Тепловая схема котельной со стальными водогрейными котлами
Тепловая схема котельной со стальными паровыми котлами
Тепловые схемы котельных установок
На рис. 53 дана принципиальная тепловая схема отопительно-производственной котельной с водотрубными котлами, работающей на закрытую систему теплоснабжения. Тепловая схема типична для котельных с котлами ДКВР, КЕ, ДЕ и другими котлами среднего давления, имеющими докотловую обработку воды.
Рис. 53. Тепловая схема котельной со стальными паровыми котлами:
1 – котел; 2 – главный паропровод; 3 – редукционная установка; 4 – пароводяной подогреватель; 5 – охладитель конденсата; 6 – перемычка; 7 – сетевой насос; 8 - конденсатный бак; 9 – конденсатный насос; 10 – подпиточный насос; 11 – деаэратор; 12 – паровой питательный насос; 13 – питательный насос с электроприводом; 14 – охладитель выпара; 15 – охладитель продувочной воды; 16 – ХВО; 17 – подогреватель сырой воды; 18 – продувочный колодец; 19 – насос сырой воды; 20 – сепаратор непрерывной продувки; 21 – экономайзер; 22, 23, 24 - редукционный клапан; 25 – паропровод собственнных нужд.
Пар с котлов 1 поступает в главный паропровод 2, откуда он направляется на производство, для нагревания воды в сетевой установке (СУ).
СУ состоит из пароводяного подогревателя, охладителя конденсата 5 и сетевого насоса 7 и редукционной установки 3. Вода из тепловой сети с расчетной температурой 70 0 С вначале подогревается конденсатом в охладителе конденсата͵ а затем, окончательно, паром в пароводяном подогревателеи и с расчетной температурой 130-150 0 С поступает в тепловую сеть. Движение воды в тепловой сети и через теплообменники СУ производит сетевой насос 7.
СУ получает пар от редукционной установки, которая снижает давление пара до 0,6-0,7 МПа и поддерживает его постоянным при изменении расхода пара. Во избежание поступления пара в тепловую сеть при разгерметизации трубок подогревателей давление пара должно быть ниже давления сетевой воды на 0,1-0,2 МПа.
Отдав свою теплоту сетевой воде, пар в установке превращается в конденсат, который имеет давление 0,6-0,7 МПа и температуру 160-165 0 С. Для предотвращения вскипания конденсата в деаэраторе 11 конденсат охлаждается в 5 до температуры 80-90 0 С. Для обеспечения надежной работы СУ количество пароводяных подогревателей, охладителей конденсата и сетевых насосов принимается не менее двух по каждому виду оборудования.
Конденсат с производства возвращается в конденсатный бак 8, откуда конденсатным насосом 9 подается в деаэратор.
Потери воды в котельной и тепловой сети восполняются исходной водой с помощью насоса19.
До поступления в котлы сырая вода умягчается в фильтрах химводоочистки 16 (ХВО) и освобождается от коррозионно-агрессивных газов в питательном деаэраторе 11.
Для предотвращения запотевания трубопроводов и оборудования исходная вода перед ХВО подогревается паром до 15-20 0 С в теплообменнике 17.
В деаэраторе 11 газы выделяются из кипящей воды при температуре 102-104 0 С и давлении 0,12 МПа. Стоит сказать, что для нагревания воды используется пар из вспомогательного паропровода 25 с давлением не более 0,2 МПа.
Питание паровых котлов водой производится от групповой питательной установки, включающей центробежные насосы 13 с электроприводом и паровые поршневые насосы 12. Насосы забирают воду из деаэратора и через индивидуальные питательные водяные экономайзеры 21 подают ее в котлы.
При прекращении электроснабжения котельной вода в котлы подается паровым насосом, что крайне важно для предотвращения выхода котлов из строя из-за перегрева их поверхностей нагрева (для охлаждения котлов).
Работа паровых котлов сопровождается непрерывной продувкой их верхних барабанов. Для уменьшения потерь теплоты с продувочной водой используются сепаратор продувки 20 и охладитель продувочной воды 15. Давление в сепараторе поддерживается на уровне 0,17-0,2 МПа, что значительно ниже давления в котле. По этой причине котловая вода вскипает в сепараторе и образуется пар давлением 0,17-0,2 МПа и с температурой 115-120 0 С. Пар отводится в деаэратор, а вода охлаждается до 60-40 0 С в теплообменнике 7 и сбрасывается в продувочный колодец 18. Сюда же поступает и вода периодической продувки. Из продувочного колодца вода сливается в систему канализации объекта. Температура сливаемой воды ограничивается местными условиями и, как правило, не должна превышать 60 0 С.
Стальные водогрейные котлы работают на воде, прошедшей ХВО и деаэрацию. Из-за отсутствия в котельной пара применяется вакуумная деаэрация.
Для защиты котлов от низкотемпературной газовой коррозии применяется система рециркуляции сетевой воды вокруг котлов, обеспечивающая подогревание воды до 70 – 100 0 С на входе в котлы путем подмешивания в обратную сетевую воду горячей воды с котлов.
Рис. 54. Тепловая схема котельной со стальными водогрейными котлами:
1 –котел; 2 – рециркуляционный насос;3 – перемычка; 4 – подающий трубопровод; 5 – обратный трубопровод; 7 – насос сырой воды; 8 – подогреватель; 9 – ХВО; 10 – подогреватель; 11 – деаэратор; 12 – перекачивающий насос; 13 – бак-аккумулятор; 14 – подпиточный насос.
Котлы параллельно подключаются к подающей 4 и обратной 5 магистралям тепловой сети (рис. 54). Охлажденная вода с температурой 70 0 С из обратной магистрали забирается сетевыми насосами 6 и прокачивается через котлы. Нагретая в котлах вода с температурой 150 0 С по подающему трубопроводу поступает к потребителям. При понижении температуры обратной сетевой воды до значений, при которых возникает низкотемпературная газовая коррозия в хвостовых поверхностях нагрева котлов, часть горячей воды с помощью рециркуляционного насоса 9 подается на вход в котлы.
Для регулирования температуры прямой сетевой воды используется перепускная линия 3, по которой охлажденная обратная сетевая вода подмешивается в горячую воду.
В крупных котлах, к примеру, типа ПТВМ каждый котел получает воду от своего сетевого насоса и имеет индивидуальные системы рециркуляции и подмешивания. В таких случаях дополнительно устанавливается один общий для всех котлов резервный сетевой насос.
Потери и утечки воды из тепловой сети компенсируются умягченной и деаэрированной водой, которая подается подпиточным насосом 14 во всасывающий коллектор сетевых насосов.
Для приготовления подпиточной воды используется сырая вода, которая подается в котельную насосом 7. Перед водоумягчительными фильтрами 9 и перед деаэратором 11 вода первоначально подогревается горячей водой с котлов в теплообменниках 8 и 10. Химочищенная вода вводится в деаэратор перегретой по отношению к температуре насыщения в деаэраторе на 6 – 9 0 С, что крайне важно для интенсивного кипения ее при температуре 70 0 С при давлении 0,03МПа. Разрежение в деаэраторе создают водоструйные эжекторы.
При работе котельной на открытую систему теплоснабжения в тепловую схему включаются баки – аккумуляторы горячей воды и насосы, перекачивающие деаэрированную воду в эти баки..
Очень часто в котельных сжигающих мазут для разогрева мазута и деаэрации воды используется пар, вырабатываемый в паровых котлах, устанавливаемых в котельных. Использование пара позволяет повысить надежность работы деаэраторов и увеличить интенсивность подогрева мазута по сравнению с используемой для этих целей горячей водой
17. Топливное хозяйство котельных
17.1. Топливное хозяйство котельных, работающих на твердом топливе
Хранение и подача угля в котельную. Уголь доставляется на расходный склад железнодорожным или автомобильным транспортом. На складе уголь хранится в штабелях, высота которых зависит от марки угля. Для каменных углей высота штабелей ограничивается 6 –7 метрами. Угли, склонные к самовозгоранию, хранятся в штабелях высотой не более 4 м. Между штабелями оставляются проезды для транспорта. Для борьбы с пожарами склады оборудуются средствами пожаротушения.
