топке).
Тепловосприятие поверхности нагрева через тепловой баланс топки
Назначение расчета теплообмена в топке определение температуры на выходе из топки при заданных размерах топки

Площадь стен топочной камеры
Полезное тепловыделение в топке

Расчет теплообмена в конвективных поверхностях нагрева
- температурный напор
- схема движения теплоносителей
- коэффициент теплопередачи
1- прямоток, 2- противоток, 3- перекрестный ток. а)- ТВП
1- одноходовой, 2- двухходовой перекрестный, 3- многократный перекрестный . Б) экономайзер многократно перекр ток, 1- прямоток, 2- противоток, в) пароперегреватель, многократный перекрестный ток, г) параллельно смешанный ток.

Коэффициент теплопередачи: (толщина стенки , загрязнения, накипи).
Коэффициент загрязнения: м К/Вт
Коэффициент загрязнения, -поправки на диаметр труби состав топлива -поправка на вид топлива.
Теплоотдача от продуктов сгорания к стенке:
- Коэффициент использования поверхностей нагрева,
Коэффициент теплопередачи ширмы, (1+Q/Qл) - теплота воспринятая ширмой.
Коэффициент теплопередачи пп , коэффициент теплопередачи ТВП

Коэффициент теплоотдачи конвекцией
Скорость воздуха
Скорость пара
Скорость газов
Площадь живого сечения по газу при наружном поперечном обтекании труб
Площадь живого сечения по газу при продольном обтекании труб
Коэффициент теплоотдачи (поперечном омывании)
- поправка на число труб и фракционный состав, температуру, диаметр, длину трубок.
Коэффициент теплоотдачи ширм (продольном омывании)
Коэффициент теплоотдачи для РВП

где ρОП, ρСМ - соответствующая плотность воды в опускных трубах и средняя плотность пароводяной смеси в подъемных трубах, кг/м. куб.; g - ускорение свободного падения, м/с2; НП - высота паросодержащей части контура, м.
Паровой котел с естественной циркуляцией
Движущий напор естественной циркуляции
Sдв (Н/м2 = Па),

Схемы водопарового тракта котлов
Рис. Схемы водопарового тракта котла: а - барабанного с естественной циркуляцией; б - барабанного с принудительной циркуляцией; в - прямоточного; ПН - питательный насос; РПК - регулятор питания котла; ЭК - экономайзер; ТЭ - топочные экраны; ПЕ - пароперегреватель; пе - перегретый пар; ОП - опускные трубы; НПЦ - насос принудительной циркуляции; Б - барабан.

Структура пароводяной смеси в трубе:
а — пузырьковая; б — снарядная; в — стержневая; г — эмульсионная; д — рассло­енного потока в горизонтальной трубе
Пузырьковая структура, при которой мелкие пузырьки пара относительно равномерно распределены по сечению трубы, возникает при небольшом паросодержании и малой скорости пароводяной смеси в вертикальной трубе.
Снарядная структура, при которой образуются крупные паровые пузырьки, занимающие среднюю часть сечения трубы и отделенные друг от друга и стенки тонким слоем.
Стержневая — структура, при которой в среднем сечении трубы движется сплошной поток пара с взвешенными в нем каплями воды. По стенке при этом движется слой жидкости, толщина которого уменьшается с ростом паросодержания и скорости потока.
Эмульсионная — структура, при которой основная мас­са воды срывается со стенки и уносится в виде капель в по­токе пара. На стенке остается тонкая водяная пленка.

Потеря давления на трение для однофазного турбулентного потока , Па,
Потеря давления на трение при двухфазном потоке при переменном паросодержании в нем ∆ртр, Па,

Потеря давления за счет местных сопротивлений при однофазном потоке ∆рм, Па:
Потеря давления в местных сопротивлениях при двухфазном потоке, Па,
Перепад давлений в общем виде Па,

Гидродинамика котлов с естественной циркуляцией
Давление столба пароводяной смеси lусм
сумма давлений столба воды и столба пароводяной смеси, Па,
где — средний удельный вес пароводяной смеси (напорный удельный вес смеси), Н/м3.
Общая высота контура.

