Газовоздушный тракт котла. Тягодутьевые установки

Газовоздушный тракт котла. Тягодутьевые установки

В газовоздушный тракт котла входит оборудование и соединительные элементы, по которым движется воздух и образующиеся продукты сгорания. Движение воздуха и продуктов сгорания сопровождается потерями давления, которые зависят от размеров поверхностей нагрева, их проходных сечений и скоростей воздуха и газов. Движение воздуха и газа происходит благодаря созданию в газовоздушном тракте перепада давлений на входе и выходе с помощью тягодутьевых машин: вентиляторов и дымососов. Вентиляторы создают напор. Их устанавливают в газовоздушный тракт котла, в начало. Дымососы располагают в конце тракта, где они создают разрежение.

Газовоздушный тракт котла наряду с тягодутьевыми машинами к оборудованию относяит всасывающие и нагнетательные воздухо- и газоходы, золо- и шлакоулавливающие и удаляющие устройства, дымовая труба. Газовоздушный тракт котла начинается от воздухозаборных окон и заканчивается выходным сечением дымовой трубы 23 (см. рис. 5). Необходимый для горения воздух с помощью дутьевого вентилятора 20 забирается из атмосферы или из котельного цеха. Далее воздух проходит воздухоподогреватель 19 и короб, из которого часть подается на сушку по коробу первичного воздуха 5 в мельницу 4, а остальная часть - в качестве вторичного воздуха по коробу 7 в горелку 8. Образующиеся при сгорании топлива в топке 9 продукты сгорания, охлаждаясь, проходят через перегреватели 15 и 16, экономайзер 18, воздухоподогреватель 19 и покидают котел. Значительную часть содержащейся в продуктах сгорания золы улавливают в расположенных за котлом золоуловителях 21. Очищенные от золы дымовые газы направляются в дымовую трубу 23 и выбрасываются в атмосферу. Уловленная зола и шлак направляются по каналам 24 в специальные котлованы-золошлакоотвалы.

В процессе эксплуатации расход и скорость воздуха и газов, а следовательно, сопротивление участков тракта (потери давления) могут меняться даже при постоянной нагрузке. Это может происходить ввиду изменения присосов воздуха и загрязнения поверхностей нагрева. Количество присосов Δапр холодного воздуха определяется степенью неплотности стен газоходов и величиной разрежения. С увеличением Δапр возрастают количество перемещаемых газов и их скорость. При значительных присосах установленные тягодутьевые установки могут не обеспечить подачу и перемещение требуемого количества воздуха и образующихся продуктов сгорания.

Загрязнение поверхностей нагрева приводит к уменьшению площади сечений для прохода газов между трубами, увеличению скорости газов и сопротивления поверхностей нагрева. Как уже отмечалось, в котлах сопротивление воздушного (от воздухозаборных окон до топки) и газовою (от топки до дымовой трубы) трактов может преодолеваться с помощью вентилятора 20 и дымососа 22 или одного вентилятора 20, т. е. котлы работают с уравновешенной тягой или под наддувом. В котлах с уравновешенной тягой создание в газовом тракте разрежения с помощью дымососа исключает пыление из газоходов и загазованность котельного цеха, но появляются присосы воздуха по тракту.

Применение наддува наряду с повышением экономичности и надежности работы котла позволяет исключить присосы воздуха. Это достигается следующим: исключением дымососов; работой тягодутьевые установки только на холодном воздухе меньшего объема; снижением металлоемкости и сопротивления газоходов в результате упрощения компоновки при отсутствии дымососов; исключением изнашивания лопаток и заноса их золой; замедлением коррозионных процессов рабочих колес и корпусов машин. Котлы под наддувом выполняют из газоплотных цельносварных мембранных и плавниковых панелей. Они имеют повышенные требования к герметичности (для исключения попадания пыли из газоходов в котельный цех).

Тягодутьевые установки - вентиляторы, дымососы, компрессоры, воздуходувки и т. д. В котельных установках наибольшее применение нашли машины лопаточного типа: дутьевые вентиляторы для подачи в котел воздуха; дымососы для вывода из котла отработавших продуктов сгорания; мельничные вентиляторы для транспорта сушильного агента и пылевоздушной смеси в системе пылеприготовления (до ввода ее через горелки в топку).