Подача угля в котельную и к котлам зависит от способа сжигания угля и производится вручную (тележки, тачки, вагонетки) или с помощью различных механизмов (автопогрузчики, бульдозеры, ленточные транспортеры, подъемники и др.).
Котлы, имеющие полумеханические и механические топки, оборудуются индивидуальными бункерами, из которых уголь подается к забрасывателям угля в топку. Доставка угля в бункеры производится в большинстве случаев ковшовым подъемником (рис.55).
Рис. 55. Схема топливоподачи с ковшовым подъемником:
1 – дробилка; 2 – ковш; 3 – вертикальные направляющие; 4 – горизонтальные направляющие; 5 – опрокидыватели ковша; 10 – лебедка.
Ковш 2 установлен на вагонетке, которая перемещается по рельсам с помощью тягового каната и электролебедки 10. Ковш загружается дробленым углем, поступающим с дробилки 1, поднимается на уровень бункеров котлов и по горизонтальным направляющим 4 перемещается до соответствующего бункера котла. Разгрузка ковша в бункер производится посредством его опрокидывания. Емкость ковша составляет 0,5 – 1,5 м 3 , а емкость бункера котла рассчитана на запас угля на 10 – 18 ч работы.
Находят применение также и системы топливоподачи с ленточными транспортерами.
Мазутное хозяйство состоит из склада и системы подачи мазута к форсункам. Мазут поступает на склад в автомобильных или железнодорожных цистернах и сливается в приемную емкость 3 (рис.57). Для разогрева мазута в железнодорожных цистернах используется пар, непосредственно вводимый в объём мазута через разогревающее устройство. Температура подогрева мазута зависит от его марки и составляет 30- 40 0 С. Из приемной емкости мазут перекачивается в резервуары 5 топливохранилища, оборудованные паровым подогревом.
Рис.57. Принципиальная циркуляционная схема мазутного хозяйства:
1 – железнодорожная цистерна; 2 – сливной лоток; 3 – приемная емкость; 4 – перекачивающие насосы; 5 – резервуары топливохранилища; 6 – вентиляционные трубы резервуаров; 7 – фильтр грубой очистки; 10 – топливные насосы; 11- перепускная линия; 12- подогреватель; 13 – фильтр тонкой очистки; 14 – напорная магистраль; 15 – обратная магистраль; 16 – перепускные клапаны; 17 – форсунки котлов; 18 - котлы
К форсункам 17 мазут подается по циркуляционной схеме, когда к котлам мазута подается больше, чем сжигается, и излишки мазута обратно возвращаются в резервуары. Постоянное движение мазута по всем мазутопроводам исключает застывание мазута во временно неработающих участках мазутопроводов и обеспечивает быстрое включение в работу резервных котлов. Вместе с тем, струя горячего мазута͵ возвращающегося в резервуар, интенсивно разогревает мазут и размывает донные отложения в резервуаре.
На пути к форсункам мазут подогревается в подогревателе 12 до температуры, крайне важно й для качественного распыливания. Учитывая зависимость отмарки мазута эта температура достигает 80 – 120 0 С. Чтобы избежать засорения форсунок, мазут очищается от механических примесей в фильтрах грубой 7 и тонкой 13 очистки. Фильтры имеют одинаковую конструкцию и отличаются друг от друга размером ячейки фильтрующей сетки.
Для перекачки мазута и его подачи к форсункам используются шестеренчатые, ротационно-зубчатые и скальчатые насосы. Насосы совместно с подогревателями мазута и фильтрами устанавливаются в отдельном здании, называемом мазутонасосной.
Тепловые электростанции снабжаются газом от газораспределительных станций (ГРС) через газораспределительные пункты (ГРП) (рис. 5.1.) Последние вместе с системой газопроводов составляют газовое хозяйство ТЭС. На газомазутных конденсационных электростанциях мощностью до 1200 МВт и газомазутных ТЭЦ с расходом пара до 4000 т/ч может быть один ГРП, а на остальных электростанциях их количество должно быть не менее двух. Производительность ГРП на электростанциях, где газовое топливо является основным, рассчитывается на максимальный расход газа всеми рабочими котлами, а на электростанциях, сжигающих газ сезонно,-- по расходу газа для летнего режима ГРП размещают в отдельных зданиях или под навесами на территории электростанции. К каждому ГРП газ подводится по одному газопроводу (без резервного) от расположенной вне территории электростанции ГРС Давление газа перед ГРП 0,6--1,1 МПа, а после ГРП требуемое его значение определяется потерями давления до самого удаленного от ГРП котла и необходимым давлением газа перед горелками и составляет обычно 0,13-- 0,2 МПа.
Рис. 5.1.
I-- запорная задвижка, 2 -- расходомер, 3--фильтр, 4 -- регулятор давления, 5--предохранительный клапан, 6 -- байпасная линия, 7 -- регулятор расхода газа; 8-- импульсный отсечный быстродействующий клапан, 9 -- пробковый кран.
В ГРП имеются рабочие нитки газопровода, нитки малого расхода, включаемые при малом потреблении газа, и резервная нитка с ручным управлением арматурой. На рабочих нитках и нитках малого расхода устанавливают автоматические регуляторы давления и защитные регуляторы, действующие по принципу «после себя». Защитные регуляторы настраивают на повышенное давление по сравнению с рабочим и при работе в расчетном диапазоне полностью открыты
В пределах ГРП и до котлов прокладка газопроводов наземная. Подвод газа от каждого ГРП к магистрали котельного отделения и от нее к котлам не резервируется и может выполняться однониточным. Газовый распределительный коллектор котлов прокладывается вне здания котельного отделения.
При заполнении газом газопроводы должны продуваться им через сбросные свечи до вытеснения всего воздуха, а при освобождении от газа продуваться воздухом до вытеснения всего газа. Эти требования обусловлены тем, что при объемной концентрации природного газа в воздухе 0,05--0,15 (5--15%) образуется взрывоопасная смесь Из сбросных свечей газ выпускается в места, откуда он не может попасть в здания и где исключена возможность его воспламенения от какого-либо источника огня. На газопроводах устанавливается только стальная арматура.
Мазутное хозяйство
Мазут доставляется на ТЭС главным образом по железной дороге (в отдельных случаях -- водным путем и по трубопроводам).
Основные элементы мазутного хозяйства -- приемно-сливное устройство, мазутохранилище, мазутная насосная, установки для ввода жидких присадок, трубопроводы и арматура. На рис 5.2. показана принципиальная схема мазутного хозяйства тепловой электростанции.
Для разогрева и слива мазута из цистерн могут применяться как сливные эстакады с разогревом мазута «открытым» паром или горячим мазутом, так и закрытые сливные устройства -- тепляки Тип сливного устройства выбирается на основании технико-экономического расчета.
Разогретый мазут сливается из цистерн в межрельсовые лотки, выполненные с уклоном не менее 1%, и по ним направляется в приемную емкость, перед которой должны устанавливаться грубый фильтр-сетка и гидрозатвор. На дне лотков укладывают паровые трубы.