Движущий напор
Движущее давление преодолевает сопротивление в подъемных и опускных трубах.
полезное давление: Разность движущего давления и сопротивления подъемной части циркуляционного контура составляет, расходуемое на преодоление сопротивлений опускной части контура:

Гидравлическая характеристика циркуляционного контура
По истинному значению G определяются действительная скорость циркуляции Wo и кратность циркуляции контура k
Расчетная точка А

Надежность циркуляции.
При однофазном потоке:
- охлаждение обогреваемых труб,
При двухфазном потоке:
смачивание металла водой (для хорошей теплоотдачи от стенок труб необходимо непрерывное).

Застой и опрокидывание циркуляции
Режимы работы испарительных поверхностей при которых пароводяная смесь в обогреваемых подъемных трубах может остановиться или пойти вниз, а не вверх.
застой циркуляции
застой паровых пузырей в отдельных участках трубы отводы, гибы и пр.
Последствия: (В испарительной трубе, может образоваться насыщенный или перегретый пар.
Причина: недостаточный полезный напор.
опрокидыванием циркуляции.
Движение пароводяной смеси вниз в подъемной трубе.
Надежность циркуляции
- скорость воды на входе в оп трубы должна быть менее 0,4м/с,
- давление на входе в опускные трубы меньше давления в барабане

ВОДНЫЙ РЕЖИМ И КАЧЕСТВО ПАРА КОТЛОВ
Надежная и экономичная работа котла возможна при обеспечении отсутствия внутренних отложений на поверхностях нагрева, снижении до возможного минимума коррозии конструкционных материалов и получении в котле пара высокой чистоты.
Водный режим, включает в себя обработку питательной воды в сочетании с определенными конструктивными мероприятиями и соответствующую очистку питательной и добавочной воды от имеющихся в них газообразных и твердых примесей. (твердые примеси в растворенном и взвешенном состоянии).

ОБРАЗОВАНИЕ НАКИПЕЙ И ТРЕБОВАНИЯ К ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЕ
Образование накипи.
С питательной водой в котлы поступают минеральные примеси, соединения кальция и магния, оксиды железа, алюминия, меди и пр.
Примеси:
- труднорастворимые. Соединения Са и Mg: сульфат CaSO4, карбонаты СаСО3, MgCO3, силикаты СаSiO3, MgSiO3, гидроксиды Са(ОН)3, Mg(OH)2.
Соли и гидрооксиды Са и Mg, оксиды конструкционных материалов.
- легкорастворимые. Сульфат MgSO4, хлориды CaCI2, MgCl2, бикарбонаты Са(НСО3)2, Mg(HCO3)2. Все натриевые соединения обладают высокой растворимостью в воде.
Железооксидные отложения. продукты коррозии железа. В составе отложений оксидов железа более 90-95%.
При докритическом давлении в барабанных и прямоточных котлах по мере увеличения давления и улучшения системы подготовки воды доля железооксидных отложений также растет. Магнетит Fe3O4, (Fe2O3) шламовые осадки.
Основные группы отложений.

Щелочноземельные отложения. Соединения кальция и магния попадают в питательную воду с присосами в конденсаторе и с добавочной водой. В котловой воде присутствуют: CaSiO3, CaSO4, CaCO3, CaCI2 и др.
Отложения соединений меди. Оксиды меди в питательной воде появляются в результате коррозии латунных труб конденсатора, ПНД деталей насоса, содержащих медь.
По мере испарения воды, примеси солей жидкости Са(НСОз)2, Mg(HC03)2, СаС02, MgC02 и др после наступления состояния насыщения начинают выпадать из воды в виде кристаллов.
Центры кристаллизации: шероховатости на поверхностях нагрева (образуют плотные, и прочные отложения — накипь), а также взвешенные и коллоидные частицы, находящиеся в воде котла. Вещества, кристаллизирующиеся в объеме воды, образуют взвешенные в ней частицы—шлам.
Кальциевая и магниевая накипи, CaS04, CaSi03, 5СаО, 5Si02H20, CaC02, Mg(OH)2. Накипь имеет низкую теплопроводность 0,1—0,2 Вт/(м-К).

