100 знаменитых изобретений - Владислав Пристинский

Все рабочие процессы котлового агрегата полностью механизированы и автоматизированы. Он обслуживается многочисленными вспомогательными механизмами, приводимыми в движение электродвигателями, мощность которых может достигать нескольких тысяч киловатт.

Котельные агрегаты мощных электростанций вырабатывают пар высокого давления – 140–250 атмосфер и высокой температуры – 550–580 °C. В топках этих котлов преимущественно сжигают твердое топливо, измельченное до пылевидного состояния, мазут или природный газ.

Превращение угля в пылевидное состояние производится в пылеприготовительных установках.

Принцип работы такой установки с шаровой барабанной мельницей заключается в следующем.

Топливо поступает в котельную по ленточным транспортерам и сбрасывается в бункер, из которого после автоматических весов питателем подается в углеразмольную мельницу. Размол топлива происходит внутри горизонтального барабана, вращающегося со скоростью около 20 об/мин. В нем находятся стальные шары. По трубопроводу в мельницу подается горячий воздух, нагретый до температуры 300–400 °C. Отдавая часть своего тепла на подсушку топлива, воздух охлаждается до температуры порядка 130 °C и, выходя из барабана, выносит образующуюся в мельнице угольную пыль в пылеразделитель (сепаратор). Освобожденная от крупных частиц пылевоздушная смесь выходит из сепаратора сверху и направляется в пылеотделитель (циклон). В циклоне угольная пыль отделяется от воздуха, и через клапан поступает в бункер угольной пыли. В сепараторе крупные частицы пыли выпадают и возвращаются в мельницу для дальнейшего размола. Смесь угольной пыли и воздуха подается в горелки котла.

Пылеугольные горелки представляют собой устройства для подачи в топочную камеру пылевидного топлива и необходимого для его горения воздуха. Они должны обеспечить полное сгорание топлива путем создания однородной смеси воздуха и топлива.

Топка современных пылеугольных котлов представляет собой высокую камеру, стены которой покрыты трубами, так называемыми пароводяными экранами. Они защищают стены топочной камеры от налипания на них шлака, образующегося при сжигании топлива, а также защищают обмуровку от быстрого износа вследствие химического воздействия шлака и высокой температуры, развивающейся при горении топлива в топке.

Экраны воспринимают в 10 раз больше тепла на каждый квадратный метр поверхности, чем остальные трубчатые поверхности нагрева котла, воспринимающие тепло топочных газов главным образом за счет непосредственного соприкосновения с ними. В топочной камере угольная пыль воспламеняется и сгорает в несущем ее газовом потоке.

Топки котлов, в которых сжигается газообразное или жидкое топливо, также представляют собой камеры, покрытые экранами. Смесь топлива и воздуха подается в них через газовые горелки или мазутные форсунки.

Устройство современного барабанного котельного агрегата большой производительности, работающего на угольной пыли, состоит в следующем.

Топливо в виде пыли вдувается в топку через горелки вместе с частью необходимого для горения воздуха. Остальной воздух подается в топку предварительно подогретым до температуры 300–400 °C. В топке частицы угля сгорают на лету, образуя факел, с температурой 1500–1600 °C. Негорючие примеси угля превращаются в золу, большая часть которой (80–90 %) выносится из топки дымовыми газами, образовавшимися в результате сжигания топлива. Остальная зола, состоящая из слипшихся частиц шлака, скопившегося на трубах топочных экранов и затем оторвавшегося от них, падает на дно топки. После этого она собирается в специальной шахте, расположенной под топкой. Струей холодной воды шлак охлаждается в ней, а затем выносится водой за пределы котельного агрегата специальными устройствами системы гидрозолоудаления.

Стены топки покрыты экраном – трубами, в которых циркулирует вода. Под действием тепла, излучаемого горящим факелом, она частично превращается в пар. Эти трубы присоединены к барабану котла, в который также подается подогретая в экономайзере вода.