Приемно-сливное устройство рассчитывают на прием цистерн грузоподъемностью 50, 60 и 120 т. Длину фронта разгрузки основного мазутохозяйства проектируют, считая, что должен быть слит расчетный суточный расход мазута (20-часовой расход всеми энергетическими котлами станции при их номинальной производительности и 24-часовой расход всеми водогрейными котлами при покрытии тепловых нагрузок для средней температуры самого холодного месяца). Время разогрева и слива одной ставки не должно быть более 9 ч. Полагают также, что мазут доставляется цистернами расчетной грузоподъемностью 60 т, при весовой норме железнодорожного маршрута, с коэффициентом неравномерности подачи 1,2. Принятая длина фронта разгрузки должна быть не менее 1/3 длины маршрута. Для растопочного мазутного хозяйства электростанций с общей производительностью котлов до 8000 т/ч длина разгрузки принимается 100 м, а при большей производительности котлов -- 200 м.
Вместимость приемной емкости основного мазутохозяйства должна составлять не менее 20% вместимости устанавливаемых под разгрузку цистерн. Из приемной емкости мазут перекачивается насосами погружного типа в мазутохранилище. Сливаемый из установленных под разгрузку цистерн мазут должен быть перекачан не более чем за 5 ч. В основном мазутном хозяйстве перекачивающие насосы устанавливаются с резервом. В растопочном мазутохозяйстве приемная емкость должна быть не менее 120 м 3 , откачивающие насосы не резервируются.
От нефтеперерабатывающего завода мазут на мазутохозяйство ТЭС подается по одному трубопроводу. В отдельных случаях при обосновании допускается подача по двум трубопроводам с пропускной способностью каждого из них, равной 50% максимального часового расхода топлива при номинальной производительности котлов.
В зависимости от типа мазутного хозяйства вместимость мазутохранилища (без учета госрезерва) принимается следующей:
Рис. 5.2.
1 -- цистерна; 2 -- лоток приемно-сливного устройства; 3 -- фильтр-сетка; 4 --приемный резервуар: 5--перекачивающий насос погружного типа; 6--основной резервуар; 7--насос первого подъема; 8 -- основной подогреватель мазута; 9-- фильтр тонкой очистки мазута; 10 -- насос второго подъема; 11 -- регулирующий клапан подачи мазута к горелкам; 12-- насос рециркуляции; 13 -- фильтр очистки резервуара; 14 -- подогреватель мазута на рециркуляцию основного резервуара; 15--подогреватель мазута на рециркуляцию приемного резервуара и лотка.
Расход натурального топлива при номинальной нагрузке:
М 3 где - расход топлива за 10 суток для энергетических котлов при их 20-часовой работе; т/м 3 - плотность мазута.
Выбираем 2 резервуара вместимостью 25000 м 3 каждый.
На электростанциях сооружают как металлические наземные резервуары, так и железобетонные, обвалованные землей. В районах со среднегодовой температурой +9°С и ниже металлические резервуары мазутного хозяйства теплоизолируют.
Мазут в резервуарах мазутного хозяйства разогревают циркуляционным способом по отдельному специально выделенному контуру. Возможно применение местных паровых разогревающих устройств. В контуре циркуляционного разогрева мазута предусматривается по одному резервному насосу и подогревателю. Подача насоса циркуляционного разогрева должна обеспечивать подготовку мазута в резервуарах для бесперебойного снабжения котельной.
Температура мазута в приемных емкостях и резервуарах мазутохранилища выше 90 °С не допускается. Это ограничение связано с тем, что при более высокой температуре вода в мазуте вскипает (при 100°С) с образованием водомазутной пены, происходит интенсивное отстаивание воды, увеличиваются потери от испарения легких фракций. Для мазута марки 40 оптимальная рабочая температура хранения 50--60°С, для мазута марки 100--температура 60--70°С.
В основном и растопочном мазутохозяйствах схема подачи мазута в котельное отделение может быть одно- или двухступенчатой в зависимости от требуемого давления перед форсунками. Количество мазутных насосов в каждой ступени основного мазутного хозяйства должно быть не менее четырех (в том числе по одному резервному и одному ремонтному). Оборудование основного мазутного хозяйства должно обеспечивать. непрерывную подачу мазута в котельное отделение при работе всех рабочих котлов с номинальной производительностью.
В насосной основного мазутохозяйства предусматривается по одному резервному подогревателю и фильтру тонкой очистки. Схема мазутонасосной должна допускать возможность работы любого подогревателя и фильтра с любым насосом I и II ступеней.
Мазут из основного мазутохозяйства подается к котлам по двум магистралям, рассчитанным каждая на 75% номинальной производительности с учетом рециркуляции. Из растопочного мазутохозяйства мазут поступает в котельное отделение по одному трубопроводу, пропускная способность которого выбирается с учетом общего количества и мощности агрегатов (энергоблоков) на электростанции и режима ее работы в энергосистеме. При этом загрузка одновременно растапливаемых котлов не должна превышать 30% их номинальной производительности, а число таких котлов на ТЭЦ не должно превышать двух наиболее крупных котлов.
В магистральных мазутопроводах котельной и в отводах к каждому котлу должна быть обеспечена циркуляция мазута. Для этого предусматривается трубопровод рециркуляции мазута из котельной в мазутохозяйство. Подача основных мазутных насосов при выделенном контуре разогрева выбирается с учетом дополнительного расхода мазута на рециркуляцию в обратной магистрали при минимально допустимых скоростях.
Прокладка мазутопроводов, как правило, наземная. Мазутопроводы, проложенные на открытом воздухе и в холодных помещениях, должны иметь паровые или другие обогревательные спутники в общей с ними изоляции. На вводах магистральных мазутопроводов внутри котельного отделения, а также на отводах к каждому котлу должна устанавливаться запорная арматура с дистанционным электрическим и механическим приводами, расположенными в удобных для обслуживания местах.
Для аварийных отключений на всасывающих и нагнетательных мазутопроводах должна быть установлена запорная арматура на расстоянии 10--50 м от мазутонасосной.
Основное назначение мазутного хозяйства ТЭЦ или котельной - обеспечение бесперебойной подачи к котлам подогретого и отфильтрованного мазута в необходимом количестве и с соответствующим давлением и вязкостью. Необходимое количество мазута определяется нагрузкой котлов. Давление в линиях подачи мазута и его вязкость определяются режимами форсунок.
Работа котельных на мазуте осуществляется очень редко (в периоды ограничения потребления газового топлива), поэтому его обновление растягивается на длительное время. При длительном хранении мазут постепенно ухудшает свои качества и создает дополнительные технические сложности эксплуатационному персоналу.
Так как мазут топливо достаточно дорогостоящее, крупные электростанции работает на газе, а жидкое топливо - мазут используется как резервное. Режим работы мазутного хозяйства предусмотрен как аварийно-растопочный, при ограничении подачи газа, во время аварийной ситуации на газовом оборудовании растопка котлов производится топочным мазутом.
Мазутное хозяйство предназначается для следующих работ:
приём железнодорожных цистерн с мазутом;
разогрев вагонов-цистерн;
слив мазута из цистерн;
хранение мазута в резервуарах;
подготовка и обработка мазута перед подачей его к насосам и форсункам;
учёт потребляемого мазута;
Мазутное хозяйство может работать в двух режимах - в холодном или горячем резерве.
Холодный резерв - это, когда оборудование мазутонасосной остановлено и лишь, в зависимости от продолжительности простоя, периодически включается схема внутренней циркуляции для поддержания температуры в резервуарах мазута в пределах от 300 С до 800 С.
Горячий резерв - мазутопроводы заполнены мазутом и осуществляется постоянный проток мазута подогретого до Т = 750 до 800 С по главному напорному мазутопроводу, мазутному кольцу котельного отделения, трубопроводу рециркуляции (возврата) в зависимости от выбранной схемы.
Выбор схемы мазутоснабжения котельной находится в зависимости от ряда местных условий: рельефа территории, ёмкости резервуаров, способа подачи мазута из топливохранилища к форсункам котельной и других.