 

Тягодутьевые установки с машиной лопаточного типа имеют рабочее колесо 5 с установленными на них лопатками (рис. 88), воздухозаборное окно 1, всасывающий патрубок 2 с направляющим аппаратом 3. Улитка 4 и размещенное в ней рабочее колесо 5 связаны с атмосферой. При включении машины под действием вращающихся лопаток происходит вытеснение воздуха (в вентиляторах) в улитку, а затем в диффузор 6 и нагнетательную линию 7. Регулирование расхода производится направляющим аппаратом 3. На всем участке от места забора воздуха из атмосферы до Рабочего колеса (всасывающая сторона) устанавливается разрежение, за тягодутьевой машиной (нагнетательная сторона) создается давление. Основные элементы воздушного тракта (воздухоподогреватели, распределительные короба, воздуховоды, горелки и т. д.) расположены на нагнетательной стороне. Поэтому развиваемое дутьевыми вентиляторами давление значительно превосходит создаваемое им разрежение на всасывающей стороне. В случае применения на котлах дымососов основное оборудование газового тракта (поверхности нагрева, газоходы, золоулавливание и т. д.) устанавливают на всасывающей стороне. Создаваемое дымососами разрежение существенно превышает развиваемый ими напор.

В наиболее благоприятных условиях работают дутьевые установки - вентиляторы: малая степень загрязнения воздуха, низкие температуры и пониженные действительные расходы воздуха. Тягодутьевые установки (дымососы) работают на продуктах сгорания с температурой 110-160 °С, содержащих золу и агрессивные соединения. Поэтому рабочие колеса, направляющие лопатки, улитки и диффузоры дымососов подвержены износу, коррозии и заносу золой. Мельничные вентиляторы применяют в системах пылеприготовления с большим сопротивлением, например, в системах с пылевыми бункерами (см. рис. 20). Для уменьшения запыленности окружающего воздуха размольные устройства и пылевоздушный тракт до пылевых бункеров находятся под разрежением, а узлы пылепитания, пылепроводы и горелки - под давлением. Для исключения отложений пыли в системе пылеприготовления потоки движутся с высокими скоростями (25-30 м/с). В результате возрастают сопротивление и напор (до 0,01 МПа) и частота вращения (1500 об/мин) мельничного вентилятора.

Мельничные вентиляторы так же, как и дымососы, работают в неблагоприятных условиях; при повышенных температурах, на запыленной среде. Поэтому принимают соответствующие меры по защите их проточной части от изнашивания. В ряде случаев при высокой температуре сушильного агента приходится использовать водяное или воздушное охлаждение валов рабочих колес мельничных вентиляторов. По способу подвода рабочей среды различают машины радиального и осевого типа. В машинах радиального типа всасываемый поток поступает на лопатки вдоль оси рабочего колеса, а отводится в радиальном направлении (с поворотом на 90°). В осевых машинах общее направление движения потока сохраняется (вдоль оси вращения рабочего колеса).

В свою очередь в радиальных машинах лопатки могут быть радиально оканчивающимися, загнутыми вперед (рис.88,а,б) или назад (рис.88, в). Лопатки загнутые вперед применяют, как правило, на тихоходных машинах, а загнутые назад - на средне- и быстроходных. Вход рабочей среды в радиальные машины может быть односторонним - машины одностороннего всасывания, или двусторонним - машины двустороннего всасывания. Для выбора тягодутьевых машин обычно используют их аэродинамические характеристики, представляющие собой зависимости развиваемого напора Н (разрежения), мощности N, КПД) от производительности Q (рис. 89, а). Аэродинамические характеристики строят по результатам испытаний тягодутьевых машин или их моделей. Характеристики машин обычно приводят к давлению 101,3 Па и к стандартным температурным условиям (70 °С Для мельничных вентиляторов, 20 °С для дутьевых вентиляторов, 200 °С для дымососов).

Показатели работы установки наряду с аэродинамическими характеристиками тягодутьевой машины определяются сопротивлением ее тракта Δр (кривая l):

 Δр = kQy

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от конструктивного оформления тракта; у - показатель степени, обычно у=2.

Введение дополнительного сопротивления (например, прикрытие шибера в тракте) увеличивает сопротивление сети (кривая ll) и уменьшает производительность машины и расход среды в тракуе (до величины Qa). При изменении условий работы характеристики тягодутьевых машин также меняются. Уменьшение плотности и повышение температуры снижает производительность и располагаемый напор тягодутьевой машины. Аналогичные результаты получаются при увеличении запыленности потока. Характеристики тягодутьевых мдшин зависят также от качества их выполнения и монтажа. Большое влияние оказывает состояние поверхности и зазор б между выходной частью всасывающего патрубка и рабочим колесом (рйс. 90, а). При ухудшении качества поверхности лопаток и диска рабочего колеса возрастают гидравлические потери трения. Наличие значительных зазоров б ведет к перетеканию части потока и возникновению циркуляционных вихрей, которые приводят к дополнительной потере мощности, снижению КПД и производительности. Зазоры должны составлять 4-20 мм или соединение (особенно для лопаток загнутых назад) должно быть выполнено по схеме (рис. 90, б).