Накипь приводит к резкому ухудшению условий охлаждения металла поверхностей нагрева и вследствие этого к повышению его температуры.
- в области высоких температур (экраны, фестоны, первые ряды труб конвективного пучка), температура металла может превысить предельную по условиям прочности, после чего начинается образование отдулин с утоньшением стенки трубы.
Накипь в поверхностях нагрева, расположенных в зоне более низких температур, приводит к снижению КПД котла в результате уменьшения коэффициента теплопередачи и связанного с этим повышения температуры уходящих газов.

Содержание в воде соединений кремниевой кислоты H2Si03.
В пароперегревателе, H2Si03 разлагается с выделением Н20 и появляется Si02. Попадая в турбину вместе, Si02 образует на ее лопатках нерастворимые соединения, которые приводят к ухудшению экономичности и надежности работы турбины и необходимости ее останова для удаления отложений.
содержание в воде минеральных масел и тяжелых нефтепродуктов
Отложение малотеплопроводной пленки масла или нефтепродуктов ухудшает условия охлаждения поверхностей нагрева и оказывает такое же влияние, как и накипь.

1. солесодержание — суммарная концентрация в воде катионов и анионов, определяемая по общему ионному составу, мг/кг;
2. жесткость воды — общая суммарная концентрация ионов кальция и магния, мкг-экв/кг;
Показатели качества питательной воды котлов
3. щелочность воды - общая Щ0 — сумма эквивалентных концентраций в растворе анионов слабых кислот и ионов гидроксила NaOH (едкий натр), Na2CO3 (кальционированная сода) мг-экв/кг;
4. кремнесодержание — общая концентрация в воде кремнесодержащих соединений, выраженная в пересчете на Si02;
5. показатель концентрации водородных ионов (рН) характеризующий реакцию воды (кислая, щелочная, нейтральная) ;
[H+] > [OH−] раствор является кислый:
[OH−] > [H+] — щелочной.
6. Содержание растворенных газов в воде — 02, С02
7. Соединения железа, меди, нитритов и нитратов (мкг/кг), масла и
тяжелые нефтепродукты (мг/кг).

Показатели качества питательной воды

Схемы обработки добавочной воды
В котловую воду вводят специальные реагенты коррекционные вещества, анионы которых связывают и осаждают в виде шлама катионы кальция и магния питательной воды
Коррекционный метод обработки добавочной

Схема подготовки питательной воды для барабанных котлов низкого давления.
2,4-баки коагулянта, 6-осветлитель, 7-бак осветленной воды, 8-насос, 9-механические фильтры,
10,11,-Na катионитовые фильтры
Схема подготовки питательной воды для барабанных котлов высокого давления.
13,18- Н-катионитовые фильтры, 14,19-анионитовые фильтры, 15- декарбонизатор, 16- пром. Бак, 17-насос.

Схема подготовки подпиточной воды
Nа-катионирование. Растворенные в воде соли Са и Мg при фильтрации через катионитовый материал обмениваются на катионы Nа и образуют в умягченной воде натриевые соли, имеющие хорошую растворимость в воде.
Анионирование. Снижение щелочности воды достигается установкой анионитовых фильтров, загруженных анионитом (АН-2Ф)
Декарбонизаторы. Для снижения содержания СО2 применяют декарбонизаторы, заполненные кольцами Рашига.
Н-катионирование. Применяется для глубокого снижения сухого остатка и щелочности. Из воды удаляются все соли жесткости Са и Мg, но в воде появляется эквивалентное количество серной, соляной и других кислот, присутствие которых нежелательно, и они нейтрализуются щелочами, образующимися при натрий-катионировании.

Водно-химические режимы и нормы качества пара

Водно-химические режимы и нормы качества пара

Удаление примесей с непрерывной продувкой воды из водяного тракта барабанного котла
Для того чтобы ограничить рост отложений, в барабанных котлах организуется непрерывная продувка- удаление из водяного тракта барабанного котла небольшого количества котловой воды Dпр с большей концентрацией примесей Спр.

Схема работы выносного сепарационного устройства

Ступенчатое испарение
метод Э.И. Ромма.