При разогреве мазута в открытом расходном баке во избежание вспенивания его температура не должна превышать 90С. Подогрев мазута, подаваемого в форсунки, производится в отдельно стоящих подогревателях. Подачу топлива из складских резервуаров к форсункам, как правило, рекомендуется осуществлять с непрерывной циркуляцией мазута. При этом часть мазута, не менее 50% от расхода на все рабочие котлы, возвращается в резервуары и служит для разогрева мазута в них.
Мазутные хозяйства различают по способу доставки топлива.
Классификация мазутных хозяйств по назначению.
Основное мазутное хозяйство сооружается на тепловых станциях, для которых мазут является основным видом сжигаемого топлива, а газ сжигается как буферное топливо в период сезонных его избытков.
Резервное создаётся на тепловых станциях, где основным топливом является газ, а мазут сжигается в период его отсутствия (как правило, в зимнее время).
Аварийное мазутное хозяйство предусматривается на станциях, для которых основной и единственный вид топлива - газ, а мазут используется только при аварийном прекращении его подачи.
Растопочное мазутное хозяйство имеется на всех электростанциях, использующих твёрдое топливо при камерном способе сжигания. Мазут служит для растопки и подсвечивания факела в топках котлов. В случае установки на таких электростанциях газомазутных пиковых водогрейных котлов их мазутное хозяйство объединяется с растопочным. На тепловых электростанциях используется три схемы подвода жидкого топлива к форсункам:
Тупиковая, циркуляционная и комбинированная.
Схема мазутного хозяйства с наземным мазутохранилищем:
1-железнодорожная цистерна; 2-эстакада; 3-переносный сливной лоток; 4-сливной желоб; 5-отводящая труба; 6-приемная емкость; 7-мазутохранилище; 8, 11-фильтры тонкой очистки; 9, 12-насосы; 10-фильтр грубой очистки; 13-подогреватель; 14-горелки котлов; 15-линия рециркуляции.
Из железнодорожных цистерн 1, располагающихся при сливе на эстакаде 2, мазут по переносному сливному лотку 3 поступает в сливной желоб 4 и затем по отводящей трубе 5 - в приемную емкость 6. Из нее мазут по мазутопроводам подается в фильтр 10 грубой очистки и насосами 9 через фильтры 8 гонкой очистки закачивается в емкость мазутохранилища 7. Из емкости мазутохранилища через фильтры 11 тонкой очистки и подогреватели 13 насосами 12 мазут подается в горелки 14 котельных агрегатов. Часть разогретого мазута направляется по линии /5 рециркуляции в мазутохранилище для разогрева находящегося там мазута. Рециркуляция мазута предназначена для предупреждения застывания мазута в трубопроводах при уменьшении или прекращении его потребления. При сливе из железнодорожной цистерны мазут самотеком движется по открытым лоткам (желобам) в приемные баки. По дну лотков проложены паропроводы. Слив мазута из цистерн происходит через нижний сливной прибор в межрельсовые желоба. Мазут из приемных резервуаров перекачивается погружными нефтяными насосами в основные резервуары для хранения. Подогрев мазута в приемных и основных резервуарах до 70°С проводится обычно трубчатыми подогревателями поверхностного типа, обогреваемыми паром. В водогрейных котельных пар отсутствует, по-1 этому подогрев мазута осуществляется горячей водой с температурой до 150°С. Для уменьшения опасности донных отложений и загрязнения поверхностей нагрева при длительном хранении к мазуту добавляют жидкие присадки типа ВНИИНП-102 и ВНИИНП-103.
Основное мазутное хозяйство сооружается на ТЭС и котельных, для которых мазут является основным видом сжигаемого топлива, а газ сжигается как буферное топливо в периоды сезонных его избытков. Расчетный суточный расход мазута для электростанций определяется, исходя из 20-часовой работы всех установленных энергетических котлов при их номинальной производительности для полной проектной мощности электростанции и 24-часовой работы водогрейных котлов при покрытии тепловых нагрузок при средней температуре самого холодного месяца.
Резервное мазутное хозяйство создается на ТЭС и котельных, для которых основным топливом является газ, а мазут сжигается в периоды отсутствия газа (зимой).
Аварийное мазутное хозяйство предусматривается на электростанциях и котельных, для которых основной и единственный вид топлива газ, а мазут используется только при аварийном прекращении подачи газа.
Растопочное мазутное хозяйство имеется на всех электростанциях и котельных с камерным сжиганием твердого топлива. Оно используется также для снабжения мазутом пусковой котельной. В случае установки на таких электростанциях газомазутных пиковых водогрейных котлов их мазутное хозяйство объединяется с растопочным.
Пусковая котельная снабжается мазутом соответственно от основного или растопочного мазутного хозяйства.
Мазут доставляют на котельные железнодорожным, водным и трубопроводным транспортом. Наиболее распространен первый способ. Трубопроводный транспорт используется, если котельная находится вблизи нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) или магистральных мазутопроводов.
От нефтеперерабатывающего завода мазут подается в котельную по одному трубопроводу; в отдельных случаях, при соответствующем обосновании, возможна подача мазута по двум трубопроводам. При этом пропускная способность каждого из них принимается равной 50% максимального часового расхода топлива на все рабочие котлы при их номинальной производительности.
Мазут доставляется по железной дороге в четырехосных цистернах грузоподъемностью 50 и 60 т, в шестиосных грузоподъемностью 90 т (табл. 2.3.2). Так как цистерны не оборудованы устройствами для подогрева мазута в пути, его температура в период транспортировки может снижаться ниже температуры застывания.
Рис. 2.3.1. Сливное устройство:
1 - железнодорожная цистерна; 2 , 3 - сливной прибор; 4 - межрельсовый сливной желоб (лоток); 5 - трубчатые подогреватели; 6 - металлические крышки желоба; 7 - паровой шланг; 8 - паропровод; 9 - запорные клапаны; 10 - поворотная колонка для присоединения шланга при разогреве мазута "острым паром"; 11 - эстакада; 12 - перекидной мостик
Таблица 2.3.2. Характеристика цистерн для перевозки мазута
- Под коэффициентом охлаждения понимается отношение поверхности охлаждения котла к его объему.
Для разогрева и слива мазута из цистерн могут применяться как сливные эстакады с разогревом мазута "открытым" паром или горячим мазутом (рис. 2.3.1), так и закрытые сливные устройства - тепляки. Тип сливного устройства выбирается на основании технико-экономического расчета.
На рис. 2.3.2 показана технологическая схема мазутного хозяйства. Ма- зут сливается из цистерн в межрельсовые каналы (лотки). Из них он направляется в приемную емкость, перед которой должны устанавливаться грубая фильтр-сетка и гидрозатвор.
Рис. 2.3.2. Технологическая схема мазутного хозяйства:
1 - лотки приемно-сливного устройства; 2 - фильтр-сетки; 3 - приемные резервуары; 4 - перекачивающие насосы (погружные); 5 - подогреватели мазута на рециркуляцию в лотке; 6 - дренажные насосы; 7 - приямок дренажей; 8 - основные резервуары; 9 - насосы первого подъема; 10 - подогреватели мазута основные; 11 -фильтры тонкой очистки; 12 - насосы второго подъема; 13 - насосы рециркуляции; 14 - подогреватели мазута на рециркуляцию; 15 - фильтры очистки резервуаров
Длина фронта разгрузки основного мазутохозяйства должна приниматься, исходя из слива расчетного суточного расхода мазута, времени разогрева и слива одной ставки не более 9 ч и весовой нормы железнодорожного маршрута, но не менее 1/3 длины маршрута. При этом принимается, что мазут доставляется цистернами расчетной грузоподъемностью 60 т с коэффициентом неравномерности подачи 1,2.
