Бойко Е.А. Паровые котлы - файл n1.docx

приобрести
Бойко Е.А. Паровые котлы
скачать (3934.1 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx3935kb.18.09.2012 22:45скачать

n1.docx

  1   2   3   4   5   6   7
Федеральное агентство по образованию РФ Государственное

образовательное учреждение высшего профессионального

образования Красноярский государственный технический

университет

Е.А. БОЙКО


ПАРОВЫЕ КОТЛЫ

(учебное пособие)

Красноярск 2005

Содержание

1. Учебная цель...........................................................................................................................................3

1.1. Основные термины и понятия.....................................................................................................3

2. Содержание учебного элемента............................................................................................................3

2.1. Основы теплоэнергетики.............................................................................................................3

2.1.1. Основные физические параметры пара...........................................................................3

2.1.2. Энергия и ее виды.............................................................................................................5

2.1.3. Основные виды теплообмена, теплоемкость и энтальпия............................................7

2.1.4. Свойства водяного пара....................................................................................................9

2.1.5. Топливо.......................................................................... ..................................................10

2.1.6. Продукты сгорания топлива...........................................................................................17

2.2. Устройство котельных установок.............................................................................................20

2.2.1. Технологические схемы котельных установок............................................................20

2.2.2. Схемы котлов.......................................................................... ........................................21

2.2.3. Топки для сжигания жидкого и газообразного топлива..............................................35

2.3. Барабаны котлов.......................................................................... ..............................................43

2.3.1. Устройства для очистки пара в барабане котла...........................................................43

2.3.2. Ступенчатое испарение...................................................................................................49

2.4. Экраны котлов............................................................................................................................53

2.4.1. Экраны котлов с естественной циркуляцией воды......................................................53

2.4.2. Изменение уровня воды в барабане...............................................................................54

2.4.3. Тепловые перемещения экранов....................................................................................56

2.4.4. Периодическая продувка экранов..................................................................................56

2.4.5. Коррозия экранных труб.................................................................................................57

2.5. Пароперегреватели.....................................................................................................................60

2.5.1. Конструкции пароперегревателей.................................................................................60

2.5.2. Регулирование температуры пара при работе котла....................................................64

2.5.3. Устройства для регулирования температуры пара......................................................67

2.5.4. Работа пароперегревателя при растопке котла.............................................................71

2.6. Экономайзеры, воздухоподогреватели....................................................................................73

2.6.1. Схемы хвостовых поверхностей нагрева......................................................................73

2.6.2. Экономайзер и питание его водой.................................................................................75

2.6.3. Воздухоподогреватели....................................................................................................78

2.6.4 Неполадки в работе экономайзеров и воздухоподогревателей..................................81

2.6.5. Золоулавливающие устройства......................................................................................83

2.7. Тяга и дутье.......................................................................... ......................................................84

2.7.1. Устройство вентиляторов и регулирование их производительности........................84

2.7.2. Тяго -дутьевая установка котла.....................................................................................88

2.8. Каркас и обмуровка котлов.......................................................................................................92

2.8.1. Каркасы котлов................................................................................................................92

2.8.2. Обмуровка котлов...........................................................................................................94

2.9. Наружная и внутренняя очистка поверхностей нагрева......................................................102

2.9.1. Наружная очистка радиационных поверхностей нагрева.........................................102

2.9.2. Наружная очистка вертикальных трубных пакетов...................................................103

2.9.3. Очистка регенеративных воздухоподогревателей.....................................................106

2.10. Арматура котлов.....................................................................................................................108

2.10.1. Вентили и задвижки....................................................................................................108

2.10.2. Клапаны........................................................................................................................112

2.10.3. Водоуказательные приборы (указатели уровня) .....................................................116

2.11 Контроль за работой котла.....................................................................................................120

2.11.1. Основные измерительные приборы...........................................................................120

2.11.2. Размещение приборов на тепловом щите.................................................................123

2.12. Управление работы котла......................................................................................................124