 

Регулирование расходов воздуха и продуктов сгорания при работе котла осуществляют дросселированием, с помощью направляющих аппаратов, изменением частоты вращения и ширины рабочего колеса, с помощью элеронов. Кроме того, в осевых машинах можно осуществлять поворот рабочих лопаток вращающегося рабочего колеса. Для изменения характеристик тягодутьевых машин изменяют ширину и длину лопаток. Дроссельное регулирование осуществляют изменением степени открытия шиберов, т. е. введением дополнительных сопротивлений тракта. Этот метод простой, но самый неэкономичный.

Наиболее распространенный способ регулирования расхода - направляющими аппаратами 3 (НА) с поворотными лопатками (см. рис. 88), установленными на входе в рабочее колесо 5. Изменение угла наклона лопаток влияет на угол и степень предварительной закрутки потока на входе в рабочее колесо, а следовательно, развиваемый напор и потребляемую мощность. Этот метод достаточно прост, надежен и экономичен. Способ регулирования изменением ширины рабочих лопаток в машинах радиального типа достигается установкой промежуточного подвижного диска 1 (рис. 91, а), занимающего положения l-ll.

При элеронном регулировании изменение характеристик машин достигается поворотом закрылок 3 (элеронов), установленных за лопатками рабочего колеса 2 (рис. 91, б), что изменяет угол выхода потока. Наиболее экономичным является способ, основанный на регулировании частоты вращения рабочего колеса. Однако плавное изменение частоты вращения в широком диапазоне серьезно осложняет конструкцию электродвигателей и приводного устройства. В связи с этим более широкое распространение получил комбинированный способ регулирования: ступенчатое изменение частоты вращения с помощью двухскоростных двигателей и промежуточное регулирование напора и производительности направляющими аппаратами.

Обычно на котлах устанавливают несколько однотипных тягодутьевых машин, которые работают последовательно или на параллельных газоходах. Наиболее распространена параллельная работа двух машин с одинаковыми характеристиками и сопротивлениями на параллельных ветках тракта. Режим работы установки в этом случае определяется суммарной аэродинамической характеристикой всех машин и приведенным сопротивлением тракта. Суммарную характеристику двух одинаковых машин получают удвоением расхода при заданных значениях Н (см. рис. 89, б). Параллельное включение машин позволяет обеспечить более высокие расходы среды Q'll и Q'l  при одновременном повышении экономичности. Наиболее целесообразна параллельная установка машин, определяемая различием расходов QI и Qll в трактах пониженных сопротивлений (кривая l). В трактах с высокими сопротивлениями (кривая ll) эффект (Q'll - Qll) от параллельной установки двух машин незначителен.

При построении суммарной характеристики последовательно установленных машин суммируются при одинаковом расходе Q напоры Н, развиваемые отдельными машинами. Надежность и экономичность тягодутьевых машин очень важна при работе мощных энергоустановок. Вследствие износа и появления отложений на лопатках и в улитках, несовершенства схемы тягодутьевой установки и некоторых других факторов происходит уменьшение производительности и экономичности тягодутьевых машин. Последнее обусловливает ограничение нагрузки котла и недовыработку электроэнергии турбиной. Так, снижение нагрузки блока 800 МВт на 10% приводит к недовыработке электроэнергии 57,6-10е кВт*ч в месяц. К еще большим убыткам ведут вынужденные остановы. Сопоставление расчетных затрат свидетельствует о целесообразности замены неудовлетворительно работающих дымососов и вентиляторов более совершенными с высоким КПД.

Выбор машин производится обычно на основании техникоэкономических расчетов по минимальным суммарным затратам

 C = (Скок) + Сэ

где Ск - суммарная стоимость капитальных затрат; Ток - срок окупаемости оборудования (8 лет); Сэ - стоимость эксплуатации, складывающаяся из стоимости израсходованной электроэнергии привода, стоимости ремонта и обслуживания и амортизационных отчислений.

Основную часть эксплуатационных затрат составляет стоимость электроэнергии, которая определяется условиями работы блока, сопротивлением его газовоздушного тракта. На сопротивление газовоздушного тракта, кроме вида сжигаемого топлива, сильное влияние оказывают избытки и присосы воздуха, отложения на поверхностях нагрева, равномерность полей скорости и правильность выбора скоростей в поверхностях нагрева, совершенство горелочных устройств и элементов газовоздушного тракта.

Для уменьшения дополнительных затрат электроэнергии на привод тягодутьевых машин следует исключать присосы, отложения золы в газоходах, поверхностях нагрева и в дымососах, принимать меры к совершенствованию элементов газовоздушного тракта и горелок. В случае необходимости следует реконструировать поверхности нагрева, добиваясь наименьшего их сопротивления.