Длина фронта разгрузки растопочного мазутохозяйства для электро- станций с общей производительностью котлов до 8000 т/ч принимается 100 м, а при большей производительности котлов - 200 м. На приемно-сливном устройстве предусматривается подвод пара или горячего мазута к цистернам, на обогрев сливных лотков и к гидрозатвору. По всей длине фронта разгрузки сооружаются эстакады на уровне паровых разогревательных устройств цистерн. Сливные и отводящие лотки выполняются с 1%-ным уклоном, по обеим сторонам лотков выполняются бетонные отмостки с уклоном в сторону лотков.
Объем приемной емкости основного мазутохозяйства принимается не менее 20% вместимости цистерн, устанавливаемых под разгрузку. Насосы, откачивающие из приемной емкости мазут, устанавливаются с резервом. Они должны обеспечить перекачку мазута, слитого из установленных под разгрузку цистерн, не более чем за 5 ч.
Вместимость приемной емкости растопочного мазутохозяйства должна быть не менее 120 м 3 . Насосы, откачивающие мазут из нее, устанавливаются без резерва.
Нормативные вместимости мазутохранилищ (без учета госрезерва) электростанций в зависимости от типа мазутного хозяйства следующие:
| Тип мазутохозяйства | Запас мазута в резервуарах (количество суток) |
| Основное для электростанций на мазуте: | |
| при доставке по железной дороге | 15 |
| при подаче по трубопроводам | 3 |
| Резервное для электростанций на газе | 10 |
| Аварийное для электростанций на газе | 5 |
| Для пиковых водогрейных котлов | 10 |
Для электростанций на газе, получающих газ круглогодично от двух независимых источников, мазутохозяйство может при соответствующем обосновании не сооружаться, при круглогодичной подаче газа от одного источника предусматривается аварийное мазутохозяйство, а при сезонной подаче газа - резервное.
Растопочное мазутное хозяйство для электростанций и котельных на твердом топливе выполняется с тремя резервуарами. Вместимость одного резервуара принимается в зависимости от общей производительности котлов: более 8000 т/ч - 3000 м 3 ; 4000 - 8000 т/ч - 2000 м 3 ; менее 4000 т/ч - 1000 м 3 . Склад растопочного мазутного хозяйства допускается выполнять совмещенным со складом масла и горюче-смазочных материалов.
В резервуарах мазутного хозяйства мазут разогревается циркуляционным способом, как правило, по отдельному специально выделенному контуру. Допускается применение местных паровых разогревающих устройств.
Схема подачи мазута (одно- или двухступенчатая) принимается в зависимости от требуемого давления перед форсунками котлов. Для форсунок парового распыла требуется давление мазута 0,5 МПа, а для форсунок механического и паромеханического типа 3,5 МПа. В первом случае схема мазутного хозяйства должна быть одноступенчатой, во втором - двухступенчатой.
Оборудование основного мазутного хозяйства призвано обеспечивать непрерывную подачу мазута в котельное отделение при работе всех рабочих котлов с номинальной производительностью. Вязкость мазута в котельной не должна превышать: для электростанций, применяющих механические и паромеханические форсунки, – 2,5° ВУ; при применении паровых и ротационных форсунок - 6° ВУ.
В насосной основного мазутохозяйства, кроме расчетного количества рабочего оборудования, предусматривается по одному элементу резервного оборудования - насосы, подогреватели, фильтры тонкой очистки, и по одному элементу ремонтного оборудования - основные насосы первой и второй ступеней.
Количество мазутных насосов в каждой ступени основного мазутного хозяйства должно быть не менее четырех (в том числе по одному резервному и одному ремонтному). Подача основных мазутных насосов при выделенном контуре разогрева выбирается с учетом дополнительного расхода мазута на рециркуляцию в обратной магистрали при минимально допустимых скоростях. Подача насоса циркуляционного разогрева должна обеспечивать подготовку мазута в резервуарах для бесперебойного снабжения котельной. Для циркуляционного разогрева мазута предусматривается по одному резервному насосу и подогревателю. Схема установки подогревателей мазута и фильтров тонкой очистки должна позволять работать любому подогревателю и фильтру с любым насосом первой и второй ступеней.
Пропускная способность трубопровода и производительность насосов растопочного мазутного хозяйства выбираются из условий одновременной растопки четырех блоков по 300 МВт или шести блоков по 200 МВт с нагрузкой 30 % их номинальной паропроизводительности.
В подогревателях мазута используется пар давлением 0,8 - 1,3 МПа с температурой 200 - 250 °С. Пар подается к мазутному хозяйству по двум магистралям, каждая пропускной способностью 75% расчетного расхода пара. Конденсат пара контролируется, очищается от мазута и используется в цикле электростанции. Устанавливается не менее двух конденсатных насосов, один из них резервный. Конденсат от тепляков, мазутных подогревателей и спутников подается отдельно от конденсата паропроводов разогрева лотков и емкостей. В мазутохозяйствах должна предусматриваться выносная (за пределы мазутонасосной) дренажная емкость для мазута.
Замазученная вода из нижней части любого резервуара мазутного хозяйства отводится в рабочий резервуар, или в приемную емкость, или на очистные сооружения.
Прокладка всех мазутопроводов выполняется, как правило, наземной. Мазутопроводы на открытом воздухе и в холодных помещениях прокладываются с паровыми или другими обогревательными спутниками в общей с ними изоляции. Чтобы обеспечить циркуляцию мазута в магистральных мазутопроводах котельной и в отводах к каждому котлу, предусматривается трубопровод рециркуляции мазута из котельной в мазутохозяйство.
Мазут к энергетическим и водогрейным котлам из основного мазуто-хозяйства подается по двум магистралям, рассчитанным каждая на 75% номинальной производительности котлов с учетом рециркуляции.
На мазутопроводах устанавливается только стальная арматура. Фланцевые соединения и арматура на мазутопроводах котельных отделений закрываются стальными кожухами с отводом возможных утечек мазута в специальные емкости. На всасывающих и нагнетательных мазутопроводах устанавливается запорная арматура на расстоянии 10 - 50 м от мазутонасосной для отключений в аварийных случаях. На вводах магистральных мазутопроводов внутри котельного отделения, а также на отводах к каждому котлу устанавливается запорная арматура с дистанционным электрическим и механическим приводами, расположенными в удобных для обслуживания местах.
Для поддержания необходимого давления в магистральных мазутопро-водах устанавливаются регулирующие клапаны "до себя" в начале линии рециркуляции из котельной в мазутное хозяйство.
Мазутное хозяйство отопительных котельных
Мазутное хозяйство - комплекс устройств, обеспечивающих приемку, хранение и подачу необходимого количества мазута в котельнуюи подготовку его для сжигания в топках котлов. Мазут может быть основным топливом, резервным (например, в зимнее время), аварийным, растопочным, когда основным является сжигаемое в пылевидном состоянии твердое топливо.