2.12.1. Дистанционно управление..........................................................................................124

2.12.2. Автоматическое регулирование.................................................................................125

2.12.3. Автоматическая защита..............................................................................................129

2.13. АСУ ТП и эффективность работы персонала.....................................................................130

3. Резюме.......................................................................... .......................................................................133

4. Литература.......................................................................... ................................................................134

ПАРОВЫЕ КОТЛЫ


1. УЧЕБНАЯ ЦЕЛЬ
Целью обучения является овладение персоналом навыками выполнения должностных обязанностей по работам, связанным с эксплуатацией и ремонтом паровых котлов.


1.1. Основные термины и понятия
Термодинамика - наука о закономерностях превращения энергии.

Термодинамическая система - совокупность материальных тел, взаимодействующих как между собой, так и с окружающей средой.

Окружающая или внешняя среда - все материальные тела, находящиеся за пределами границ термодинамической системы.

Параметры состояния - условия, при которых рассматриваются состояния вещества. Наиболее распространенными параметрами состояния являются абсолютная температура, абсолютное давление и удельный объем.

Термодинамический процесс - совокупность изменяющихся состояний термодинамической системы при изменении хотя бы одного из параметров.

Теплопроводность - процесс переноса тепла от более нагретых тел к менее нагретым при их соприкосновении.

Теплоемкость - способность тела (материи) поглощать определенное количество тепла при нагревании и отдавать его при охлаждении.

Энтальпия (теплосодержание) - от греческого слова нагревать, определяет энергетическую ценность тела, материи.

2. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО ЭЛЕМЕНТА
2.1. Основы теплоэнергетики

2.1.1. Основные физические параметры пара
Основными параметрами пара являются: давление (P), температура (t, T) и удельный объем (?).

Давление. В системе СИ за единицу измерения давления принят паскаль

(Па).

Паскаль - давление, создаваемое силой в 1 ньютон (Н), которая равномерно распределены по поверхности площадью в 1 м2 . 1Па = 1 н/м2 .

В системе МКГСС давление измеряют в кгс/см2 и называют технической атмосферой. 1 кгс/см2 = 104 кгс/см2.

Давление измеряют также высотой столбца жидкости в метрах водяного столба (м.вод.ст.) или миллиметрах ртутного столба (мм.рт.ст.).

Давление 760 мм.рт.ст. называют физической атмосферой.

Давление разделяют на атмосферное, избыточное и абсолютное.
Атмосферное давление измеряют барометрами и называют барометрическим - Рбар.

Если на поверхность, кроме атмосферного давления, действуют какие- либо другие силы, они создают избыточное давление Риз6. Избыточное давление измеряют манометрами и поэтому называют манометрическим.

Абсолютное давление Ра6с. определяют путем суммирования избыточного Риз6 и атмосферного давлений Рбар.

Ра6с = Риз6 + Рбар

Давление ниже барометрического (вакуум, разряжение) измеряют ваккуметром. Разряжение определяют по формуле:

Рвак = Рбар - Ра6с .

Соотношение между единицами измерения давления различных систем приведено в таблице 1.

Таблица 1

Соотношение между единицами давления
c:\users\kron\appdata\local\temp\finereader11\media\image1.jpeg

Температура. Температура характеризует степень нагретости тела и измеряется в градусах Цельсия (°С) или Кельвинах (К).

Температуру в градусах Цельсия отсчитывают от точки таяния льда (0°С), а в Кельвинах - от абсолютного нуля, температура которого принята - 273,15 °С.

Шкала температур в К называется термодинамической или абсолютной.