Аэродинамика газовоздушного тракта
а — система с естественной тягой, создаваемой дымовой трубой; б — система с подачей воздуха и удалением продуктов cгорания дымососом и трубой; в — система с подачей воздуха вентилятором и удалением продуктов сгорания дымососом и трубой; г — система с подачей воздуха раздельно в пылепртготовительную установку и топку двумя вентиляторами и с удалением продуктов сгорания дымососом и трубой;
г — система с подачей воздуха вентилятором и с удалением продуктов сгорания за счет давления в газовом тракте; 1 —котел; 2 — золоуловитель; 3 — дымовая труба; 4 — воздухоподогреватель; 5 — пылепрпгот.

Потери на трение для изотермического потока:
Потери на трение при теплообмене:
Местные потери;
Сопротивление пучков труб:
Перепад полных давлений по газовому тракту (искуственная тяга):
-разрежение на выходе из топки, - сопротивления газохода, -самотяга.
Перепад полных давлений по воздушному тракту (искуственная тяга):
- разрежение в топке на уровне входа воздуха в топку

САМОТЯГА И ПАДЕНИЕ ПОЛНОГО ДАВЛЕНИЯ

Самотяга (подъем газа с начального уровня на некоторую высоту сопровождается опусканием такого же объема воздуха с этой высоты).
Если температура газа выше температуры воздуха то работа затрачиваемая на подъем газа избыточна и может быть затрачена на преодоление сопротивлений газового потока.
Самотяга газового тракта:

АЭРОДИНАМИКА ДЫМОВОЙ ТРУБЫ
Разность плотностей столба наружного и холодного воздуха и потока газов приводит к разрежению в дымовой трубе. Самотяга трубы будет тем больше, чем выше температура газов в трубе и ниже температура воздуха. Полезная тяга, развиваемая дымовой трубой, Па,
Потери на трение
Потери при истечении газов из трубы

Скорость газов на выходе из трубы, при естественной тяге принимают не менее 6—10 м/с во избежание задувания газов в трубу и 15—25 м/с при искусственной тяге. Высота дымовой трубы, м, обеспечивающая необходимое разрежение в топке при естественной тяге:
Рп- перепад полных давлений, - разряжение на входе в дым. тр. – потери на трение, рв - барометрическое давление при 20 гр. рбар - давление при данной температуре, р°г — плотность газов при 0°С.
ВЫБОР ВЕНТИЛЯТОРА И ДЫМОСОСА
Необходимая подача вентилятора, м3/ч, и давление
-коэффициент по подаче
подача дымососа, м3/ч,

Мощность на валу вентилятора или дымососа, кВт
Установленная мощность электродвигателя, кВт,
изменение мощности электродвигателя, кВт,
Изменение производительности, м3/с,
Изменение давления, Па,

РАСЧЕТ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ НА РАССЕИВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
После расчетов дутья и тяги, выбора трубы необходимо проверить ее
высоту на рассеивание в атмосфере летучей золы, сернистого и других газов.
Высота трубы должна обеспечить такое рассеиваете, при котором концентрация вредных веществ у поверхности земли будет меньше предельно допускаемых санитарными нормами.
Максимальное значение вредных загрязнений атмосферы наблюдается на расстоянии, примерно равном 20 высотам трубы.
В соответствии с методикой и указаниям СН 369-67 и утвержденным уточнениям.

МЕТАЛЛ И ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ КОТЛА
УСЛОВИЯ РАБОТЫ МЕТАЛЛА
Основными конструкционными материалами элементов котла являются углеродистая и легированная стали.
Условия работы металла котла
- Экономайзерная и испарительная система котла работает под высоким давлением — до 25 МПа при относительно умеренных температурах рабочего тела — до 380°С.
- Пароперегревателе работает с высоким давлением и наиболее высокой температуре рабочего тела — до 565°С.
- В воздухоподогревателе давление воздуха (до 3 кПа) и внутренние механические усилия незначительны, но металл подвергается воздействию относительно высокие температур (до 450°С) при ухудшенных условиях его охлаждения воздухом.
Максимальные тепловые нагрузки поверхностей нагрева имеют в испарительных поверхностях нагрева, расположенных в топке, минимальные — в воздухоподогревателе.
Элементы каркаса котла несут значительные статические нагрузки, но работают при температуре окружающей воздушной среды.