Основными элементами мазутного хозяйства являются: приемное устройство, мазутохранилище, резервуар для присадки мазута, расходный бак, фильтры грубой и тонкой очистки, подогреватели мазута, охладители конденсата, системы трубопроводов (мазутопроводы, паро- и конденсатопроводы, дренажный трубопровод), насосы различного назначения. Мазут к потребителю доставляется железнодорожным транспортом, нефтеналивными судами, по трубопроводам (если нефтеперерабатывающие заводы находятся на небольших расстояниях).Доставленный в железнодорожных и автомобильных цистернах мазут подогревают до температуры 30-60 °С в зависимости от его марки. Для этой цели чаще всего применяют сухой насыщенный или слабоперегретый пар с давлением 5-6 кгс/см 2 , подаваемый непосредственно в цистерну. Возможно также использование для этой цели переносных змеевиковых подогревателей, что исключает обводнение мазута. Сливаемый из цистерны мазут должен пройти через специальный фильтр, предохраняющий от попадания механических примесей в мазутохранилище. Площадки, где расположены сливные устройства, должны иметь твердые покрытия со стоком для отвода пролитого мазута к местному очистному сооружению. Мазутное хозяйство при доставке мазута железнодорожным транспортом состоит из следующих сооружений и устройств: сливной эстакады с промежуточной емкостью; мазутохранилища; мазутонасосной станции; системы мазутопроводов между емкостями мазута, мазутонасосной и котельными установками,устройствами для подогревамазута; установок для приема, хранения и ввода в мазут жидких присадок. Схема мазутного хозяйства с наземным мазутохранилищем приведена на рисунке 1. Из железнодорожных цистерн 1, располагающихся при сливе на эстакаде 2, мазут по переносному сливному лотку 3 поступает в сливной желоб 4 и затем по отводящей трубе 5 - в приемную емкость 6. Из нее мазут по мазутопроводам подается в фильтр 10 грубой очистки и насосами9 через фильтры 8 гонкой очистки закачивается в емкость мазутохранилища 7. Из емкости мазутохранилища через фильтры 11 тонкой очистки и подогреватели 13 насосами 12мазут подается в горелки 14 котельных агрегатов. Часть разогретого мазута направляется по линии рециркуляции 15 в мазутохранилище для разогрева находящегося там мазута. Рециркуляция мазута предназначена для предупреждения застывания мазута в трубопроводах при уменьшении или прекращении его потребления.
Рис.1.Схема мазутного хозяйства с наземным мазутохранилищем: 1-железнодорожная цистерна; 2-эстакада; 3-переносный сливной лоток; 4-сливной желоб; 5-отводящая труба; 6-приемная емкость; 7-мазутохранилище; 8, 11-фильтры тонкой очистки; 9, 12-насосы; 10-фильтр грубой очистки; 13-подогреватель; 14-горелки котлов; 15-линия рециркуляции.
При сливе из железнодорожной цистерны мазут самотеком движется по открытым лоткам (желобам) в приемные баки. По дну лотков проложены паропроводы. Слив мазута из цистерн происходит через нижний сливной прибор в межрельсовые желоба. Мазут из приемных резервуаров перекачивается погружными нефтяными насосами в основные резервуары для хранения- мазутохранилища, которых, как правило, не менее двух. Суммарная вместимость резервуаров выбирается в зависимости от производительности котельной, дальности и способа доставки (железнодорожный, трубопроводный и др.). Применяют нормальный ряд мазутохранилищ вместимостью 100; 200; 500; 1000; 2000; 3000; 5000; 10000 и 20000 м 3 .Выполняются мазутохранилища наземными, полуподземными (заглубленными) и подземными. Резервуары бывают основные, расходные и резервные. Все они должны обладать безопасностью хранения топлива в пожарном отношении; полной герметичностью; несгораемостью, долговечностью, коррозионной стойкостью против воздействия агрессивных грунтовых вод; удобствами обслуживания и очистки от отстоя и осадков; возможностью установки внутри резервуара подогревающих устройств и другого технологического оборудования. Резервуары мазутохранилища обычно выполняют железобетонными или металлическими. Последние применяют в районах Крайнего Севера и в сейсмически опасных районах. Теплоизоляция металлических хранилищ выполнена из полиуретана, обшитого металлическими листами. Резервуары и баки должны сообщаться с атмосферой и иметь отстойники для сбора воды.
Для перекачки мазута в отопительных котлахнаибольшее применение находят шестеренные и винтовые насосы. При вращении шестерен 2 в направлении, обозначенном на рисунке 2 стрелками, жидкость попадает во впадины, образованные зубьями шестерни и корпусом 4насоса, и перемещается из всасывающей полости 3 в нагнетательную 1. Для бесшумной и плавной подачи перекачиваемой жидкости зубья шестерен часто выполняют косыми. Производительность шестеренных насосов обычно не превышает 20 м 3 /ч, а напор - 12 МПа (1 200 м вод. ст.).
Рис.2.Шестеренный
(а) и винтовой (б) насосы:
1-нагнетательная
полость; 2-шестерни; 3-всасывающая полость;
4-корпус; 5-винтовые роторы.
В винтовых насосах мазут подается путем выдавливания его роторами с винтовой нарезкой. Винтовые насосы по сравнению с шестеренными бесшумны и работают с большим числом оборотов. Наиболее распространены трехвинтовые насосы с центральным ведущим ротором. При вращении винтовых роторов 5 в раскрывающуюся впадину винтового канала из всасывающей полости 3 поступает мазут. При дальнейшем вращении роторов эта впадина закрывается и мазут, находящийся в ней, переносится в нагнетательную полость 1. Там впадина раскрывается, и мазут выдавливается выступами винтов роторов.
Чтобы обеспечить подогрев мазута в хранилище, необходимый для нормальной работы мазутных насосов, применяют следующие методы: установку паровых подогревателей погружного типа в нижней части резервуара; местные шахтные, секционные или электрические подогреватели; выносные подогреватели. Кроме подогрева в хранилищах предусматривают подогрев мазута в мазутопроводах и перед форсунками.
В настоящие время на котельных применяются подогреватели мазута - поверхностные теплообменники с противоточным движением сред, с трубчатой теплообменной поверхностью, с компенсацией температурного удлинения за счет нежестких конструкций. Например, используется кожухотрубный теплообменный аппарат конструкции Гипронефтемаша. Аппарат состоит из трех основных частей: корпуса 6, трубной доски 10 с развальцованными в ней U-образными трубками и крышки. К цилиндрическому корпусу с одной стороны приварен фланец, с другой стороны - днище 1 эллиптической формы. В центре корпуса подогревателя мазута снаружи приварены две опоры 9 сегментного типа и патрубки 8 для подвода и отвода мазута, движущегося в межтрубной полости.
Трубная доска в подогревателе с развальцованными в ней U-образными трубками представляет собой трубный пучок 5, который может выниматься из корпуса подогревателя мазута при разборке аппарата и снова вставляться после проведения осмотра и при необходимости чистки. Крышка (распределительная коробка) состоит из цилиндрической части, эллиптического днища, приваренного с одного конца, и фланца, приваренного с другого конца. К цилиндрической части крышки подогревателя приварены патрубки 2 с фланцами для присоединения трубопроводов подвода и отвода теплоносителя, движущегося в трубной полости. В крышке также предусмотрена перегородка 3, обеспечивающая двухходовой поток теплоносителя по трубкам аппарата.
Рис.3.Кожухотрубный теплообменный аппарат с U-образными трубками конструкции Гипронефтемаша: 1,7-днище; 2-патрубки для подвода и отвода теплоносителя; 3-перегородка; 4-фланец; 5-трубный пучок; 6-корпус; 8-патрубки для подвода и отвода мазута; 9-опора; 10-трубная доска.
Для подогрева небольших количеств жидкого топлива нашли достаточно широкое применение подогреватели типа «труба в трубе».
Рис.4.Секционный подогреватель топлива типа ПТС: 1-опора подвижная; 2-опора неподвижная; 3-клапан выхода топлива; 4-паровой клапан; 5-клапан выхода конденсата; б-клапан входа топлива;7-трубка нагревательная; 8-корпус подогревателя; 9-фланец корпуса; 10-болт;11-крышка; 12-изоляция;13-ребра нагревательной трубки; А и Б-вход и выход топлива; В-вход пара; Г-выход конденсата.
Принцип работы подогревателя мазута заключается в следующем. Топливо из магистрали через запорный клапан поступает в межтрубное пространство (между корпусом и нагревательной трубкой), омывает наружную поверхность и ребра нагревательной трубки, нагревается и через крышку переходит в другую секцию или через клапан на выход. Греющий пар из паропровода через паровой клапан 4 попадает в нагревательную трубку; через стенку трубки подогревателя и ребра теплота пара передается топливу, далее пар конденсируется и в виде конденсата через клапан 5 удаляется из подогревателя в систему подготовки питательной воды.