По мере движения дымовых газов, часть их тепла излучается на трубки экрана и температура газов постепенно понижается. У выхода из топки она составляет 1000–1200 °C. При дальнейшем движении дымовые газы на выходе из топки соприкасаются с трубками экранов, охлаждаясь до температуры 900–950 °C. В газоходе котла размещены трубки змеевиков, по которым проходит пар, образовавшийся в экранных трубах и отделившийся от воды в барабане котла. В змеевиках пар получает дополнительное тепло от дымовых газов и перегревается, т. е. его температура становится более высокой, чем температура воды, кипящей при том же давлении. Эта часть котла называется пароперегревателем.

Пройдя между трубами пароперегревателя, дымовые газы с температурой 500–600 °C попадают в ту часть котла, в которой размещены трубки водоподогревателя, или водяного экономайзера. В него насосом подается питательная вода с температурой 210–240 °C. Такая высокая температура воды достигается в особых подогревателях, являющихся частью турбинной установки. В водяном экономайзере вода нагревается до температуры кипения и поступает в барабан котла. Дымовые газы, проходящие между трубами водяного экономайзера, продолжают охлаждаться и затем проходят внутри труб воздухоподогревателя, в котором производится подогрев воздуха за счет тепла, отдаваемого газами, температура которых при этом снижается до 120–160 °C.

Воздух, необходимый для сжигания топлива, подается в воздухоподогреватель дутьевым вентилятором и там нагревается до 300–400 °C, после чего поступает в топку для сжигания топлива. Вышедшие из воздухоподогревателя дымовые, или уходящие, газы проходят через специальное устройство – золоуловитель – для очистки от золы. Очищенные уходящие газы дымососом выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу высотой до 200 м.

Существенное значение в котлах этого типа имеет барабан. По многочисленным трубам к нему поступает пароводяная смесь из топочных экранов. В барабане пар отделяется из этой смеси, а оставшаяся вода смешивается с питательной водой, поступающей в этот барабан из экономайзера. Из барабана вода по трубам, расположенным снаружи топки, проходит в сборные коллекторы, а из них – в экранные трубы, расположенные в топке. Таким способом замыкается круговой путь (циркуляция) воды в барабанных котлах. Движение воды и пароводяной смеси по схеме барабан – наружные трубы – экранные трубы – барабан совершается за счет того, что общий вес столба пароводяной смеси, заполняющей экранные трубы, меньше веса столба воды в наружных трубах. Это создает напор естественной циркуляции, обеспечивающий круговое движение воды.

Паровые котлы автоматически управляются многочисленными регуляторами, за работой которых наблюдает оператор.

Приборы регулируют подачу в котел топлива, воды и воздуха, поддерживают постоянными уровень воды в барабане котла, температуру перегретого пара и др. Приборы, контролирующие работу котельного агрегата и всех его вспомогательных механизмов, сосредоточены на специальном щите управления. На нем также находятся приборы, позволяющие дистанционно производить с этого щита автоматизированные операции: открытие и закрытие всех запорных органов на трубопроводах, пуск и остановку отдельных вспомогательных механизмов, а также пуск и остановку всего котлоагрегата в целом.

Водотрубные котлы описанного типа имеют весьма существенный недостаток: наличие громоздкого тяжелого и дорогого барабана. Чтобы избавиться от него, были созданы паровые котлы без барабанов. Они состоят из системы изогнутых трубок, в один конец которых подается питательная вода, а из другого выходит перегретый пар требуемых давления и температуры, т. е. вода до превращения ее в пар проходит через все поверхности нагрева один раз без циркуляции. Такие паровые котлы названы прямоточными.

Схема работы такого котла следующая.

Питательная вода проходит через экономайзер, затем попадает в нижнюю часть змеевиков, расположенных винтообразно на стенах топки. Образовавшаяся в этих змеевиках пароводяная смесь поступает в змеевик, расположенный в газоходе котла, где заканчивается превращение воды в пар. Эта часть прямоточного котла называется переходной зоной. Затем пар поступает в пароперегреватель. После выхода из пароперегревателя пар направляется к потребителю. Воздух, необходимый для горения, подогревается в воздухоподогревателе.

Прямоточные котлы позволяют получить пар давлением более 200 атмосфер, что в барабанных котлах невозможно.

Полученный перегретый пар, имеющий высокое давление (100–140 атмосфер) и высокую температуру (500–580 °C) способен расширяться и совершать работу. По магистральным паропроводам этот пар передается в машинный зал, в котором установлены паровые турбины.