Связь между температурой, измеренной в Кельвинах (Т) и градусах

Цельсия (t), определяют соотношениями

Т = t + 273,15 К

Т = Т - 273,15 °С

Удельный объем. Объем в 1 м3, заполненный однородным телом массой в 1кг, называют удельным объемом.
? = V/m , м /кг;

где V - объем тела, м3; т - масса тела, кг;

Величина, обратная удельному объему, называется плотностью ?
?=1/ ? = m/V, кг/м3

2.1.2 Энергия и ее виды
Энергия - это способность тела или системы тел совершать работу. Энергию разделяют на первичную (солнечная энергия, ветровые потоки, движение воды, энергия топлива, внутренняя теплота Земли, радиоактивные излучения и т.д.) и вторичную, которая вырабатывается за счет первичной, например на тепловых электростанциях.

Материя состоит из молекул и атомов, которые находятся в беспорядочном хаотическом движении.

Под энергией понимают различные формы движения материи. В зависимости от формы движения материи энергии принято разделять на механическую, тепловую, внутреннюю, электрическую, химическую, ядерную и др.

Тепловая энергия, или теплота тела, - это энергия беспорядочного движения микрочастиц.

Чем выше интенсивность движения этих частиц, тем больше тепловой энергией, или теплотой, располагает тело. Можно сказать, чем выше температура данного тела, тем большей тепловой энергией оно располагает.

В системе СИ за единицу измерения энергии, в том числе и тепловой, принят джоуль (Дж).

Для измерения тепловых величин применяют внесистемные единицы, за основу которых взята калория (кал) или килокалория (ккал). Килокалория (ккал) равна количеству тепла, которое необходимо передать 1 кг воды при атмосферном давлении для повышения его температуры на 1 °С. 1 ккал = 4,18-103 Дж.

Все виды энергии, один в большей, а другие в меньшей мере, обладают способностью переходить (превращаться) в другие виды, причем при переходе одного вида энергии в другой ее суммарное количество остается неизменным.

Это свойство энергии формируется как основной закон природы - закон сохранения и превращения энергии, открытый В.М. Ломоносовым: движение материи (энергия) не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а превращается из одной формы в другие в строго определенных количествах.

Разновидностью закона сохранения энергии является первый закон термодинамики: теплота и работа при определенных условиях могут преобразовываться друг в друга в эквивалентных количествах.

Можно и так: энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических и химических процессах.

Другими словами, за счет некоторого количества тепла можно совершить эквивалентную работу, т.е.

Q = AL,

где О количество теплоты, ккал; А совершаемая работа, кгс/м; Lтепловой эквивалент работы, полученный опытным путем и равный 1/427 ккал/кгс/м

В общем случае тепло, подведенное к телу, может не полностью затрачиваться на совершение работы, а частично расходоваться на изменение внутренней энергии тела. В том случае газ изменит свою внутреннюю энергию (нагреется), расширяясь, совершит работу и переместит поршень.

Внутренняя энергия - тела складывается из энергии поступательного и вращательного движения молекул, составляющих тело, энергии внутримолекулярных колебаний, потенциальной энергии сил сцепления между молекулами, внутримолекулярной, внутриатомной (энергии электронных оболочек атомов) и внутриядерной энергии.

Если первый Закон термодинамики характеризует процессы превращения энергии с количественной стороны, (то есть устанавливает количественное соотношение между теплом и работой при их взаимном превращении), то второй Закон термодинамики характеризует качественную сторону этих процессов (то есть определяет условия при которых происходят эти превращения).

Согласно второму Закону термодинамики невозможно превратить в работу все тепло, подведенное к рабочему телу.

Часть тепла необходимо отдать другому телу с более низкой температурой, то есть холодному источнику (конденсатору турбины, окружающей среде, в которую выбрасываются выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания или уходящие газы с котлов).

С точки зрения преобразования тепловой энергии в механическую, эта часть тепла оказывается потерянной. Таким образом, для периодически действующей машины - двигателя необходимо иметь два источника тепла: горячий, получаемый, например, за счет сгорания топлива, и холодный, например, конденсатор турбины.

Закону сохранения энергии подчинены все энергетические изменения, как в естественном виде в природе, так и в технике. Примером действия Закона превращения энергии в технике служит получение электричества.