В процессе длительной эксплуатации на ряде предприятий выявлены серьезные недостатки в работе данных подогревателей, к которым следует отнести:
невозможность использования данных подогревателей на высоковязких мазутах с УВ° >100 с температурой подогрева до 120-135 °С;
повышенную скорость отложений на внутренней поверхности труб со снижением тепловой мощности (коэффициент теплопередачи снижается по оценкам ЦКТИ до 70%);
трудности, связанные с очисткой внутренней поверхности труб от отложений окисленных продуктов полимеризации мазута при температурах пара на стенке свыше 120 °С;
относительно низкие скорости движения мазута (0,2-0,5 м/с);
низкая гидравлическая плотность (как по пару, так и по мазуту) не позволяет повторно использовать конденсат греющего пара в технологической схеме котельной, который после охлаждения сбрасывается через очистные сооружения в канализацию;
обводнение мазута за счет возможного попадания пара или конденсата в топливо в случаях появления свищей в трубной системе подогревателей.
Для подачи мазута к котлам применяют три схемы: циркуляционную (при использовании высоковязких мазутов, когда котельная работает постоянно на мазуте и кратковременно на газе); тупиковую (при сжигании маловязких мазутов, когда котельная работает на стабильных нагрузках, превышающих средние); комбинированную (при работе котельной на переменных нагрузках и частых переходах с газового топлива на мазут). Регулирование подачи мазута (давления) осуществляется с помощью клапана с импульсом по производительности котлов или давлению пара в котле. При циркуляционной схеме мазут отбирается в нижней части резервуара, насосом перекачивается через выносной подогреватель в котельную, а затем в резервуар. При этом улучшается разогрев мазута и уменьшается отложение примесей в резервуаре. Для перекачки мазута применяют поршневые и винтовые насосы. Мазутопроводы от хранилищ до котельной и рециркуляционный мазутопровод прокладывают в траншеях или туннелях совместно с паропроводами и покрывают их общей изоляцией. Паропроводы должны иметь надежный отвод конденсата. Чтобы обеспечить давление мазута перед форсункой около 20 кгс/см 2 , применяют специальные насосы (шестеренные, лопаточные, винтовые, плунжерные).
Проблемы подготовки мазута к сжиганию
По существующей традиционной технологии подготовки к сжиганию и транспортировке температура мазута в резервуарах находится в пределах 80-95 °С и поддерживается за счет местного подогрева паровыми подогревателями, расположенными на днище мазутной емкости. Затем, при помощи рециркуляционного разогрева выносными подогревателями, разогретый мазут, с необходимой вязкостью, подается в котельную к котлам. Остатки мазута поступают по рециркуляционной линии обратно в мазутные емкости. Растекание в резервуаре турбулентных затопленных струй и сопутствующие им вихревые токи обеспечивают перемешивание мазута в резервуарах и равномерное распределение температур в объеме резервуаров. В то же время, за счет многократного прокачивания мазута, получается грубая водотопливная смесь (эмульсия), качество которой не соответствует требованиям по условиям горения. Низкое качество топливной смеси приводит к пульсирующему горению мазута в топке котлов. С другой стороны, используемая технология подготовки находящегося на хранении в резервуарах мазута с переменным влагосодержанием не позволяет в должной мере обеспечить качественный процесс отстаивания и удаления воды из мазута до влагосодержания, обеспечивающего условия экономичной и экологичной работы котлов. Другой проблемой, существенно влияющей на экономическую эффективность работы котельной, является то, что в существующих схемах мазутного хозяйства котельных отработанный конденсат пара из мазутоподогревателей выносных и находящихся в емкостях после охлаждения водой городского водопровода до требуемой температуры (40 °С) сбрасывается в систему производственно - дождевой канализации и после очистки в городской коллектор. Применяемые сейчас методы очистки сточных вод от нефтепродуктов являются дорогостоящими и не всегда эффективными. Особенно это относится к очистке сильно загрязненных нефтепродуктами вод, которые могут появиться при разрывах или свищах в мазутных подогревателях. Поэтому возврат загрязненного нефтепродуктами конденсата в питательный контур паровых котлов может привести к выходу их из рабочего состояния. Потеря конденсата от подогревателей мазута приводит к необходимости дополнения подпиточной химочищенной водой котлового контура и дополнительного топлива.
Сжигание мазута.
Современные методы промышленного сжигания мазута в топках котлов основаны на факельном сжигании мелкораспыленного топлива при обязательном условии предварительного его нагрева и принудительного распыливания при помощи форсунок. Для распыления мазута в отопительных котлах чаще всего используются форсунки с механическим или паровым распыливанием, а также с комбинированным паромеханическим распылом. Механические форсунки требуют высокого давления и даже при этих условиях не могут обеспечить широкий диапазон регулирования нагрузки. Форсунки с паровым распылом требуют расход пара, что трудно осуществить в котельной с водогрейными котлами. В последние годы на российском рынке появились ротационные форсунки, лишенные таких недостатков, как сложность конструкции и шум в работе. Одним из таких образцов являются форсунки фирмы «ЗААКЕ» (г. Бремен, Германия). Они могут сжигать любое жидкое котельное топливо, в том числе мазуты марок 40 и 100, остатки тяжелых минеральных масел, гудрон и т.д. Они не требуют тщательной фильтрации мазута. Однако все вышеперечисленные форсунки не обеспечивают устойчивость пламени при сжигании сильно обводненного мазута, полноту сгорания грубодисперсных фракций, которые скапливаются в донных отложениях при длительном хранении мазута. Решить эти проблемы путем совершенствования конструкции форсунок не представляется возможным.
Существенным недостатком работы котлов на мазуте является загрязнение поверхностей нагрева котла, что вызывает ухудшение условий теплопередачи по сравнению с работой на газе. Несколько выше и коэффициент избытка воздуха, что приводит к снижению КПД котла. В котельных, где мазут является резервным (аварийным) топливом, наибольшее распространение получили короткофакельные горелки ГМГМ. Мазут подается к распыливающей головке, в которой установлены: шайба распределительная с одним рядом отверстий, завихрители топливный и паровой, имеющие по три тангенциальных канала. Шайба и завихрители крепятся с помощью накидной гайки. Количество и диаметр отверстий в шайбе распределительной следующие: в горелках ГМГ-1,5М и ГМГ-2М- 8 диаметром 2,5, в горелках ГМГ-4М и ГМГ-5М - 12 диаметром 3 мм. Мазут проходит через отверстия шайбы, по каналам попадает в камеру завихрителя и выходит из сопла, распыливаясь за счет центробежной силы. Если требуемая тепловая мощность находится в пределах 70-100% от номинальной, можно работать без подачи пара, так как достаточно механического распыливания мазута. При тепловой мощности ниже 70% от номинальной подается пар давлением 1,5-2 кгс/см 2 , который проходит через каналы парового завихрителя и закрученным потоком участвует в распыливании мазута.
При сжигании мазута необходимо следить за тем, чтобы на внутренних поверхностях форсунок не накапливались нагарообразования, смолистые и другие отложения, ухудшающие условия распыливания мазута, что вызывает неполноту его сгорания. О наличии таких отложений можно судить по появлению в топке летающих капель - «звездочек». Поэтому форсунки следует периодически вынимать из горелок, очищать их от отложений и промывать соляровым маслом или другим легким топливом.
Устройства и способы для сжигания и очистки мазута.
Наряду с организационно-финансовыми причинами неудовлетворительного состояния систем теплоснабжения, имеют место серьезные причины технического характера. В настоящее время неизвестен соответствующий современным требованиям рациональный и экономически обоснованный способ высококачественного распыла мазута без распыливающего агента. Нормативные документы, регламентирующие режимы эксплуатации ТЭС разработаны десятки лет назад, в период относительно дешёвого топлива. Вероятно, низкая экономичность оборудования для сжигания мазута (механических форсунок) и энергорасточительность существующей технологии сжигания мазута объясняется временем разработки. В настоящее время, по некоторым данным, отраслевые НИИ не ведут работы в этом направлении. При нарастающем дефиците газа, с ростом доли мазута в общем балансе топлива, с ростом стоимости мазута, необходимо совершенствование технологии его сжигания и внедрение новейших разработок. Сжигание мазута с условным отсутствием химического недожога, потери тепла на испарение влаги обводненного топлива и т.п. не могут быть оправданы при сегодняшних взглядах на энергосбережение и на экономию энергоресурсов.
Следует подчеркнуть, что предлагаемый способ распыла мазута с использованием кавитационных эффектов является новым в теории проектирования и в практике эксплуатации ТЭС, не имеющий, по некоторым данным, аналогов в России.
Форсунка предназначена для высококачественного механического распыла и сжигания мазута в энергетических котлах и установках. Кавитационная форсунка является современной техникой, не имеющей аналогов в России. Отличительными особенностями данной разработки по сравнению с традиционными механическими форсунками являются её высокая экономичность, надежность и простота в обслуживании.
Высокая надежность достигается благодаря простоте конструкции и применению материалов, рассчитанных на многолетнюю длительную эксплуатацию. Все обслуживание форсунки заключается только в периодическом контроле за состоянием деталей. Поэтому применение «Фрезы» позволит потребителю одновременно решить две проблемы – энергосбережения и ресурса.
Принцип работы кавитационной форсунки.
Форсунка состоит из корпуса, сопла, завихрителя и основания. Основным элементом форсунки Фреза является кавитатор, который представляет собой цилиндрический корпус, оснащенный профилированными каналами специальной зависимости.
При прокачивании под давлением мазута через кавитатор в нем формируется вихревой поток, в котором под действием переменных давлений в местах неоднородностей топлива возникают ее разрывы, что приводит к появлению мельчайших пузырьков. При последующем схлопывании пузырьков происходят резкие скачки давления (абсолютная величина давления зависит от сил поверхностного натяжения жидкости и других факторов), образуются поперечные составляющие скорости потока, существенные сдвиговые напряжения потока и значительное локальное повышение температуры. Непрерывное образование и схлопывание пузырьков в жидкости, известное как явление кавитации, приводит к разрыву мазутных цепочек (кластеров), генерации высокочастотных колебаний и неустойчивости топливной плёнки перед сопловым отверстием. Вязкость топлива, за счёт разрыва цепочек молекул и местных повышений температуры резко снижается, а вода, содержащаяся в топливе, под воздействием кавитации частично подвергается диссоциации на водород (идеальное горючее) и кислород, а частично образует с топливом водомазутную эмульсию. При выходе из соплового отверстия, неустойчивая пульсирующая газоводомазутная плёнка мгновенно разваливается на мельчайшие капельки, внутри которых находится мельчайшая частица воды, водород или кислород. Вылетая в область низких давлений газ расширяется взрывом, а вода мгновенно прогревается и взрывается, что и приводит к вторичному мелкодисперсному дроблению мазута до уровня 40…60 мкм. Наилучшие результаты достигаются при дисперсности водяных частиц от 3 до 8 мкм. Горение мазута и водорода в присутствии паров воды и активного кислорода проходит при предельно низких избытках воздуха, без гарантированного недожога топлива с полнотой сгорания близкой к единице, что и приводит к экономии топлива при сжигании. Снижение удельного расхода мазута теоретически может достигать 2,5… 3,0 % и более, а это сотни миллионов рублей.
Сегодня, когда во всех государствах мира энергосбережение введено в ранг государственной политики, необходимо всемерное совершенствование технологии сжигания мазута на ТЭС и котельных, необходима модернизация и совершенствование действующего оборудования.
Учитывая компактность, надёжность и простоту конструкции, кавитационные форсунки механического распыливания мазута в горелках котлоагрегатов по совокупности экономических и эксплуатационных параметров превосходят любые другие известные устройства и способы сжигания топлива.
Применение форсунок «Фреза» позволит:
1. Снизить удельный расход мазута на 0,5…1,0% и до 1,5% на малых нагрузках в сравнении с механическими форсунками ГРФМ.
2. Обеспечит диапазон регулирования нагрузки котла от 50 до 100%.
3. Снизить избытки воздуха в топке;
4. Снизить занос поверхностей нагрева котла;
5. Повысить К.П.Д. котла;
6. Повысить надёжность и безопасность эксплуатации котлоагрегата при сжигании низкосортного мазута.
Установка предназначена для выделения из мазутов воды и мехпримесей. Данный процесс происходит за счет разделения смеси на 3 фазы на основе их разности плотностей с применением различных диапазонов высоких скоростей и вращающих моментов. Сырье (загрязненный продукт) подается через трубу механизма подачи во вращающуюся часть шнекового конвейера, где под действием центробежной силы происходит разделение на очищенный продукт и осадок. Очищенный мазут выводится из цилиндрической части ротора, а осадок за счет разницы скоростей шнека и ротора поступает в коническую часть, где происходит его обезвоживание. Обезвоженный осадок выгружается в узком конце конической части через специальные порты и с помощью транспортера может выгружаться напрямую в самосвалы или контейнеры для отходов. Управление декантером и насосом осуществляется со встроенного пульта управления. Центрифуга и насос имеют взрывозащищенное исполнение. Остаток воды в очищенном мазуте - не более 1,5%. Остаток мехпримесей - не более 1%. Установка смонтирована на прочной металлической раме.
Применяемые сегодня в котельных технико-технологические и организационно - технические мероприятия по хранению и использованию поставляемого низкосортного жидкого топлива не только не обеспечивают уровень современных требований по экономическим и экологическим показателям, но и усугубляют их за счет:
повышенного образования шлама с резким увеличением термического сопротивления на поверхностях нагрева;
повышенной коксуемости мазута;
снижения качества его распыливания;
ухудшения функционирования горелочных устройств;
снижения качества процесса горения топлива в топках котлов;
снижения надежности, маневренности производительности котельного агрегата и уменьшения его межремонтного ресурса в целом;
значительных потерь топлива, электроэнергии и воды.
Совершенствование эксплуатации мазутного хозяйства в новых экономических условиях требует комплексного подхода по внедрению нового оборудования и технологий хранения, подготовки к сжиганию мазута и его учета.
Это достигается за счет применения таких технологий, которые бы обеспечивали требуемый уровень нагрева, фильтрации, гомогенизации, давления и постоянства качества подаваемого на горение мазута, а также приборного контроля расхода и приема топлива с минимальными эксплуатационными затратами. К таким технологиям следует отнести:
«холодное» хранение мазута с выделением прогретой зоны в объеме резервуара по линии всасывания;
многоступенчатую подготовку мазута с получением высококачественной топливной (водотопливной) смеси (эмульсии) путем диспергирования топлива содержащейся в ней водой (или нефтесодержащими водами) и топливными составляющими;
циркуляционный подогрев мазута с повышенными скоростями в выносных подогревателях - гомогенизаторах, многократную фильтрацию на фильтрах - подогревателях;
технологию замкнутой схемы нагрева мазута с возвратом конденсата в цикл котельной.
Необходимо разработать аппаратно - программный комплекс измерительных устройств, позволяющих с учетом динамики изменения свойств поступающего и расходуемого мазута определять автоматически его массу.
В энергетической стратегии развития России до 2020 г. предусматривается не только рост объемов добычи нефти, но и одновременное увеличение глубины ее переработки, что приведет к ухудшению качества мазута.
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Политехнический Институт
Кафедра: «Т и ГГД»
МАЗУТНОЕ ХОЗЯЙСТВО КОТЕЛЬНЫХ
Студентка ТЭ 07-05 __________ Голубева Е.А.