На тепловой электрической станции первичная внутренняя энергия топлива при сгорании его в топках котлов превращается в тепло продуктов сгорания. Это тепло нагревает воду и превращает ее в пар, который подается на турбину.

В турбине тепловая энергия пара переходит в кинетическую энергию движущейся струи пара.

Пар, проходя с большой скоростью между лопатками турбины, заставляет ротор турбины вращаться.

Механическая энергия вала турбины передается электрогенератору, в котором она превращается в электрическую. Однако в процессе перехода энергии из одного вида в другой часть ее не удается полезно использовать. Это объясняется потерями энергии в конденсаторе турбины, с уходящими газами из котлов, рассеиванием тепла в окружающую среду, неполным сгоранием топлива, затратами на преодоление сил трения и т.д.

Степень полезного использования энергии при ее превращениях в устройствах и механизмах определяет коэффициент полезного действия (КПД) машины или установки. Таким образом, КПД (?) характеризует степень совершенства паросиловой установки, ее механизмов и устройств.

В современных паровых котлах удается использовать 90 - 95% внутренней энергии топлива.

Существует целый ряд различных формулировок второго закона термодинамики.

Наиболее общая формулировка второго закона термодинамики: любой самопроизвольный процесс является необратимым.

А вот частные случаи приведенной выше общей формулировки. Из числа частных формулировок следует отметить формулировку Клаузиуса - «...теплота не может сама собой переходить от более холодного тела к более нагретому».

А вот что говорит Планк - «Невозможно построить периодически действующую машину, все действия которой сводились бы к поднятию некоторого груза и охлаждению теплового источника».

Согласно последней формулировке для создания теплового двигателя необходимо иметь как минимум два тепловых источника.

2.1.3. Основные виды теплообмена, теплоемкость и энтальпия

Теплообмен, т.е. процесс переноса тепла, осуществляется тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Теплопроводность, примером теплопроводности является распространение тепла Q через плоскую разделительную стенку толщиной ? (рис. 1).

Распределение температур в плоской стенке


c:\users\kron\appdata\local\temp\finereader11\media\image1.jpeg

Рис. 1




Количество тепла, проходящего через стенку будет равно

,

где Q - количество тепла, проходящего через стенку, ккал/час; ? - коэффициент теплопроводности, ккал/м • ч • град; ? - толщина разделительной стенки, м; - разность температур между противоположными поверхностями разделительной стенки, °С; F - поверхность разделительной стенки, м2.

Конвекция - процесс переноса тепла благодаря перемещению нагретых частиц.

Излучение - процесс передачи тепла в виде лучистой энергии.

Нагретое тело излучает энергию в виде электромагнитных колебаний, другое тело поглощает энергию и нагревается.

В котельном агрегате тепло от продуктов сгорания к воде или пару передается при сложном теплообмене, то есть всеми тремя способами.

В топке большая часть тепла передается излучением, а в хвостовых поверхностях нагрева - конвекцией.

В обоих случаях тепло от продуктов сгорания к воде или пару передается через стенку трубы посредством теплопроводности. Внутренние или наружные отложения (загрязнения) поверхностей нагрева в виде накипи или отложений сажи снижают теплопроводность и вызывают перегрев металла труб.

Теплоемкость. Под удельной теплоемкостью (С) понимают количество тепла в ккал, которое необходимо затратить, чтобы нагреть 1 кг вещества на 1 °С. Удельная теплоемкость имеет размерность ккал/кг•град.

Теплоемкость газов зависит газов зависит от их природы, температуры и условий, в которых происходит нагревание или охлаждение.

Если процесс подвода тепла происходит при постоянном давлении, то тепло расходуется на нагревание газа и его расширение, то есть совершение работы.

При нагревании газа при постоянном объеме все тепло затрачивается на увеличение его внутренней энергии, то есть на повышение температуры газов.

В связи с этим теплоемкость газа при постоянном давлении Ср всегда больше теплоемкости при постоянном объеме С?.

В котельных установках чаще пользуются теплоемкостью при постоянном давлении, которую находят для определенных условий по таблицам и графикам.

Энтальпия (i) определяет работоспособность рабочего тела и для процессов, протекающих при постоянном давлении ?), численно равна количеству тепла, передаваемого рабочему телу в процессе его нагревания

i = C?t,

где г - энтальпия, ккал/кг; Ср - удельная теплоемкость газа при постоянном давлении, ккал/кг град; t - температура, °С

Из формулы видно, что с повышением температуры физического тела его энтальпия, а следовательно, и работоспособность увеличиваются.

2.1.4. Свойства водяного пара

Известно, что на поверхности воды непрерывно происходит процесс испарения, заключающейся в том, что отдельные молекулы покидают массу воды и переходят в воздух. Испарение - это естественный процесс, зависящей только от атмосферных условий.

Кипение, или преобразование, - процесс с образованием пара внутри жидкости, происходящей при непрерывном подводе тепла к массе жидкости. При этом каждому значению давления соответствует своя температура кипения (ts или tk , ).

Например, атмосферному давлению соответствует tk = 99,1 °С, при большем давлении температура кипения повышается, при меньшем - понижается.

Если кипение жидкости происходит в закрытом сосуде, то под жидкостью образуется пар, содержащий капельки влаги. Такой пар называется влажным насыщенным.

При этом температура влажного пара tH и кипящей жидкости одинакова и равна температура кипения tk .

Если продолжать непрерывно подводить тепло, то вся вода, включая распыленные капельки, превратятся в пар. Такой пар называют сухим насыщенным.

Температура сухого насыщенного пара также равна температуре кипения tk, соответствующей данному давлению.

Количество тепла, необходимое для полного превращения в пар 1 кг жидкости, нагретой до температуры кипения tk, называется скрытой теплотой парообразования. Величина скрытой теплоты парообразования зависит от давления, при котором происходит процесс парообразования. Так при атмосферном давлении скрытая теплота парообразования равна примерно 540 ккал/кг. Более высоким значениям давления насыщенного пара соответствует меньшая теплота парообразования, а более низким давлениям - большая теплота парообразования.

Однако энтальпия насыщенного пар с повышением давления до 40 кгс/см2 возрастает. Это объясняется, что с увеличением давления повышается температура кипения жидкости и, следовательно, ее энтальпия.

Таким образом, энтальпия 1 кг сухого насыщенного газа превышает энтальпию 1 кг кипящей воды при данном давлении на величину скрытой теплоты парообразования.

Для давления 14 кгс/см2 энтальпия сухого насыщенного пара в 3,4 раза превышает теплосодержание воды. Поэтому пар является более ценным теплоносителем, чем вода.

Энтальпия влажного насыщенного пара в отличие от сухого насыщенного пар не определяется однозначно для данного давления, а зависит от количества содержащейся в паре влаги. Величина, определяющая количество сухого пара в 1 кг влажного пара в процентах, называется степенью сухости пара, или паросодержанием (х).

При паросодержании равном х = 80%, количество сухого пара в 1 кг влажного насыщенного пара составляет 0,8 кг, остальное 0,2 кг приходятся на долю воды.

Очевидно, что паросодержание х = 100% отвечает состоянию сухого насыщенного пар, а х = 0 - состоянию кипящей жидкости.

Дальнейший нагрев сухого насыщенного пара при неизменном давлении приведет к повышению его температуры. Пар, температура /п которого для определенного давления превышает температуру насыщенного пара tH, называется перегретым.

Разность температур между перегретым и насыщенным паром (tn - tH) называется перегревом пара.

Перегретый пар не содержит капелек влаги и имеет более высокую по сравнению с насыщенным паром температуру, поэтому его энтальпия, а следовательно, и работоспособность выше. Таким образом, при использовании перегретого пара в качестве рабочего тела стремятся повысить его температуру.

  1   2   3   4   5   6   7


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации