Текст
АБРАМОВ и Б.И.ШЕИНИН
ТОПЛИВО
топки
И КОТЕЛЬНЫЕ
УСТАНОВКИ
ВВЕДЕНИЕ
Котельные установки в дореволюционной России находились
на низком техническом уровне. Применялись котлы несовершен-
ных конструкций, приспособленные лишь для сжигания высоко-
сортного топлива, с низким коэффициентом полезного действия.
В котельных того времени применялся исключительно тяжелый
ручной труд.
Однако и в тяжелых условиях дореволюционной России, когда
творческая мысль глушилась, русские ученые и техники созда-
вали' теоретические основы и практически осуществляли разви-
тие котельных установок. Выдающееся место среди них зани-
мает первый русский теплотехник Иван Иванович Ползунов
(1728—1766 гг.)—изобретатель паровой машины для привода
заводских механизмов, а также парового котла, снабженного
автоматическим питанием.
Велики заслуги в разработке теории парового котла русских
ученых-теплотехников П. П. Алымова, И. А. Вышнеградского,
Г. Ф. Деппа, А. П. Гавриленко, К. В. Кирша и других.
В 1864 г. П. П. Алымов опубликовал работу по расчету тяги
в паровых котлах. Проф. И. А. Вышнеградский в 1881 г. впер-
вые разработал вопросы динамической устойчивости парового
котла. В конце прошлого и в начале настоящего века проф. Г Ф.
Депп и проф. А. П. Гавриленко опубликовали труды по паровым
котлам, в которых были подробно изложены теоретические и
практические решения многих вопросов котельной техники.
Весьма многочисленны и плодотворны были труды проф.
К. В. Кирша (1877—1919 гг.) по разработке теории расчета па-
рового котла и использованию местных низкосортных топлив.
Многогранной была деятельность почетного члена Академии
наук СССР В. Г. Шухова — выдающегося конструктора, создав-
шего и внедрившего целесообразную и передовую для своего
времени конструкцию парового котла.
После Великой Октябрьской социалистической революции
советская котельная техника, как и все другие отрасли социали-
стического народного хозяйства, начала бурно развиваться.
При составлении плана ГОЭЛРО В. И. Ленин и И. В. Сталин
указывали на необходимость использования местных и низко-
сортных топлив. Эта задача была успешно разрешена советскими
3
учеными, в результате чего Советский Союз занимает теперь
первое место в мире по масштабам и совершенству использова-
ния низкосортных местных топлив.
В Советском Союзе исключительное развитие получила теп-
лофикация городов.
За годы довоенных пятилеток в Советском Союзе построено
большое количество теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), отпускаю-
щих электроэнергию и тепло для технологических и бытовых
нужд, использующих все достижения техники — пар высоких па-
раметров, высокопроизводительные агрегаты, автоматику.
В директивах XIX съезда Коммунистической партии Совет-
ского Союза по пятому пятилетнему плану предусматривается
дальнейшее строительство теплоэлектроцентралей и теплосетей
для осуществления широкой теплофикации городов и промыш-
ленных предприятий.
Наряду с мощными теплоэнергетическими установками в на-
шей стране имеются котельные установки средней и малой мощ-
ности, потребляющие большое количество топлива, также имею-
щие большое значение в народном хозяйстве.
Новые конструкции котлов и другого оборудования таких ко-
тельных установок созданы благодаря теоретическим исследова-
ниям, выполненным в Центральном научно-исследовательском
котлотурбинном институте им. И. И. Ползунова (ЦКТИ), Все-
союзном теплотехническом институте имени Ф. Э. Дзержинского
(ВТИ), Энергетическом институте им. Г М. Кржижановского
Академии наук СССР (ЭНИН), Академии коммунального хозяй-
ства им. К. Д. Памфилова (АКХ), Всесоюзном научно-иссле-
довательском институте санитарно-технического оборудования
(ВНИИСТО).
Новые конструкции котлов и топок в СССР разрабатываются
на основе теоретических исследований, подтверждаемых опытом.
К таким исследованиям относятся: теория моделирования тепло-
вых устройств, созданная академиком М. В. Кирпичевым, метод
расчета циркуляции в котлах, разработанный под руководством
члена-корреспондента Академии наук СССР М. А. Стыриковича,
теория топочных процессов, развитая в трудах проф. Г Ф.
Кнорре, и т. д.
В пятой пятилетке будут введены в действие новые заводы и
закончена реконструкция действующих заводов энергетического
машиностроения. Это обеспечит значительное развитие производ-
ства энергетического оборудования и приведет к дальнейшему
подъему и успехам развития советской теплоэнергетики.
Настоящее учебное пособие составлено в соответствии с про-
граммой, утвержденной Главным управлением учебными заведе-
ниями Министерства коммунального хозяйства РСФСР.
Ввиду ограниченного объема книги некоторые вопросы,
в частности расчеты циркуляции и теплопередачи в котлах, даны
в сокращенном изложении.
ГЛАВА I
ЭЛЕМЕНТЫ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Котельные установки предназначаются для выработки и от-
пуска водяного пара или подогретой воды. При выработке пара
они именуются паровыми котельными установками, при по-
догреве воды — водогрейными котельными установками.
В паровых котельных установках рабочее тело (вода) меняет
свое агрегатное состояние, переходя из жидкого состояния в па-
рообразное; в водогрейных котельных установках изменения аг-
регатного состояния воды не происходит.
Процесс получения водяного пара или подогретой воды осу-
ществляется в котельном агрегате, состоящем из основных и
вспомогательных элементов.
К основным элементам котельного агрегата относятся:
топочное устройство, котел, пароперегрева-
тель (в паровом кртельном агрегате), водяной эконо-
майзер и воздухоподогреватель (рис. 1).
В топке (топочном устройстве) происходит процесс сгора-
ния топлива, сопровождающийся выделением тепла. Это тепло
воспринимается поверхностями нагрева котла для парообразова-
ния (в паровых котлах) или подогрева воды (в водогрейных
котлах). В том случае, когда требуется перегретый пар, котел
снабжают пароперегревателем, состоящим из трубча-
тых змеевиков, воспринимающих теплоту продуктов сгорания
топлива; по этим змеевикам пропускается насыщенный пар из
котла. Для обеспечения передачи тепла дымовых газов стенкам
котла в последнем устраиваются газоходы, в них располо-
жены поверхности нагрева котла, омываемые с одной стороны
дымовыми газами, а с другой стороны — водой, заполняющей
водяное пространство котла. В водогрейных котлах водяное про-
странство равно всему объему металлической части котла; в па-
ровых котлах часть объема котла заполнена водой и составляет
его водяное пространство, а другая часть заполнена
паром и называется паровым пространством котла.
Поверхность, разделяющая водяное пространство котла от паро-
вого, называется зеркалом испарения.
Котлы, служащие для отопительно-производственных целей,
могут быть подразделены на две категории:
5
а) водогрейные котлы с температурой подогретой воды не
свыше 115° С и паровые котлы с давлением пара не свыше
0,7 ати;
б) водогрейные котлы с температурой подогретой воды свыше
115° С и паровые котлы с давлением пара свыше 0,7 ати.
Котлы первой категории считаются более безопасными, и по-
этому к ним предъявляются иные конструктивные и технологиче-
ские требования, чем к котлам второй категории.
Дымовые газы, выходящие из топки, омывают поверхность
нагрева котла, отдают ей часть заключенного в них тепла и по-
Рис. 1. Схема котельного агрегата:
/ — топка; 2 — котел; 3 — пароперегреватель; 4 —дымоходы; 5 — водяной эко-
номайзер; 6 — заслонка; 7— боров; 8— дымовая труба; 9— питательный бак;
10 — добавочная вода; 11 — питательный насос; 12 -- возврат конденсата; 13 —
воздух; 14 — топливо; 15 — перегретый пар; 16 — насыщенный пар; 17 — го-
рячая вода.
кидают котел с более или менее высокой температурой. Для до-
полнительного использования тепла, содержащегося в дымовых
газах, уходящих из котла, за последним устанавливаются так
называемые хвостовые поверхности нагрева: водяной эко-
номайзер, в котором подогревается вода; идущая на питание
котла, и воздушный подогреватель, в котором подо-
гревается воздух, направляемый в топку для обеспечения сго-
рания топлива. В зависимости от местных условий хвостовые по-
верхности нагрева в котельном агрегате иногда не устанавлива-
ются или устанавливается только одно из описанных устройств.
Кроме перечисленного основного оборудования, котельный
агрегат должен иметь вспомогательное оборудование, к которому
относятся тяговое устройство, дутьевая уста-
новка, питательные или циркуляционные на-
сосы, золоулавливающие устройства, т р у б о *
проводы, приборы контроля и автоматики.
6
Тяговое устройство предназначается для создания
разрежения в газоходах котельной установки, необходимого для
удаления в атмосферу охлажденных дымовых газов и преодоле-
ния сопротивлений при их движении в газоходах установки,
к тяговым устройствам принадлежат дымососы (искусствен-
ные тяговые устройства) и дымовая труба, которая яв-
ляется естественным тяговым устройством.
Дутьевая установка состоит из вентиляторов и воз-
духоводов, служащих для подачи воздуха в топку котельного
агрегата.
Питательные насосы служат для подачи воды через
водяной экономайзер в паровой котел.
В котельной устанавливаются баки питательной воды, в кото-
рые поступает конденсат пара, возвращаемый от потребляющей
пар аппаратуры, и подводится добавочная вода. Питательный
насос забирает воду из этих питательных баков и подает ее
в паровой котел.
Водогрейные котельные установки оборудуются циркуля
ционными насосами. В таких установках трубопровод
обратной воды отопительной системы присоединяется к циркуля-
ционному насосу, который прокачивает воду через котел и затем
по нагнетательному трубопроводу — в отопительную систему. Та-
ким образом, котел включается в контур циркуляции воды через
отопительную систему.
Зю л оул а в л и в а ющи е устройства размещаются в
газовом тракте котельной установки для очистки дымовых газов
от летучей золы в целях уменьшения загрязнения окружающей
'территории золой в результате ее уноса через дымовую трубу.
Котельная установка снабжается питательным тру-
бопроводом, паропроводом, продувочным тру
бопроводом и прочими трубопроводами служебного на-
значения.
Для контроля и автоматического регулирования процессов,
протекающих в котельной установке, служат приборы теплового
контроля и автоматики.
Для обеспечения котельных агрегатов топливом служит обо-
рудование топливоподачи, предназначенное для перемещения
топлива со склада в котельную и в пределах котельной — к от-
дельным котельным агрегатам.
Для уборки из котельной шлака и золы, накапливающихся
в топках и газоходах котлов, применяется оборудование
золоудаления.
Важное значение в схеме котельной установки имеет водопод-
готовка, которая осуществляет умягчение сырой добавочной воды,
идущей, для питания котлов. Отопительно-производственные
котлы в большинстве случаев снабжаются устройствами для
впутрикотловой водообработки, улучшающими качество котло-
вой воды. •
Для обеспечения надлежащих санитарно-гигиенических усло-
вий труда котельная установка оборудуется вентиляционными
устройствами.
Таким образом, котельная установка представляет собой соче-
тание разнообразного оборудования. Производительность этого
оборудования во всех звеньях должна находиться в соответствии
с теплопроизводительностью котельной. Оборудование котельной
установки должно работать экономично, надежно и безаварийно,
с наименьшей затратой ручного труда.
Эти требования необходимо учитывать при разработке проекта
котельной установки. При этом должны быть учтены достижения
и опыт научно-исследовательских организаций, заводов-изготови-
телей оборудования и передовых эксплуатационных организаций.
Развитие отопительно-производственных котельных установок
в СССР направлено на всемерное повышение экономичности
топливоиспользования, в частности при сжигании низкосортных
топлив. Важность этой задачи становится бчевидной, если учесть,
что каждый процент экономии топлива, расходуемого в Совет-
ском Союзе, означает сохранение нескольких сот тысяч тонн
условного топлива в год.
За годы довоенных пятилеток освоены экономичные способы
сжигания более 60 сортов топлива, созданы новые советские кон-
струкции ручных, полумеханических и механических топок для
высокоэкономичного сжигания низкосортных топлив. Если раньше
коэффициент полезного действия (к. п. д.) отопительно-производ-
ственной котельной установки при сжигании высокосортного топ-
лива н*е превышал 50:- 60%, то теперь такой к. п. д. считается
низким, характеризующим несовершенство установки.
Развитие котельных установок направлено по пути возможно
более полной механизации трудоемких процессов по доставке и
разгрузке топлива, обслуживанию топок, уборке золы и шлака
и т. д. Созданы советские конструкции устройств для механиза-
ции этих процессов; эти устройства все более широко внедря-
ются в отопительно-производственные котельные установки.
Вместе с развитием в СССР газовой промышленности нача-
лось применение в отопительно-производственных котельных
установках газообразного топлива; это значительно улучшает са-
нитарно-технические условия местности, где расположена котель-
ная установка, а также облегчает нормальные условия эксплуа-
тации котлов.
Для повышения культуры и экономичности эксплуатации
современные котельные установки оснащаются контрольно-изме-
рительными приборами и устройствами автоматики; в отопи-
тельно-производственных котельных установках эти приборы и
устройства должны получить широкое применение.
ГЛАВА II
ТОПЛИВО
Топливом является любое горючее вещество, которое по тех-
ническим и экономическим соображениям выгодно применять
в промышленности и быту в качестве источника тепловой энер-
гии. Например, ценные породы дерева, так называемый строевой
лес, в качестве топлива (дров) не применяются. Нефть в виде
котельного топлива также не применяется, так как ее перера-
ботка более выгодна.
Все виды топлива могут быть разделены по физическому
(агрегатному) состоянию на твердые, жидкие и газообразные.
К основным видам твердого топлива относятся: антрацит, ка-
менный уголь, бурый уголь, торф, сланцы и дрова.
В качестве жидкого топлива используются продукты пере-
гонки нефти: мазут, керосин, бензин и др.
Газообразное топливо применяется в виде натурального или
естественного газа, генераторного, коксового или газа подземной
газификации.
Топливо каждого из этих видов может быть, в свою очередь,
подразделено на естественное и искусственное.
Естественное топливо применяется в том виде, в каком оно
имеется в природе, без особой его переработки.
Искусственным называется топливо, полученное из естествен-
ного путем физической или химической его переработки.
Классификация различных видов топлива приведена в табл. 1.
(см. стр. 10).
Топливо, предназначаемое для использования вблизи места
его добычи или являющееся отходом производства, например
опилки, одубина и т. п., называется местным.
Топливо с высоким содержанием золы и влаги называется
низкосортным.
В энергетическом балансе народного хозяйства СССР топливо
как источник энергии занимает главное место.
Запасы ископаемых углей СССР составляют значительную
часть мировых запасов. По запасам древесины, торфа и нефти
СССР занимает первое место в мире.
Непрерывно ведущаяся геологическая разведка открывает все
новые месторождения и запасы топлива в СССР. В пятом пяти-
9
Таблица 1
Классификация топлив
Агрегатное состояние Естественные виды топлива Искусственные виды топлива
Твердое Каменные угли, антраци- а) Брикеты: древесные, тор-
топливо ты, бурые угли, торф, го- фяные, каменноугольные, ан-
рючие сланцы, дрова, трацитовые
отходы промышленности б) Кокс торфяной и каменно-
и сельского хозяйства: угольный, древесный уголь,
опилки, щепа, одубина, полукокс, кокс газовых заво-
лузга, костра и пр. дов
Жидкое а) Нефтяные продукты:
топливо бензин, керосин, мазуты, смолы, бензол, толуол, смоля- ные масла б) Продукты гидрогенизации твердых топлив в) Спирт этиловый и метило- вый г) Коллоидальное топливо (смесь мазута с угольной пылью)
Газооб- Природный газ Газ доменный коксовый, гене-
разное раторный, карбюрированный
топливо К р е к и н г-газ и газ подземной газификации
летнем плане развития СССР предусматривается дальнейшее
расширение работ по разведке природных богатств в недрах, вы-
явлению запасов полезных ископаемых.
В Советском Союзе осуществляются планомерные мероприя-
тия по рационализации использования топлива и сокращению по-
терь тепла. Таким путем высвобождаются дополнительные ре-
сурсы тепловой энергии, направляемые на полезные цели, на
ускорение темпов развития народного хозяйства.
Природные запасы и рациональное использование топлива
в СССР обеспечивают возможность осуществления невиданных
темпов дальнейшего роста социалистического народного хо-
зяйства.
Раскрытие топливных богатств СССР стало возможным
благодаря проведению в жизнь указаний В. И. Ленина и
И. В. Сталина о топливе в социалистическом хозяйстве.
В. И. Лениным еще в апреле 1918 г. в знаменитом «Наброске
плана научно-технических работ» была поставлена как основная
задача «Использование пепервоклассиых сортов топлива (торф,
10
уголь худших сортов) для получения электрической энергии
с наименьшими затратами на добычу и перевоз горючего».1
План ГОЭЛРО развивает конкретно эту установку и преду-
сматривает строительство электростанций на местных низкосорт-
ных топливах: подмосковном угле, торфе, сланцах, антрацитовом
штыбе. Как известно, этот план был значительно перевыполнен.
И. В. Сталин в докладе на XVII съезде В КП (б) поставил,
как первоочередную, задачу: «Развернуть во-всю добычу мест-
ных углей во всех известных уже районах, организовать новые
районы угледобычи...»?
В директивах XIX съезда партии по пятому пятилетнему
плану развития СССР предусматриваются увеличение ввода
в действие мощностей угольных шахт, рост добычи торфа, даль-
нейшее развитие добычи местных углей.
Использование низкосортных местных топлив, разработка
рациональных методов их сжигания с высоким коэффициентом
полезного действия и построение топливного баланса страны на
всемерном развитии местных топливных баз — таковы основные
направления развития топливного хозяйства СССР.
За годы Советской власти, кроме Донецкого угольного
бассейна, грандиозное развитие получил мощный Кузнецкий
угольный бассейн, запдсы которого в несколько раз превосходят
зарасы Донецкого бассейна, а угли отличаются весьма высоким
качеством — малым содержанием серы и золы. Вместе с тем раз-
вивались и старые угольные бассейны — Подмосковный, Ураль-
ский, новые месторождения — карагандинское в Казахской ССР,
печорское, среднеазиатские, дальневосточные и т. д.
Одновременно большое внимание было уделено развитию до-
бычи торфа и горючих сланцев. Значительно расширены районы
добычи нефти. Кроме бакинского и грозненского, бурно развива-
ются нефтепромыслы «Второго Баку» на юго-востоке европей-
ской части СССР, между Волгой и Южным Приуральем, а также
в Западной Украине, на Сахалине и т. д.
В широких масштабах началось использование богатейших
запасов природных газов. Построены газопроводы Саратов —
Москва протяженностью 850 км, Дашава — Киев протяженностью
526 км, проложен газопровод Кохтла-Ярве — Ленинград, по ко-
торому подается в Ленинград искусственный газ, получаемый
после переработки горючих сланцев Прибалтийского бассейна.
Директивы XIX съезда партии по пятому пятилетнему плану
развития СССР предусматривают дальнейшее развитие газовой
промышленности: увеличение за пятилетие на 80% добычи при-
родного и попутного нефтяного газа, а также производства газа
из угля и сланцев. 1 2
1 В. И. Ленин. Собрание сочинений. Т. 27 М, Господитиздат, 1952,
стр. 288—289.
2 И. В. Сталин. Собрание сочинений. Т 13. М, Госполитиздат, 1951,
316.
11
В Советском Союзе реализована идея подземной газифика-
ции углей, предложенная Д. И. Менделеевым еще в конце про-
шлого столетия.
В. И. Ленин в то время оценил великое социальное значение
идеи подземной газификации углей. В его статье «Одна из вели-
ких побед техники» с исключительной полнотой изложены пер-
спективы реализации ,идеи подземной газификации каменного
угля, принадлежащей по своей социальной природе не капита-
лизму, а социализму. В. И. Ленин писал: «Переворот в промыш-
ленности, вызванный этим открытием, будет огромен. Но послед-
ствия этого переворота для всей общественной жизни в совре-
менном капиталистическом строе будут совсем не те, какие
вызвало бы это открытие при социализме. При капитализме
«освобождение» труда миллионов горнорабочих, занятых добы-
ванием угля, породит неизбежно массовую безработицу, громад-
ный рост нищеты, ухудшение положения рабочих».1
В. И. Ленин и И. В. Сталин рассматривали подземную гази-
фикацию углей как узловую проблему, имеющую огромное зна-
чение для социалистического народного хозяйства.
В настоящее время в ряде мест уже действуют станции под-
земной газификации углей.
Состав топлива
Свойства топлива, которые необходимо учитывать при орга-
низации и осуществлении процесса его сжигания, определяются
следующими характеристиками:
1) химическим составом;
2) теплотворной способностью;
3) содержанием летучих веществ (в твердом топливе);
4) температурой плавления золы (твердого топлива).
Химический состав рабочей массы твердого и жидкого топ-
лива, т. е. той действительной массы, которая поступает в ко-
тельную установку для сжигания, определяется содержанием
в процентах по весу (рис. 2):
углерода СР %
водорода НР %
кислорода ОР %
азота НР %
серы SP %
золы АР %
влаги WP %
Отсюда следует, что
Ср 4- Нр + Ор + Np + Sp + Ар + Wp = 100 %.
В. И. Ленин. Собрание сочинений. Т. 19. М., Господ итиэ дат, 1952,
стр. 42.
12
Рис. 2. Элементарный
состав рабочего топлива.
Влага топлива (U/''%) состоит из внешней и внутреП-
й гигроскопической влаги. Если пробу топлива подвергнуть
МеИ ственной сушке до сохранения постоянного веса, то из нее
еСТляется внешняя влага. Если же затем пробу топлива
Уместить в сушильный шкаф, где поддерживается температура
105° С, то вес этой пробы будет уменьшаться дополнительно
вследствие удаления гигроскопиче-
ской влаги. После полного высушива-
ния топливо будет абсолютно сухим; его
химический состав выразится суммой:
<44// дг=1оо%,
где: Сс, Нс, Ос Nc 5е Ас — соответ-
ствующие элементы состава сухой массы
топлива в процентах по весу.
Зола топлива представляет со-
бой минеральный остаток, образующийся
после сжигания топлива. В технических
анализах топлива содержание золы
дается обычно в процентах на сухую
массу (Лг%).
Сера топлива состоит из органи-
ческой (50рг) и колчеданной (SJ серы.
Органическая сера связана с горючими
элементами топлива в виде сложных ор-
ганических соединений. Колчеданная сера
входит в состав топлива в виде колче-
дана (FeS2).
Органическая и колчеданная ‘сера яв-
ляется летучей серой, участвующей в го-
рении. Кроме летучей серы, в топливе
возможно присутствие сульфатной серы
(Sfm), входящей в состав золы в виде солей серной кислоты
(CaSO4, FeSO4 и др.).
Принято считать балластом рабочего топлива (Б) сумму:
• Б = Ар 4- Wp %.
Горючей массой условно называется безводный и без-
зольный состав топлив, т. е. состав, выражаемый суммой:
СгД-/7г4-Ог + М+ 5г=100%.
Условно все содержание серы отнесено к горючей массе, т. е.:
13
Если из горючей массы исключить серу, то остающийся со-
став массы топлива называется органическим и выражается
суммой:
Со + Я° + О° + ^=100%.
Для запоминания состава различных масс топлива можно
пользоваться следующей схемой, предложенной Всесоюзным теп-
лотехническим институтом им. Ф. Э. Дзержинского:
Индекс Состав массы топлива
с | н 1 О N 8г А
о Органическая масса
г Горючая масса
с 1 1 Сухая масса
р 1 Рабочая масса
Важно уметь, в частности для практических целей, произво-
дить пересчеты состава топлива от одной массы топлива на
другую.
Пусть задан состав горючей массы топлива в процентах по
весу:
Сг + Нг Ог + М + 5г = 10Ь%.
Пусть, кроме того, техническим аналемм определено содер-
жание золы в сухой массе (Д6 %) и влаги ^рабочей массе (U/'°/o).
Содержание золы в процентах по весу рабочей массы (Др),
будет меньше, чем А' оно подсчитывается по формуле:
ДР^-Д*. 100-
_ юс - я’"
(1)
Рабочая масса топлива отличается от горючей тем, что в ней
содержатся еще зола и влага (ДРЦ- W?); поэтому содержание
остальных элементов в рабочей массе в процентах по весу опре-
деляется путем умножения соответствующих величин состава го-
рючей массы на множитель:
100 —(л^ + wf)
100
Таким образом, например:
ср сг 100 - (др + Wf)
14
Сумма полученных таким пересчетом значений: (Ср-\--Нр
Sp -[Op-\-Np) и Wp) должна составить 100%.
Состав горючей массы топлива какого-либо определенного
месторождения остается более или менее стабильным. В особен*
ности это справедливо для антрацитов и каменных углей. Поэтому
в эксплуатации, зная состав горючей массы данного топлива по
стандарту или по химическому анализу, можно для каждой по-
ступающей партии топлива подсчитать состав рабочей массы.
Для этого достаточно произвести технический анализ пробы этого
топлива, определив содержание золы и влаги, что можно выпол-
нить в любой химической лаборатории.
Для правильной постановки эксплуатации теплового хозяй-
ства необходимо следить за качеством поступающего топлива
путем осуществления систематического контроля его химиче-
ского состава.
В качестве примера в табл. 2 приведены результаты пере-
счета состава различных масс антрацита марки АСШ, у которого:
Сг = 93,0%; /Уг=1,8%; У = 2,2%;
Ог = 2,0%; N'= 1,0%; Ас=18,2%; Wp = 5,5%.
Таблица 2
Состав массы
В % по весу
Сумма
Органической
Горючей
Сухой .
Рабочей
95,1
93,0
76,1
71,9
1,8
1,8
1,5
1,4
2,1
2,0
1,6
1,5
1,0
1,0
0,8
2,2 -
1,8 18,2
1,7 17,2
100,0
100,0
100,0
100,0
Состав газообразного топлива задается в процентах по объ-
ему в сухом состоянии. Сумма содержания азота и углекислоты
в газообразном топливе является его балластом, т. е.:
* S = 4~COf% (по объему).
Весьма важной характеристикой твердого топлива является
выход летучих веществ на горючую массу (Уг%). Если навеску
измельченного топлива весом около 1 г поместить в закрытый
крышкой фарфоровый тигель и подвергнуть нагреванию без до-
15
ступа воздуха при температуре 850° С, то будет происходить
сухая перегонка топлива. Нелетучий остаток в тигле, образую-
щийся после удаления летучих, называется коксом (см. рис. 2).
По разности между весом исходного вещества и весом нелету-
чего остатка определяют выход летучих веществ; его обычно
пересчитывают на горючую массу топлива. Значение выхода ле-
тучих веществ до некоторой степени условно, так как оно зави-
сит от температуры нагревания тигля, при которой производится
сухая перегонка топлива.
Содержание летучих веществ в топливе обусловливает его
поведение при сгорании. Топливо с большим выходом летучих
веществ легче воспламеняется; его сгорание протекает более
устойчиво. Процесс сгорания топлива с малым выходом летучих
веществ сосредоточен преимущественно в слое топлива, лежа-
щем на колосниковой решетке; это приводит к повышению тем-
пературного уровня слоя топлива, вследствие чего создается воз-
можность плавления золы и образования жидкого шлака, запол-
няющего прозоры между колосниками.
Для оценки качества топлива немаловажное значение имеет
плавкость его золы. Она характеризуется температурой жидко-
плавкого состояния, а также температурами начала деформации
и размягчения. Большая часть сортов отечественного топлива
отличается сравнительно невысокой температурой жидкоплавкого
состояния золы.
Теплотворная способность топлива
Теплотворной способностью топлива назы-
вается количество тепла, которое выделяется
при полном сгорании 1 кг твердого или жид
кого топлива или 1 нм3 газообразного топлива.
Различают высшую и низшую теплотворную способ-
ность.
За высшую теплотворную способность (Qe) принимают все
количество тепла, выделенное 1 кг топлива при его полж м сго-
рании, причем считается, что водяные пары, образующиеся при
сгорании топлива, конденсируются в воду.
Низшей теплотворной способностью (Qh) называется количе-
ство тепла, выделяемое 1 кг топлива при его полном сгорании,
за вычетом того количества тепла, которое затрачено, на испаре-
ние влаги, содержащейся в топливе, а также воды, получаемой
в результате сгорания водорода топлива.
При сжигании 1 кг рабочей массы твердого или жидкого топ-
лива образуется следующее весовое количество водяных паров:
у/р
а) от испарения влаги топлива — в количестве --—- кг/кг\
16
б) от сгорания водорода топлива по химической реакции:
2На + О2 = 2Н2О;
4 кг Н2 32 кг О2 — 36 кг I1,0.
Следовательно, при сгорании 1 кг Н2 образуется 9 кг воды.
В 1 кг топлива содержится водорода:
Нр /
- кг кг,
100
При сгорании этого количества водорода образуется весовое
количество водяных паров:
9НР .
---- кг кг.
100 '
Таким образом, всего [а) 4“ 6)1 образуется водяных паров:
Wp , 9НР
100 ‘ 100
кг[кг.
На испарение 1 кг влаги тратится около 600 ккал/кг, поэтому
при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива на ис-
парение влаги тратится тепла топлива:
6001 — + — ) = 6U7P + 54//p ккал>кг.
\ 100 100 7 1
Отсюда следует, что низшая теплотворная способность рабо-
чей массы топлива (Qp) может быть подсчитана по формуле:
Qp = QP - (б Wp-\- 54НР) ккал!кг, (3)
где QPe — высшая теплотворная способность рабочей массы
топлива.
Для экспериментального определения теплотворной способно-
сти топлива применяется калориметрическая бомба (рис. 3),
представляющая собой толстостенный стакан 4 из кислотоупор-
ной стали диаметром около 80 мм и высотой около 300 мм,
с герметически навинчиваемой толстой крышкой 5. Этот стакан
помещают в водяной калориметр 6, В чашку 1 бомбы помещают
пробу топлива в виде брикетика весом около 1 г. Брикетик вос-
пламеняется при помогай нагретой электрическим током прово-
локи и сгорает в атмосфере чистого кислорода под давлением
около 25 атм. По количеству тепла, воспринимаемого при этом
jank2003@ukr.net
2 За^. ' 17
водяным калориметром, можно определить теплотворную спо-
собность топлива. Так как водяные пары, образующиеся при
сгорании пробы топлива, конденсируются в бомбе, отдавая тепло
калориметру, то по калори-
метрической бомбе находит-
ся высшая теплотворная спо-
собность топлива. При опре-
делении теплотворной спо-
собности топлива по бомбе
Рис. 3. Калориметрическая установка:
/ — чашка для образца топлива; 2—механизм для привода мешалки;
& — термометр; 4 — толстостенный стакан бомбы; & — крышка бомбы;
6 — калориметр.
нужно внести поправки на тепло, выделившееся при сгорании
проволоки и на образование азотной и серной кислот в бомбе.
Отметим, что высшая теплотворная способность горючей
массы (Q*) топлива определенного месторождения остается
18
почти стабильйой и может быть заранее известна. Для подсчета
по ней низшей теплотворной способности рабочей массы топлива
следует пользоваться формулой:
(У = Qp — 6 Wp—54НР = Q* 10°— + wfl
н ‘ 8 100
-6WP—54HP ккал/кг. (4)
Так как в котельных установках Продукты сгорания не охла-
ждаются до температуры ниже 100° С, то в них конденсация во-
дяных паров не происходит; поэтому в технических расчетах сле-
дует пользоваться значениями низшей теплотворной способности
топлива (Q*).
Для определения теплотворной способности отечественных
видов топлива по их химическому составу следует пользоваться
формулой Д. И. Менделеева:
а) для высшей теплотворной способности рабочей массы:
Qp = 8\СР + ЗООНР-26 (О' - S') ккал/кг- (5)
б) для низшей теплотворной способности рабочей массы:
Q' = 81С'Ч- 246 И”- 26 (O'-S') - 6ir₽ ккал/кг. (6)
Для возможности сравнения величины топливопотребления и
тепловой экономичности установок, работающих на разных топ-
ливах, введено понятие об условном топливе, теплотвор-
ную способность которого принимают равной 7000 ккал/кг. Для
пересчета количества натурального топлива в условное пользу-
ются так называемыми калориметрическими эквивалентами, ко-
торые представляют собой отношение:
0р
3=--^-кг/кг. (7)
усл 7000 1 7
Если данное предприятие сжигает за определенный промежу-
ток времени В1 кг топлива с теплотворной способностью
то пересчет расхода топлива на условное производится по фор-
в®н
муле Вусл— 7QOO кг.
Понятием об условном топливе пользуются при планировании
ч опл ивопотр ебл ени я.
Следует отметить условность значейий калориметрических
эквивалентов топлива, так как они не учитывают условий сжи-
гания и использование топлива, специфичных для каждой уста-
новки.
2*
19
Пример. Определить низшую теплотворную способность
рабочей массы антрацита марки АШ, имеющего следующий со-
став горючей массы:
Сг = 92,5%; №=1,8%; 5г = 2,2%; Ог = 2,5%; № = 1,0%
если известны:
Ас = 20,0%; V7p = 6,0% и Q* =8120 ккал/кг.
Решение. Низшую теплотворную способность рабочей
массы определяем по формуле (4):
QPH = Q* 10°~\щ+ ~ - 6WP-54 Нр к кал/кг.
Содержание золы в рабочей массе (Ар%) находим по фор-
муле пересчета:
r = A. т>-^=20.!^=188%.
100 100 ’
По формуле пересчета (2) подсчитываем:
ир =Н' 100-(№+ ^) = ! 8 . 100-(18,8+ 6,0) _ j 4
100 ’ ’ 100 ’°*
И, следовательно:
syP oi пл 160 — (18,8 + 6,0)
Q„ = 8120------ 100 ^ - 6-6,0 - 54-1,4 6000 ккал{кг.
Пользуясь формулой Д. И. Менделеева, получаем:
Qp = 81 Ср + 24б№- 2б'(</- №) - 6 Wp
= [81 • 92,5 + 246 • 1,8 - 26 (2,5 - 2,2)] — ~+ 6,0) -
—6*6,0^5910 ккал!кг.
Разница между подсчитанными значениями равна всего
90 ккал/кг. Таким образом, точность определения теплотворной
способности топлива по формуле Д. И. Менделеева вполне удов-
летворительна.
Пример. В котельной в течение месяца сжигается Вмес =
= 185 г подмосковного угля с теплотворной способностью
= 2620 ккал/кг. Определить расход условного топлива.
20
решение. Расход условного топлива подсчитываем по фор-
муле (7):
(?£ 2620
Вусл = Эусл' &мес = • Вмес = 7000 1 69,2 mlMCC-
Характеристики топлив СССР
Характеристики типичных топлив СССР приведены в табл. 3.
Особенности различных видов топлива следующие.
Дрова. Воздушно-сухие дрова имеют влажность около 30%;
влажность свежесрубленных дров достигает 50%.
Состав горючей массы дров разных пород остается почти
одинаковым. Теплотворная способность 1 м3 дров зависит от со-
держания влаги. Выход летучих веществ на горючую массу
(Кг) составляет 85%, поэтому процесс сгорания дров происхо-
дит хорошо как на решетке, так и в топочном объеме.
По запасам древесины СССР занимает первое место в мире.
Однако ввиду высокой ценности древесины ее использование
в качестве топлива должно допускаться лишь в случаях невоз-
можности замены каким-либо другим топливом.
Торф. Это топливо представляет собой продукт разложения
растительных остатков в воде без доступа воздуха. В результате
этого процесса содержание кислорода в разлагающемся мате-
риале понижается при одновременном повышении содержания
углерода в образующемся торфе. Наряду с этим торф отли-
чается сравнительно большим содержанием азота. Состав торфа,
даже одного и того же торфяного массива, нередко сильно
колеблется.
В Советском. Союзе сосредоточено свыше 3/4 мировых запа-
сов торфа; они имеются во всех районах страны.
Применяются три способа добычи торфа: машинноформовоч-
ный, гидравлический и фрезерный. При машинноформовочном
способе добычи торф подается из болота в пресс, в котором прес-
суется в кирпичи,’ распределяемые затем на поля для воздушной
сушки. Добыча машинноформовочного торфа весьма трудоемка,
а условия труда неблагоприятны.
Гидравлический способ был предложен русским инженером
Р Э. Классовом. Гидроторф добывается путем размывания тор-
фяной залежи струей воды под значительным давлением; обра-
зующаяся жидкая масса забирается торфососами и подается на
поля сушки; высуженный на полях торф разрезается на кирпичи.
При фрезерном способе добычи торфяная масса фрезеруется
на крошку специальными барабанами с ножами и затем под-
вергается воздушной сушке.
Так как влажность сырого торфа доходит до 90%, то крайне
важно обеспечить хорошую его подсушку. Качество естественной
21
Таблица 3
Характеристики некоторых типовых топлив СССР
(по данным ВТИ)
| № п/п. 1 Район, месторождение Название топлива Марка Рабочая масса топлива Макси- мальная
Средний состав теплотворная способность QP\ выход лету- чих И2 влажность Wp зольность Ае
117 АР sp СР HP NP OP
% % % % % % % % ккал кг % % %
1 Дрова — 40,0 0,6 — 30,3 3,6 0,4 25,1 2440 85 45,0
2 Торф: 40,0 6,6
кусковой — — 0,2 30,9 3,2 1,3 17,8 2560 70 53,0 —
фрезерный . — 50,0 5,5 — 0,1 25,7 2,7 1,1 14,9 2030 70 55,0 —
3 Подмосковный Бурый уголь . БР 33,0 27,0 1,3 1,1 26,8 2,0 0,5 8,3 2300 45 37,0 45,0
бассейн
4 Украинская ССР, » » <БР 55,0 15,8 0,4 1,0 19,5 1,8 0,2 6,3 1510 57 60,0 50,0
Александрий-
ское
5 Донецкий бассёйн Длинно-пламен-
ный . Д 12,0 19,8 2,4 1,6 51,1 3,7 1,1 8,3 4900 43 16,0 30,0
Газовый Г 8,0 ' 14,7 1,9 1,4 62,2 4,2 1,2 6,4 5900 39 11,0 25,0
Паровичный
пж 6,0
жирный 18,8 3,6 62,5 3,8 1,1 4,2 5980 32 10,0 30,0
Тощий т 6,0 17,0 1,0 0,7 69,3 3,2 1,2 1,6 6320 12 12,0 27,0
АС 6,0 13,2 1,1 0,6 75,2 1,5 0,8 1,6 6400 4 9,0 22,0
Антрацит { АРШ , АШ ПП мокр. 8,0 20,0 1,0 0,6 66,6 1,3 0,7 1,8 5660 4 12,0 30,0
Промпродукт 7,0 . 41,8 2,6 0,6 40,9 2,8 0,9 3,4 3850 30 14,0 50,0
- । 1
6 Кузнецкий бас- Паровичный
7 сейн, Анжеро- Судженское Кемеровское Карагандинский спекающийся То же . Паровичный
8 бассейн Урал: ^Кизелевское жирный То же
9 Богословское Егоршинское Коми АССР, Воркутское Грузинская ССР: Ткварчельское Тквибульское Ленинградская Бурый рядовой Антрацит рядо- вой Паровичный
10 11 жирный То же . Газовый Горючие сланцы
12 область, Гдон- ское Куйбышевская То же
13 область, Ка- шпирское Мазут малосер- нистый Многосернистый
i
ПС 6,0 12,2
ПС 8,0 14,0
ПЖ 8,0 26,0
пж 9,0 30,0
БР 28,0 25,0
АР 5,5 20,8
ПЖ 10,0 20,7
пж Г 6,0 12,0 11,5 32,9 26,4 46,0+ 4-16,4
16,0 50,2+ +8,8
3,0 3,0 0,2 0,3
0,6 74,4 3,5 1,6 1,7 6790 15 10,0 17,0
0,4 67,9 3,9 1,5 4,3 6280 26 11,0 20,0
0,7 56,1 3,4 0,9 4,9 5230 27 12,0 32,0
2,9 1,8 49,1 3,4 0,8 3,0 4690 40 12,0 42,0
олз 32,9 2,1 0,7 11,0 2710 43 33,0 40,0
0,4 66,7 2,7 0,5 3,4 5920 7,0 9,01 30,0
0,4 0,5 58,9 3,7 1,6 4,2 5530 30 16,0 30,0
0,7 0,6 49,2 3,6 1,0 6,0 4630 37 9,0 40,0
0,7 0,7 47,8 3,6 0,9 7,9 4470, 40 15,0 40,0
0,9 0,3 19,3 2,5 0,1 3,0 2040 81 17,0 75,0
1,5 1,9 15,2 1,9 0,3 3,6 1550 70 22,0 । 80,0
0,7 85,0 10,3 0,8 9370 8,0
3,9 81,2 11,1 0,5 9370 8,0
сушки сильно зависит от климатических условий, поэтому конеч-
ная влажность торфа сильно меняется.
Советская техника топливосжигания обеспечивает возмож-
ность экономичного сжигания торфа с влажностью, доходящей до
55% и даже выше.
Бурые угли представляют собой продукт дальнейшего разло-
жения торфа, сопровождающегося исчезновением целлюлозы и
лигнина. При этом в горючей массе повышается содержание
углерода и уменьшается содержание кислорода и водорода. Эти
молодые формации углей характеризуются большим выходом ле-
тучих веществ, малой механической прочностью, значительным
балластом и сравнительно невысокой теплотворной способностью.
Бурые угли Подмосковного бассейна содержат большое количе-
ство серы.
Советская теплотехника разработала весьма эффективный
способ сжигания бурых углей в шахтно-мельничных топках.
Бурый уголь используется в СССР также для химической
переработки.
Каменные угли. Примерно 35% всего добываемого в Совет-
ском Союзе топлива приходится на угли Донецкого бассейна.
Как видно из табл. 3, эти угли отличаются довольно высоким со-
держанием серы и золы. Снижения зольности достигают путем
обогащения топлива, в результате которого, как отход, обра-
зуется промышленный продукт (ПП) со значительным содержа-
нием золы (35—45%). Угли марок ПЖ, К, ПС являются цен-
ными сортами, предназначенными для коксования.
Угли Кузнецкого бассейна характеризуются невысокой золь-
ностью и небольшим содержанием серы.
Каменные угли Карагандинского бассейна, разработка кото-
рого была начата во второй пятилетке, являЬотся спекающимися,
с повышенной зольностью и несколько пониженной теплотворной
способностью. К преимуществам этих углей относится более вы-
сокая температура плавления золы.
Промежуточное положение между каменными углями и ан-
трацитами занимают тощие угли.
Антрациты представляют собой топливо наиболее древнего
химического возраста, являющееся продуктом наиболее глубокого
химического превращения исходного растительного вещества.
Антрациты характеризуются большим содержанием углерода
(Сг = 93-н94%) и малым выходом летучих веществ (4-^-5%).
Куски антрацита имеют блестящий излом. Антрациты в СССР
сосредоточены преимущественно в Донецком бассейне, а также
на Урале (Егоршинское месторождение).
По кусковатости донецкие антрациты классифицируются на
марки, указанные в табл. 4.
Антрацит марки АП при достаточной его термической проч-
ности может служить заменителем кокса в ваграночном про-
24
Таблица 4
— — Наименование класса антрацита Условное обозначение Размеры кусков в мм
Плита АП >100
Кулак АК 50—100
Орех • АО 25ч-50
Мелкий AM 13н-25
Семечко АС 6^13
Семечко со штыбом АСШ Он-13
Штыб ... АШ <6
Рядовой (без плиты) АРШ <100
цессе. Кроме того, он подвергается термической подготовке и пе-
реходит в так называемый термоантрацит.
До Великой Октябрьской социалистической революции на
шахтах Донецкого бассейна накапливались миллионы тонн ан-
трацитового штыба, который не находил себе применения и
считался бесполезным отходом. Задача сжигания антрацито-
вого штыба была разрешена советскими теплотехниками на Ште-
ровской, а затем на Шахтинской государственных районных
электростанциях.
В настоящее время в СССР штыб рассматривается как
ценное топливо, особенно пригодное для сжигания в крупных
установках. Советскому Союзу принадлежит приоритет в освое-
нии низкосортных топлив и, в частности, такого топлива, как АШ.
Все виды твердого минерального топлива имеют растительное
происхождение и по химическому возрасту располагаются в сле-
дующем порядке: торф, бурый уголь, каменный уголь, антрациты.
Характеристики топлив, приведенные в табл. 3, показывают, что
по мере химического старения топлива углубляется процесс его
минерализации: увеличивается содержание углерода, понижается
содержание водорода, кислорода и азота, уменьшается выход
летучих веществ.
Горючие сланцы являются продуктом разложения микроорга-
низмов, оседающих на дно водоемов. Эти отложения затем
спрессовываются известняком. Большое содержание золы (до
70%), в основном состоящей из известняка, снижает тепловую
ценность этого топлива. Кроме того, карбонаты при нагревании
сланца в топке разлагаются с выделением СО2. Это увеличивает
объем дымовых газов, понижает их температуру и повышает по-
тери тепла с уходящими газами. В СССР залежи горючих слан-
цев сосредоточены в Эстонской ССР, Ленинградской области
(Гдовское месторождение) и на Средней Волге (Кашпирское и
Савельевское месторождения). В Советском Союзе освоено сжи-
гание горючи^ сланцев как низкосортного топлива, а также их
25
химическая переработка с получением горючего газа и цепных
химических продуктов.
Мазут представляет собой остаток переработки сырой нефти.
Легкие фракции, получаемые в результате этой переработки, ис-
пользуются как топливо для двигателей внутреннего сгорания.
Для повышения выхода из нефти легких фракций применяют
термическое разложение тяжелых углеводородов под давлением,
так называемый крекинг-процесс, являющийся выдающимся
предложением Д. И. Менделеева.
Мазут классифицируется по вязкости. Он является высоко-
ценным топливом, применение которого в котельных и печных
установках должно быть строго ограничено путем его замены
местным и низкосортным топливом.
Газообразное топливо подразделяется на естественное и искус-
ственное. Состав основных видов газообразного топлива приве-
ден в табл. 5.
Таблица 5
Состав сухого газа в % по объему
Наименование со2 о2 N2 СО Н2 СН4
Природный газ Искусственные газы: 0,2 1,1 — 97,9
коксовый 2,3 0,8 7,8 6,8 57,5 22,5
доменный 10,5 — 58,5 28,0 У2,7 ' 0,3
генераторный генераторный под 5,2 0,2 52,4 28,1 13,3 0,6
давлением 5,3 — 1,2 19,8 50,8 22,1
подземгаз 10,3 0,2 57,6 , k 18,4 11,1 1,8
Продрлжение
Наименование Состав сухого газа в % по объему
С3Н8 J с5н10 H2S ккал’нмл
Природный газ 0.1 85(Х)
Искусственные газы: коксовый 1,9 0,4 3890
доменный — 950
генераторный 0,2 1250
генераторный под давлением 0,8 3910
подземгаз — 0,6 1040 '
Природный газ в основном состоит из метана (СН4) и
характеризуется высокой теплотворной способностью. В СССР
26
осуществляется в больших масштабах газификация промышлен-
ных центров, с широким использованием природного газа.
Коксовый газ, являющийся продуктом коксования углей,
в основной части состоит из водорода и относится к числу высо-
кокалорийных искусственных газов.
Доменный газ, получающийся в доменном производстве,
в качестве основного горючего компонента имеет окись углерода
и представляет собой низкокалорийный искусственный газ.
Таким же низкокалорийным является генераторный
газ, искусственно образующийся при безостаточной газификации
топлива, при давлении, мало отличающемся от атмосферного.
Понятны стремления создать более эффективный и произво-
дительный процесс газификации. В этом отношении большие
перспективы имеет газификация топлива под давлением в атмо-
сфере кислорода (25 атм и выше). Образующийся при этом газ
содержит мало балласта, имеет повышенную теплотворную спо-
собность; объем газа примерно в шесть раз больше объема кис-
лорода, подаваемого в газогенератор. В СССР для дальнего газо-
снабжения освоена газификация под давлением бурого угля.
Как видно из табл. 5, состав и теплотворная способность газа
подземной газификации приближаются к составу и теплотворной
способности газа, получаемого при газификации топлива в газо-
генераторах.
ГЛАВА III
ГОРЕНИЕ ТОПЛИВА
Понятие о процессе горения топлива и химические
реакции горения
Горением топлива называется процесс ин
тенсивного химического соединения горючих
составных частей топлива с кислородом, со-
провождающийся выделением тепловой эн ер
гии. В результате химических реакций сгорания топлива обра-
зуются продукты сгорания. Часть выделяющейся тепло-
вой энергии поступает на нагрев этих продуктов сгорания, а часть
передается лучистым теплообменом поверхностям, расположен-
ным в топочном пространстве.
Для горения топлива необходимо, во-первых, подвести к нему
в достаточном количестве кислород и, во-вторых, поддерживать
температуру топлива не ниже определенной величины. Если не
будет соблюдено какое-либо из этих условий, топливо гореть не
будет. Можно, например, к топливу подвести необходимое коли-
чество кислорода или воздуха, но если температура топлива бу-
дет недостаточно высокой, топливо не воспламенится и не станет
гореть. Можно, напротив, подогревать топливо до какой угодно
высокой температуры, но если к нему не подводить кислород,
химических реакций горения все же не будет.
Различают следующие этапы процесса горения твердого топ-
лива: тепловую подготовку (прогрев, сушку и выделе-
ние летучих веществ) топлива; горение кокса и ле-
тучих веществ; выжиг остатков кокса из шла-
ков и золы.
Подогрев и подсушка топлива, необходимые для
его подготовки к сгоранию, достигаются в результате воздей-
ствия тепла, отдаваемого топливу обмуровкой топки или горя-
щим слоем топлива. Подсушка топлива сопровождается выделе-
нием водяных паров и является весьма важной стадией при сжи-
гании влажных топлив.
По мере повышения температуры топлива происходит в ы -
деление летучих веществ, состоящих преимущественно
??
Из углеводородов. Твердый остаток, образующийся после выделе*
ния из топлива летучих веществ, представляет собой кокс, в со-
став которого входят углерод, зола и сера (колчеданная).
Температура, до которой должно быть нагрето топливо для
того, чтобы оно загорелось (при условии подвода к нему доста-
точного количества воздуха), называется температурой
воспламенения. Она зависит от свойств топлива, его теп-
лопроводности и теплоемкости, от выхода летучих веществ, от
избытка воздуха и разных других условий. Примерные значения
температуры воспламенения некоторых видов топлива приведены
в табл. 6.
Таблица 6
Род топлива
Температура воспла-
менения в °C
Дрова
Торф .
Бурый уголь
Каменный уголь
Антрацит
Кокс
Мазут
Доменный
-300
-225
300—400
400—500
-700
-700
580
700- -800
Из табл. 6 видно', что чем больше содержание в топливе лету-
чих веществ, тем ниже его температура воспламенения. Так, для
воспламенения антрацита нужна более высокая температура, чем,
например, для воспламенения торфа; антрацит считают трудно
воспламеняющимся топливом.
Если топливо нагрето до температуры воспламенения н к нему
подведено достаточное количество воздуха, то вместе с выделе-
нием летучих веществ начнется горение как летучих веществ, так
и кокса. При горении летучих веществ происходят сложные хими-
ческие процессы, сопровождающиеся разложением тяжелых угле-
водородов на более простые соединения. При горении кокса на
поверхности его частиц образуется слой инертных продуктов сго-
рания, замедляющий горение; оно может быть усилено в резуль-
тате увеличения скорости подвода воздуха к коксу. При этом
воздух очищает поверхность частиц кокса от инертных продук-
тов сгорания и входит в соприкосновение с поверхностью частиц
кокса, обеспечивая более полное и быстрое его сгорание. Пра-
вильная организация подачи воздуха к топливу имеет весьма
важное значение для характера протекания горения топлива.
По мере сгорания топлива происходит накопление золы, кото-
рая при некоторых температурных условиях, определяемых фи-
зико-химическими свойствами золы, может расплавляться, обра-
зуя шлак. Последний, будучи в жидком состоянии, обволакивает
частицы топлива, затрудняя их сгорание.
29
Итак, в результате сгорания топлива происходит преобразо-
вание его химической энергии в тепловую энергию, причем обра-
зуются газообразные продукты горения и остаются зола, шлак,
а также частицы несгоревшего топлива.
Процесс горения топлива протекает по описанной схеме при
любых применяемых в настоящее время способах сжигания
твердого топлива.
Если горение твердого топлива происходит в слое на решетке,
то процесс горения называется слоевым. Горение может про-
исходить в топочной камере, и тогда оно называется камерным
или факельным процессом горения. Очевидно, что сжигание
жидкого и газообразного топлива может осуществляться только
факельным процессом. Горение жидкого топлива проходит через
следующие этапы: смешение топлива с воздухом,
прогрев топлива, в течение которого происходит его и с п а
р е н и е, затем пирогенное разложение и сгорание топлива.
Горение'газообразного топлива в простейшем представлении
состоит из начального смешения топлива с воздухом, прогрева
смеси, горения ее и отвода топочных газов.
Горючими элементами рабочей массы твердого и жидкого
топлива являются: углерод — Ср, водород — Нр и сера — Sp
Остальные элементы топлива — кислород, азот, зола и вла-
га — не способны гореть (кислород поддерживает горение).
Термохимические реакции горения горючих компонентов топ-
лива протекают следующим образом:
а) Полное сгорание углерода:
С ГО2=СО2. (8)
В соответствии со значением молекулярных весов, в этой реак-
ции 12 кг углерода (С), соединяясь с 32 кг кислорода (О2),
образуют 44 кг углекислого газа (СО2); следовательно, 1 кг
углерода для полного сгорания должен вступить в химическую
32 44
реакцию с — = 2,67 кг кислорода, при этом он образует кг
углекислого газа, выделяя 8050 ккал тепла.
б) Горение водорода:
2Н2 + О2 = 2Н2О (9)
В этой реакции 4 кг водорода (Н2), вступая в химическое
взаимодействие с 32 кг кислорода (О2), образуют 36 кг води
или водяных паров (Н2О); следовательно, 1 кг водородгГ при
сгорании соединяется с 8 кг кислорода и образует 9 кг воды или
водяных паров, выделяя при образовании водяных паров
28 560 ккал тепла, а при их конденсации 33 920 ккал.
в) Горение серы:
S + O2 = SOs. (10)
30
В этой реакции 32 кг серы (S) соединяются с 32 кг кислорода
(Ог) и образуют 64 кг сернистого ангидрида (SO2). Отсюда еле-
32
дует, что для сгорания 1 кг серы требуется подвести — =1
32
'.лорода. В результате сгорания 1 кг серы образуется = 2 кг
сернистого ангидрида и выделяется 2160 ккал тепла.
Таким образом, продуктами полного сгорания топлива
являются:
СО2, Н2О и SO2.
В случае, если к топливу будет подведено недостаточное ко-
личество кислорода, произойдет неполное сгорание части угле-
рода топлива согласно химической формуле:
2С + О2 = 2СО. (11)
Из этой формулы следует, что 24 кг углерода (С),соединяясь
с 32 кг кислорода (О2), образуют 56 кг окиси углерода (СО).
Поэтому при сгорании 1 кг углерода с недостаточным количе-
ством 24 1’33 кг кислорода образуется 2,33 кг окиси
углерода. В этой реакции выделяется только 2370 ккал/кг тепла
вместо 8050 ккал!кг при подводе достаточного количества кисло-
рода согласно формуле (8).
Таким образом, при неполном сгорании топлива наряду с про-
дуктами полного сгорания (СО2, Н2О, SO2) образуется также
окись углерода (СО). Наличие в продуктах сгорания (дымовых
газах) окиси углерода указывает на неполноту, несовершенство
сгорания топлива вследствие недостаточно удовлетворительной
работы топочного устройства или плохой организации режима
процесса горения.
Теоретическое и действительно необходимое
количество воздуха
Пользуясь формулами химических реакций горения топлива,
можно подсчитать то наименьшее теоретическое количество воз-
духа, которое необходимо подвести к 1 кг твердого или жидкого
топлива для полного его сгорания.
„ . Ср
В 1 кг топлива содержится по весу: углерода—-— кг, во-
100
дорода—сеРЬ1- кг> где: СР> НР и ^Р выражены
в процентах по весу.
31
Для полного сгорание 1 кг топлива согласно формулам (8),
(9) и (10) требуется кислорода по весу:
_8
з
100 J 100
sp
100
кг/к?.
Так как в 1 кг топлива содержится кг кислорода, то к топ-
ливу необходимо подвести кислород воздуха в соответственно
меньшем количестве. Необходимое для горения количество кисло-
рода будет:
8_
3 ’
ср , Q нр . sp
------Н о — +•------
100 1 100 1 100
(кг/кг) =
100 ' 7 100
Воздух содержит кислорода в количестве 23,2% по весу,
поэтому для подачи подсчитанного количества кислорода потре-
буется воздуха больше в отношении
а именно:
£0 = ^ (2,67 Ср 8НР Sp Ор) 0,\15 Ср
0 23,2 v 7 ’
4- 0,342 Нр + 0,043 Sp - 0,043 (У кг! кг.
Обозначая:
Кр=с? + о,375 S\ (12)
получим после преобразования в окончательном виде формулу
для подсчета теоретического весового количества воздуха, необхо-
димого для полного сгорания 1 кг твердого «ли жидкого топлива:
Ц = 0,115 Кр + С>342//р-0,0430/>+г/кг. (13)
Так как 1 нм3 воздуха (при 0° и 760 мм рт. ст.) весит
1,293 кг/нм3, то необходимое количество воздуха, выраженное
в нормальных кубических метрах, на 1 кг топлива составит:
Vo = = 0,089 К" + 0,265 Нр - 0,0330" нм'/кг. (14)
1,293
Для приблизительного подсчета теоретически необходимого
расхода воздуха можно воспользоваться упрощенной формулой
проф. С. Я- Корницкого (ВТИ):
4-6W*
Vo=a°‘ woo- (15)
где коэффициет ап имеет следующие значения для разных топ-
лив: дров — 1,05; торфа—1,07; бурового и пламенного угля —
1,08; тощих углей, антрацита и мазута — 1,10.
32
Подсчет объема воздуха, теоретически необходимого для пол-
ного сжигания газообразного топлива, производится по формуле:
1/0 = 0,0476 [0,5СОГ + 0,5Н[ + 1,5H2Sr 2СН[ +
+S(“+f)c“H"-0’r
где: СОГ H2ST, СН^, О2Г — содержание отдельных
(16)
НМ*/НМ\
газов в газообразном топливе в процентах по объему.
В действительных условиях полное сгорание топлива может
быть осуществлено при поступлении воздуха в топку в количестве
несколько большем, чем это требуется согласно химическим ре-
акциям сгорания. Это вызвано несовершенством подвода воздуха
к топливу или недостаточно хорошим перемешиванием топлива
с воздухом. Если в топку вводить воздух строго в теоретическом
количестве, то часть топлива может оказаться в условиях недо-
статка воздуха и сгорит неполностью.
Отношение действительного количества
воздуха к теоретическому, минимально необ-
ходимому для полного сгорания топлива, на-
зывается коэффициентом избытка воздуха и
обозначается буквой а. Если действительное количество воздуха,
приходящееся на 1 кг или 1 нм3 топлива — У , то коэффициент
избытка воздуха а равен:
Таким образом:
У =аУц(нм31кг) или (нл£3/н^3). (18)
Коэффициент -избытка воздуха является важным параметром,
обусловливающим экономичность режима процесса сгорания топ-
лива. Он зависит от сорта топлива, конструкции и тепловой на-
грузки топки и от совершенства обслуживания топочного устрой-
ства. При проектировании котельного агрегата коэффициент из-
бытка воздуха принимается по данным, приведенным в табл. 9
расчетных параметров топок. Во время эксплуатации котлов
коэффициенты избытка воздуха определяются при помощи ана-
лиза дымовых газов.
При сжигании топлива в пылевидном состоянии в крупных
агрегатах коэффициент избытка воздуха обычно близок к 1,25,
при сжигании‘мазута и натурального газа — к 1,15.
Чем больше поверхность соприкосновения топлива с возду-
хом и чем лучше их перемешивание, тем меньше может быть
коэффициент избытка ^оздуха.
3 Зак. ЛЬ 2043 33
Пример 1. Подсчитать количество воздуха в нм3, теорети-
чески необходимое для сжигания 1 кг подмосковного угля сле-
дующего состава: С''= 32,8%; //"=2,4%; О"=у,9%; 7V"=O,6%;
S" = 2,9%; Л" =18,4%; U7" = 33,0%; (<£ = 2867 ккал/кг.
Решение. Проверяем сумму С"+ Нр + Gp + Np + S" +
-Д"+U7"= 100%:
32,8 + 2,4 + 9,9 + 0,6 + 2,9 + 18,4 + 33,0 = 100%.
Подсчитываем К" = С + 0,375 Sp = 32,8 + 0,375 -2,9 s 33,9%.
По формуле (14) находим:
% = 0,089-Д'" + 0,265//" - 0,0330" = 0,089-33,9 +
+ 0,265 • 2,4 - 0,033 • 9,9 = 3,33 нм3/кг.
Если воспользоваться приближенной формулой (15), прини-
мая коэффициент о.0 = 1,08, то:
Vq — % •
Q" + 6№"
1000
= 1,08-
2867 + 6-33,0
1000
= 3,31 нм? [кг.
Расхождение по сравнению с точным значением составляет:'
— ~ — • 10° = 0,6%-
Пример 2. Определить объем воздуха, подаваемого в топку
для сжигания подмосковного угля состава, указанного в преды-
дущем примере, если коэффициент избытка воздуха в топке
ат= 1,4, температура воздуха te = 20°, часовой расход топ-
лива В = 450 кг/час.
Решение. Подсчитываем по формуле (18) действительное
количество воздуха для сжигания 1 кг угля:
Va = ат Уо = 1,4-3,33 = 4,66 нм?/кг.
Часовой расход воздуха равен:
У'в = В Уа = 450 4,66 ='2100 нм:,/час
или
г 273 4- 273'4- 20
V = К---------= 2100- - = 2250 м?!час.
8 8 273 273
Пример 3. Подсчитать сечение трубопровода, подвозящего
воздух в топку котла, для условий предыдущего примера, если
принять скорость воздуха в трубопроводе w = 8 м/сек.
Решение. Сечение трубопровода f м2 определяется по
формуле:
+ = 3600/да,
34
откуда:
У» 2250
ЗбООш 3600-8
0,078 м2 = 780 с.
Диаметр воздухопровода определяется из расчета;
/ = — = 0,785+
J 4
d=\/ = _282_ = 31,6сл -320 мм.
\ 0,785 у 0,785
Пример 4. Определить действительный расход воздуха,
поступающего в газовую горелку для сжигания природного газа
в количестве В = 150 нм?1час при следующем объемном составе:
СН4г=94,0%; С2Н6г=1,2%; С3Н8г = 0,7%; СХ0 = 0,4%;
6^ = 0,2 %; СО2г=0,2%; N2r=3,3%,
если коэффициент избытка воздуха = 1,15 и температура воз-
духа £в = 20°С.
Решение. Проверяем сумму содержания составных газов.
Она равна 100%.
Теоретический расход воздуха находим по формуле (16):
% = 0,0476- [0,5СОГ + 0,5Н2г -|-1,5H2Sr+ 2СН[ +
+2(/”+т)-с-н'~°Л нм*1нм3-
Так как в составе горючего газа:
СОГ —0; Н2=0; H2Sr = 0; О2г = 0,
то
1/0 = 0,0476
2CH,r+S('» + -=-)CX
= 0,0476-[2-94,0%
+ 3,5-1,2%5-0,7 +6,5-0,4+ 8-0,2] =9,52 нм?}нм\
Действительный объем воздуха, поступающего в газовую го-
релку, равен:
V„ = BoamVo- ФФФ5 = 150-1,15-9,52- ^- = 1760 мЧчас.
0 0 m 0 273 273
Полное и неполное горение
При полном, горении топлива в конечном результате соедине-
ния горючих элементов топлива с кислородом создаются только
продукты полного горения и выделяется вся химическая энергия
т
3* 35
топлива. Дымовые газы при этом состоят из углекислоты СОг,
сернистого ангидрида SO2, водяного пара Н2О, азота N2, посту-
пившего в топку как составной элемент воздуха, а также избы-
точного кислорода О2, не вступившего в химическую реакцию
с топливом.
По содержанию избыточного кислорода О2 в дымовых газах
можно судить о величине коэффициента избытка воздуха.
Таким образом, при полном горении объем дымовых газов
состоит из суммы:
СО2 + SO2 + Н2О + N2 + О2 = 100 %
или
RO2 Н2О -|~ N2-j- О2 = 100%,
где RO2 выражает сумму:
RO2=CO2 SO2%.
При неполном горении в дымовых газах, наряду с перечи-
сленными газами, могут присутствовать: окись углерода СО, во-
дород Н2, метан СН4 и другие недогоревшие газы.
Таким образом, при неполном горении состав продуктов сго-
рания будет:
со2 + SO2 + СО +112 + СН4 + 2СШН„ +
^h2o + n2+o2 = ioo%,
где: СО2, SO2,CO, Н2О, N2, О2 и т. д.— попрежнему содержание
в дымовых газах отдельных газов в проценте по объему.
При химической неполноте горения создаются потери тепла,
а следовательно, и топлива, обусловленные неполным выделе-
нием химической энергии топлива.
Объем дымовых газов (VJ слагается из объема водяных па-
ров (Vd. и объема сухих газов (Уг. г), к которым относятся
RO2, СО, N2j О2 и другие.
По содержанию RO2 и О2 в сухих газах можно судить о сте-
пени совершенства процесса горения, а также подсчитать коэф-
фициент избытка воздуха и объем сухих газов.
Анализ дымовых газов может быть осуществлен при помощи
ручного химического газоанализатора (рис. 4) в описанном ниже
порядке.
Заборную трубку для отбора пробы газа герметически соеди-
няют резиновым шлангом с газоходом котла. При помощи рези-
новой груши 5, снабженной клапаном для выпуска газа, проду-
вают заборную трубку и фильтр. Затем нужно опустить склянку 8
при открытом трехходовом кране 11 и заполнить дымовыми га-
зами измерительную бюретку 6. Кран 11 закрывают, склянку 8
поднимают, а газ выпускают в атмосферу через кран, имеющийся
36
на гребенке 12. Так делают несколько раз для того, чтобы хорошо
продуть стеклянную гребенку 12. Опуская вторично склянку 8
при открытом положении крана 11, набирают в измерительную
бюретку 100 см3 газа, для чего уравнивают уровень воды в
склянке 8 с уровнем воды в бюретке 6 на метке 0. Закрыв кран 11,
открывают кран поглотительного сосуда 9, заполненного раство-
ром едкого кали. Затем поднимают склянку 8, прокачивают за-
бранную порцию газа в сосуд 9. Потом, опуская склянку 8, про-
качивают эту порцию газа обратно в измерительную бюретку 6.
Рис. 4. Ручной химический газоанализатор:
/ — фильтр; 2 —заборная трубка; 3 — фильтрующая вата; 4 —
водяной затвор; 5 — резиновая груша; 6 — измерительная бю-
ретка; 7 — охладительный сосуд; 8 — склянка; 9 — поглотитель-
ный сосуд с раствором едкого кали; 10 — поглотительный со-
суд с раствором пирогалловой кислоты; //— трехходовой кран;
/2 — стеклянная гребенка
Такую прокачку пробы газа через поглотительньш сосуд 9 произ-
водят 3—4 раза. После этого нужно довести уровень поглотитель-
ной жидкости в сосуде 9 до первоначальной метки, закрыть кран
сосуда 9 и заметить уровень воды в измерительной бюретке,
предварительно уравняв его с уровнем воды в склянке 8. В изме-
рительной бюретке уровень воды окажется выше 0 ввиду того,
что объем первоначально набранной пробы газа (100 см3) умень-
шился вследствие поглощения СО2 + SO2 = RO2 раствором
едкого кали, залитым в поглотительный сосуд 9. Если, напри-
мер, уровень воды* в измерительной бюретке окажется на метке
12,5 см3, то это будет означать, что в набранной порции дымовых
газов содержание RO2 = CO2 + SO2 равняется 12,5%.
Поглотительный сосуд 10, заполненный раствором пирогал-
ловой кислоты в смеси с едким кали, предназначен для по-
глощения кислорода О2. Оставшуюся порцию газа (в случае,
приведенном в данном примере,— 87,5 см3) прокачивают для
этого 5—8 раз через сосуд 10 так же, как это делалось при про-
качке газа через сосуд 9. Если уровень воды в измерительной
37
бюретке после этого поднимется, то это укажет на уменьшение
объема набранной пробы газа в результате поглощения О2 жид-
костью сосуда 10. Если, например, после прокачки газа через
сосуд 10 вода в измерительной бюретке поднимется до отметки
20,2 см3, то содержание RO2 + О2 в пробе газа будет RO2 + О2 =
= 20,2% и, следовательно, содержание кислорода О2 = 20,2—
— 12,5 = 7,7%.
В современных котельных установках применяются преиму-
щественно автоматические электрические газоанализаторы, дей-
ствие которых основано на изменении электрического сопротив-
ления проводника в зависимости от состава среды, в которой он
находится. Эти приборы снабжаются дистанционной передачей
показаний на тепловой щит, причем показания содержания RO2
и СО + Н2 в дымовых газах записываются непрерывно на дви-
жущейся бумажной ленте. Такие газоанализаторы должны полу-
чить распространение и в небольших котельных установках.
При помощи более совершенных и сложных газоанализаторов
(ВТИ и др.), в которых производится дожигание несгоревших
газов, кроме содержания в дымовых газах RO2 и О2, может быть
определено также содержание СО, Н2, СН4 и тяжелых угле-
водородов.
По результатам анализа дымовых газов определяется, как
указывалось выше, полнота сгорания. Если содержание угле-
кислоты и сернистого ангидрида в дымовых газах составляет
RO2%, а кислорода — О2 (в процентах по объему), то при пол-
ном горении будет иметь место равенство:
21— ₽RO2 = RO2+O2. (19)
Коэффициент 0, представляющий собой характеристику топ-
лива, подсчитывается по формуле:
Кр
Если состав топлива неизвестен, то характеристика топлива
р может быть принята приближенно в следующих значениях:
Дрова, донецкий антрацит, челябинский бурый уголь 0,05
Торф . . . 0,08
Подмосковный бурый уголь 0,1
Каменный уголь 0,12
Мазут 0,35
При химической неполноте сгорания имеет место неравенство:
21—pRO2> RO24-O2.
Обозначая
(21 — 0 RO2)-(RO2-h О2) = z, где z > 0,
35
можно определить содержание окиси углерода СО в дымовых
газах, пользуясь формулой:
г (21 -pRO?)-(RO2 + O.J
co =
0,6 + 8 0,6 + p
Коэффициент избытка воздуха находится по следующим фор-
мулам:
а) при полном сгорании:
С21)
J______
3,76 О2
rj, --
1-
100 - (RO2 + O2)
a =------------
1 - 3,76-
б) при неполном сгорании:
_____________________________1___________
О, —0,5 СО
100 - (RO2 + О.,)
(22)
(23)
При м е р. Подсчитать степень полноты сгорания торфа,
имеющего следующий состав: Ср= 33,9%; Нр= 3,5%; =
=0,2%; ЛГ=1,5%; 0Р=19,6%; Др = 6,3%, VT=35,0%, атак
же найти коэффициент избытка воздуха, если согласно газо-
вому анализу дымовые газы содержат: RO2=12,1%; О2=7,3%.
Решение. Определяем характеристику топлива £ по фор-
муле (20):
Нр 0,1260/’4-0,04^ _
, — Z,OO ’--------------------------
кр
QQC. 3,5 — 0,126-19,6 + 0.04-1,5 п П7Л
33,9 + 0,375-0,2
По формуле (21) находим:
z
СО =
0,6 +р
где: г = (21 -i3RO2)-(RO2О2) = (21 - 0,076-12,1)-
Так как z + 0, то устанавливаем, что сгорание происходит
с некоторой неполнотой. Подсчитываем содержание в дымовых
газах продуктов неполного сгорания:
СО =------------1,0%.
i 0,6 + 0,076
39
Коэффициент избытка воздуха по формуле (23) равен:
1 ----------=1,47
7,3 —0,5-1
1—3,76-----——ОЛСО--------- 1 _ 3,76•
100 - (RO, 4- О,) 100 - (12,1 + 7,3)
Объем и теплосодержание дымовых газов
Объем дымовых газов (Уг) составляется, как сказано вы-
ше, из объема сухих газов (Vc,2) и водяных паров (17, п),т. е.
Уг = Ve г-|- Уя л нм* {кг топлива. (24)
При полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива
объем сухих газов может быть найден по формуле:
I/ кр
V,, =------------ нм* кг,
с-г 0.54RO,
(25)
где попрежнему
Кр = СР + 0,375 Sp и RO, = СО, Ч-SO,.
' * Л i Z. £
В свою очередь, объем сухих газов состоит из объема трех-
атомных газов (Кро^), к которым относятся СО2 и SO2, и объема
двухатомных газов (Кр2).
Таким образом, можно подсчитать объем сухих газов также
по следующей формуле:
(26)
где, сохраняя принятые ранее обозначения,
1Л_ = 1,85 — нм* 1кг
RO, wo I
И
У =O,79Vo + (a-l)Vo + O,8^ нм*/кг.
Объем водяных паров определяется по формуле:
_ 97/Р + WP + 10011% ,
в-п 80,4 ’ ( ’
где We — вес водяного пара, вносимого с воздухом в топку на
1 кг топлива в кг!кг (0,804 — удельный вес водяного пара).
40
При сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива (с химиче-
ской неполнотой сгорания) объем дымовых газов равен:
V = V -I- V t —
г с. г I в.п 4),54(RO.СО).
. $нр + урР 4- 1001Г? „
+------'-------------- «л/3-кг,
80.4
Вес газов на 1 кг топлива составляет:
А77 .
G?= 1 — — + h306 аК кг/кг.
1 VV
(28)
(28')
В том случае, когда часть топлива, загруженного в топку, не
участвует в горении (например, проваливается через зазоры ко-
лосников, выгребается со шлаками, уносится в газоходы и ды-
мовую трубу), в формулу для определения объема дымовых
газов вносится поправка на механический недожог, и тогда фор-
мула приобретает вид:
у Г КР______________, . 100 - ft ।
г '[ 0,54 (RO2+ СО) ' 80,4 J’ 100 1
П7Р4-1001ГЯ ,,
-|----—- няР/кг, (29)
где q,— потеря тепла от механического недожога (в процентах
от теплотворной способности топлива).
Для упрощенных расчетов можно пользоваться следующими
приближенными формулами:
а) при сжигании твердых топлив с теплотворной способностью
QP = 2500 4500 ккал!кг\
Уг= (1,15а + 0,18). (30)
б) при сжигании мазута и твердых топлив с теплотворной
способностью больше 4500 ккал/кг'.
V =(1,11а-|-0,05)‘ — 100- нм3/кг. (31)
г v 1 ' 1000 100 '
Теплосодержанием дымовых газов (/г ккал!кг)
принято считать количество тепла, которое необходимо затратить
для того, чтобы поднять температуру дымовых газов, получаемых
при сгорании 1 кг топлива, от 0 до /г°С.
Теплосодержание дымовых газов подсчитывается по формуле:
Iz=Vzc2t? ккал/кг топлива (32)
или 4
Л = (Ино2 cro2 + VR?r2’+ Гв.„Ч.ч) ккал/кг топлива, (33)
41
где: cR0^; cR2; ся. n ккал /нм3 град — средние объемные теплоем-
кости при постоянном давлении трехатомных и двухатомных га-
зов, а также водяных паров, зависящие от температуры и прини-
маемые по табл. 7 в ккал/нм3 град.
Таблица
CRO, cr2 Св.п Влажного воздуха LB3
0 0,3805 0,3092 0,3569 0,3150
100 0,4092 0,3096 0,3596 0,3163
200 0,4290 0,3106 0,3635 0,3181
300 0,4469 0,3120 0,3684 0,3206
400 0,4628 0,3143 0,3739 0,3235
500 0,4769 0,3171 0,3796 0,3268
600 0,4895 0,3201 0,3856 0,3303
700 0,5008 0,3233 0,3920 0,3338
800 0,5110 0,3264 0,3985 0,3371
900 0,5204 0,3294 0,4050 0,3403
1000 0,5288 0,3325 0,4115 0,3433
1100 0,5363 0,3354 0,4180 0,3463
1200 0,5433 0,3380 0,4244 0,3490
1400 0,5553 0,3430 0,4367 0,3542
1600 0,5655 0,3471 0,4482 0,3587
1800 0,5744 0,3509 0,4590 0,3625
2000 0,5820 0,3543 0,4689 0,3661
С некоторым приближением средняя объемная теплоемкость
продуктов сгорания может быть определена по формуле:
= 0,323 4-0,018^- ккал!нм? град.
(34)
Теоретическая температура горения
Теоретической температурой горения назы-
вается температура, до которой нагреваются
продукты сгорания топлива, если все полез-
ное количество тепла, выделяемое в топке, по-
ступает исключительно на повышение тепло-
содержания продуктов сгорания. Эта температура
определяется из равенства:
(35)
Левая часть равенства представляет собой количество тепла,
выделенного топливом в топке и внесенного в
tm°C—теоретическая температура горения,
нее с воздухом.
42
Правая часть равенства (35) представляет собой теплосодер-
жание продуктов сгорания. Из равенства (35) находим:
100 - q- q — q™
------------------- V C
100
(36)
к.п. д. топки 7]m = 100-+ (37)
где: q2 — потеря тепла от химической неполноты горения в %;
q±—потеря тепла от механической неполноты горения в %;
q™—потеря тепла топкой в окружающую среду в %;
t™— температура поступающего в топку воздуха.
Нормативные значения величин ^3, q$ и оцениваются
согласно табл. 9 (см. стр. 98—100).
Теплообмен в котельном агрегате
Теплообменом называется совокупность процессов, свя-
занных с распространением тепла.
В котельном агрегате теплообмен происходит между горящим
топливом или продуктами его сгорания и рабочими телами —
водой, паром и воздухом.
Теплообмен происходит путем теплопроводности, конвекции
и излучения. v
Теплопроводностью называется такой процесс тепло-
обмена, при котором тепло в среде распространяется через взаим-
ное соприкосновение частиц этой среды.
В случае наличия плоской стенки расчетное уравнение тепло-
проводности имеет следующий вид:
Q = ^y(Ci-*U>) ккал!'шс>
(38)
где: Q—количество тепла, передаваемое через стенку с по-
верхностью Н м2-,
о—толщина стенки в м;
^стх и — температуры поверхностей стенки в °C.
Коэффициент пропорциональности X ккал/м час град назы-
вается коэффициентом теплопроводности. Он ха-
рактеризует свойства материала стенки и численно равен количе-
ству тепла, которое переходит в час через поверхность стенки в
43
1 м2 при ее толщине в 1 м и разности температур поверхностей
стенки в 1°С.
Чем выше коэффициент теплопроводности материала стенки,
тем больше тепла проходит через стенку определенной поверхно-
сти и толщины при заданной разности между температурами ее
поверхностей.
Коэффициенты теплопроводности X ккал/м час град некоторых
тел имеют следующие значения: сталь — 39^-42; медь — 300 ^—340;
красный кирпич — 0,20 0,25; огнеупорный кирпич — 0,5 -4- 0,8;
накипь — 0,2 -5—2,7; сажа и зола — 0,06-н 0,1; асбест — 0,10.
Конвективный теплообмен происходит в результате
соприкосновения жидкости (или газа) с твердым телом и заклю-
чается в переносе тепловой энергии нагретой массой жидкости
к поверхности или от поверхности твердого тела.
Количество тепла, передаваемого конвекцией, определяется по
расчетной формуле:
Q = а/У ккал)час, (39)
где: — температура жидкости (или газа) в °C;
tcm — температура поверхности стенки в °C;
Н— величина поверхности теплообмена в м2.
Коэффициент ае ккал/м2 час град называется коэф-
фициентом теплоотдачи, который численно равен ко-
личеству тепла, передаваемого в час через 1 м2 омываемой по-
верхности от жидкости (газа) к стенке (или обратно) при раз-
ности температур жидкости (газа) и стенки в 1°С.
Коэффициент теплоотдачи не является физической постоян-
ной; на его величину влияют следующие факторы: характер, на-
правление и скорость движения жидкости, физические свойства
и температура жидкости, форма и степень шероховатости твер-
дого тела и др.
В нормах ЦКТИ и ВТИ по тепловому расчету котельных
установок приводятся обобщенные формулы подсчета коэффи-
циента теплоотдачи для различных практических случаев кон-
вективного теплообмена.
Примерные значения коэффициента теплоотдачи ккал/м2
час град при конвективной теплоотдаче стенке трубы могут изме-
няться в следующих пределах: от газа — 10-а-100, воды — 500 н-
-5-20000, перегретого пара — 20—5-100, конденсирующегося пара —
4000-н 100 000.
Теплообмен излучением происходит путем перехода
тепловой энергии в лучистую. В излучающем теле часть его теп-
ловой энергии переходит в лучистую, которая воспринимается
затем другим телом и превращается в нем в тепловую энергию.
44
Энергия излучения твердого тела равна количеству лучистой
энергии, испускаемой в час 1 м2 поверхности тела, и пропорцио-
нальна четвертой степени абсолютной температуры тела согласно
формуле:
(т \4
— I ккал)м2 час, (40)
где: Т — абсолютная температура тела в °абс (Т = 273 + /°C);
е — степень черноты тела, равная, например, для кирпича,
0,8 -s- 0,9; для сажи — 0,95;
Со = 4,96 ккал/м2 час град4 — коэффициент излучения абсо-
лютно черного тела (при г = 1).
Излучение твердых тел происходит в пределах всех длин волн
спектра излучения. Газообразные тела излучают в пределах
определенных для каждого газа длин волн спектра. Излучатель-
ная и поглотительная способность двухатомных газов ничтожна
и в практических расчетах не учитывается. Трехатомные газы
(Н2О, СО2, SO2), входящие в состав продуктов сгорания топлива,
выделяют лучистую энергию, которая повышается с увеличением
температуры газа и произведения парциального давления газа на
толщину газового слоя.
В котельных установках сочетаются все три рассмотренных
вида теплообмена. В топочном пространстве котла преобладает
лучистый теплообмен, в газоходах котла — конвективный.
Процесс передачи тепла от дымовых газов к воде, пару или
воздуху через стенки элементов котла протекает следующим
образом:
а) дымовые газы отдают тепло стенке путем конвекции и из-
лучением в количестве, подсчитываемом по формуле (39):
Q = а.гН [ti—tcmi] ккал/час,
ч
где: tx — температура дымовых газов, отдающих тепло стенке;
ах — коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением от
дымовых газов к стенке в ккал)м2 час град;
б) тепло переходит через стенку путем теплопроводности.
Согласно формуле (38):
Q=/f^L^cmI-^m2) ккал [час,
^стп
где: -Хст — коэффициент теплопроводности стенки в ккал[м
час град;
Ъст — толщина стенки в ж;
в) тепло от стенки отдается нагреваемой среде конвекцией
в количестве, подсчитываемом по формуле (39):
Q = a2H(tcm2—^2) ккал!час,
45
где: Z2 — температура нагреваемой среды (воды, пара, воз-
духа) в °C;
я2 — коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки к на-
греваемой среде в ккал!м2 час град.
Найдя из вышеприведенных формул соответствующие разно-
сти температур и суммируя их, получим:
\ °1 Кт а2 )
Отсюда получаем расчетную формулу теплопередачи:
Q[= КН (tt- t2) ккал час, (41)
где коэффициент К находится из выражения:
_L = Д- 4"" ।—L (42)
/< “1 Кт “2
и называется коэффициентом теплопередачи. Этот
коэффициент численно равен количеству тепла, которое перехо-
дит в час от одной жидкости (газа) к другой через J м2 поверх-
ности разделяющей стенки при разности температур жидкостей
(или газов) в 1°С.
Размерность коэффициента теплопередачи К (ккал/м2 час град)
такая же, как и теплоотдачи.
Слагаемые в правой части выражения (42) являются терми-
/ 1 1 \
ческими сопротивлениями теплоотдачи --- и----или теплопро-
\ а1 а2 /
водности (-^-) •
\ Кт /
Если стенка состоит из нескольких слоев, как это бывает, на-
пример, в тех случаях, когда металлическая стенка котла по-
крыта с наружной стороны сажей, а с внутренней стороны — на-
кипью, то выражение (42) принимает вид:
—=—4-^4-+—, (43)
(К “1 А v ’
где:
£ 5 _А । i1 Бз .
а А и —соответствующие величины коэффициента теплопро-
водности и толщины слоев стенки.
Пример. Подсчитать коэффициент теплопередачи от дымо-
вых газов к котловой воде, если известно: = 35 ккал/м2 час
град; а2 = 6000 ккал/м2 час град; толщина стенки кипятильной
трубы — = 3,5 мм; коэффициент теплопроводности стенки
сст ~ 40 ккал!м час град.
Стенка покрыта снаружи слоем сажи толщиной в 1 мм,
а внутри — слоем накипи в 1,5 мм.
46
Решение. Для решения задачи подсчитаем отдельные тер-
мические сопротивления переходу тепла:
Место перехода тепла а ккал;м* час град 0 м Л ккал’м час град Термическое сопро- тивление R
в м2час град i ккал в % от ЕЯ
От газов к стенке Через слой сажи . » стенку трубы слой накипи От стенки к воде 35 6000 0,001 0,0035 0,0015 0,08 40 1,5 0,0288 0,0125 0,0001 0,0010 0,0002 67,6 29,4 0,2 2,4 0,4
Суммг термических сопротивлений R 0,0426 100
Коэффициент теплопередачи равен:
К = — = —-— -23,6 ккал!м2 час град.
ГТ? 0,0426 ' г
Если стенка кипятильной трубы будет очищена от сажи и на-
кипи, то тогда
=•- 0,0291; К =--------^34,5 ккал!мг час град.
0,0291 2
Следовательно, теплопередача возрастет на:
34,5 -23,6 .100 = 31 6%>
34,5
ГЛАВА IV
БАЛАНС ТЕПЛА КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Составляющие баланса тепла
Каждый килограмм (или кубический метр) топлива вносит
в котельную установку количество тепла, определяемое тепло-
творной способностью топлива ккал/кг или ккал/нм3.
Часть этого тепла полезно используется в котельной
установке, переходит в паровых котлах в теплоту пара, а в водо-
грейных котлах — в тепло подогретой воды. Эта часть тепла обо-
значается через Qi в ккал/кг.
Полезно использованное тепло можно выразить в процентах
от Qp\ в этом случае его обозначают через q\. Связь между qv
и Qi выражается формулой:
Остальная часть тепла, вносимого в котельную установку
каждым килограммом топлива, представляет потери тепла,
которые складываются из следующего:
а) потерь с уходящими дымовыми газами, обозначаемых
Q2 ккал/кг или (в процентах от Qp) q2%‘,
б) потерь от химической неполноты сгорания — Q3 ккал/кг
(•или <7з%);
в) потерь от механической неполноты сгорания — Q4 ккал/кг
(или ?4%);
г) потерь в окружающую среду Q5 ккал/кг (или <75%).
Таким образом, тепловой баланс котельной установки в уста-
новившихся условиях представляется следующим уравнением:
Qh = Qi 4* Q2 4* Q3 4* Q4 + Q5 ккал 1кг
или в относительных величинах:
100 = ?! 4* ?2 + 4~ % •
Тепловое состояние котла называется установившимся,
когда температуры в любом элементе котла и его обмуровки
остаются постоянными и не меняются во времени, т. е. когда
48
масса всего котлоагрегата находится в состоянии теплового рав-
новесия.
Неустановившееся тепловое состояние котла соответ-
ствует такому режиму его работы, когда температуры всех или
части элементов котла и его обмуровки меняются во времени.
Например, при растопке или увеличении нагрузки котла часть
тепла дымовых газов затрачивается на прогрев обмуровки, тем-
пература которой будет повышаться. Котел придет в стационар-
ное, или установившееся состояние, когда температура обмуровки
достигнет величины, не изменяющейся во времени. При остановке
или уменьшении нагрузки котла часть тепла, накопленного в массе
котлоагрегата, будет передаваться в окружающую среду, газам и
воде; температура обмуровки начнет понижаться. Такое тепловое
состояние котла является неустановившимся.
Тепловой баланс при неустановившемся состоянии котла пред-
ставляется уравнением:
ЮО =.,91 + 92+ 93 + 94+9е ± 9б>
где 9б — затрата тепла, вызываемая неустановившимся состоя-
нием котла.
Для того чтобы сократить эту потерю тепла, следует стре-
миться к поддержанию равномерной нагрузки котла и к сокраще-
нию числа его остановок в резерв. При наличии в котельной не-
скольких котлов наивыгоднейшие режимы их работы устанавли-
ваются технико-экономическими расчетами.
Потери тепла с уходящими газами
Тепло дымовых газов, покидающих котельную установку и
поступающих затем по борову в дымовую трубу, является для
котельной установки потерянным. Оно подсчитывается по тепло-
содержанию уходящих газов.
Потери тепла с уходящими газами равны теплосодержанию
этих газов за вычетом тепла, вносимого в установку воздухом.
Они вычисляются по формуле:
X~ - ккал/кг топлива (44)
или в процентах
<72 = + 1ОО%,
где: (Уг сг)ух— объем газов’ (ял3) на 1 кг топлива и теплоемкость
уходящих газов (в ккал/нм3 град)-,
tyx — температура уходящих газов в °C;
4 Зак. № 2043
49
аух — коэффициент избытка воздуха в уходящих газах;
св — теплоемкость воздуха (калл/нм3 град), принимае-
мая в пределах. температур от 0 до 100°, равной
св =0,31 ккал/нм3 град;
te — температура воздуха (°C), поступающего в котель-
ную установку (обычно принимается^ = 30°С).
Обычно потерю тепла с уходящими газами (<72) выражают
в процентах от теплотворной способности топлива. С достаточной
для практики точностью можно определить <72 по упрощенной
формуле ВТИ:
Коэффициенты К и С, имеющиеся в этой формуле, равны:
К = 3,5 + 0,02 — для всех углей и мазута;
К = 3,35 4-0,02 Wn—для дров и торфа;
К = 3,6 — для саратовского газа;
С = 0,35 + 0,055 Wn—для антрацитов и тощих углей;
С = 0,49 + 0,055 W71— для пламенных и бурых углей, а также
для мазута;
С = 0,8 + 0,052 W4— для торфа и дров;
С = 0,6 — для саратовского газа.
Применяемая в этих выражениях приведенная влажность топ-
лива (Wn) определяется следующим выражением:
Wn--= 1000 — %.
QPh
Из рассмотрения формулы (44) для подсчета потери тепла
с уходящими газами Q2 видно, что она зависит, в первую
очередь, от двух факторов: объема уходящих газов и их
температуры tyjr Объем уходящих газов, в свою очередь, зави-
сит от величины коэффициента избытка воздуха в уходящих га-
зах — аух.
Для того чтобы сократить потери тепла с уходя
щими газами, необходимо уменьшить объем
этихгазов н а 1 кг топ л и в а (И)л и сн н з и т ь их тем
п е р а т у р у.
Для этого следует:
а) вести топочный процесс с оптимальным,
наиболее выгодным избытком воздуха, не допу-
ская излишней подачи воздуха в топку;
б) не допускать присосов воздуха через не-
плотности обмуровки, так как при этом тепло дымовых
газов затрачивается на нагрев этого паразитного воздуха, что при-
водит к увеличению объема нагретых газов, уходящих из уста-
новки;
59
в) поддерживать как внутренние, так и на
ружные поверхности нагрева котла в чистоте,
что способствует улучшению теплопередачи от газов к воде и
снижению температуры уходящих газов;
г) использовать тепло дымовых газов, покидаю-
щих котел, для подогрева питательной воды и воздуха, подавае-
мого в топку, чтобы полезно снизить таким способом темпера-
туру уходящих газов.
При установке за котлом воздухоподогревателя для подогрева
воздуха, поступающего в топку, тепловой баланс котлоагрегата
улучшается не только за счет уменьшения потерь тепла с уходя-
щими газами (q2), но также и в результате снижения потерь от
химической неполноты сгорания (<7з.) и потерь с уносом (<7^*)>
что также повышает к. п. д. котлоагрегата.
Нужно иметь в виду, что потери тепла с уходящими газами
являются в тепловом балансе котла, особенно отопительного,
главными потерями. Отметим также, что эти потери [см.
формулу (45)] возрастают с повышением влажности топлива
в связи с увеличением объема водяных паров в дымовых газах.
В современных котельных установках большой производи-
тельности потери тепла с уходящими газами составляют всего
<72 = 6—8%, тогда как в котельных, неудовлетворительно обору-
дованных и плохо эксплуатируемых, они могут достигать 30—
40%. Разумеется, что такая растрата тепла в социалистическом
народном хозяйстве является совершенно недопустимой.
Потери тепла от химической неполноты сгорания
Эти потери возникают при неполном сгорании топлива, сопро-
вождающемся появлением в продуктах сгорании окиси углерода,
водорода наметана, в результате чего топливо не полностью вы-
деляет свою химическую энергию. Считая основным компонен-
том, появляющимся при неполном сгорании топлива, окись угле-
рода СО (см. стр. 38—39), величину потерь тепла от химической
неполноты сгорания определяют по формуле:
Q, =-- 56,6 Кр ——— < ккал/кг. (46)
1 ro2 + co 100 7 v ’
Напомним, что потери от химической 'неполноты сгорания
в % от Qp определяются по формуле:
<7з = -^-1ОО.
Для определения qi существует приближенная эмпирическая
формула проф. С. Я. Корницкого:
^З=3,2 а СО. (47)
Нормально потери тепла </3 не должны превосходить:
4:
51
а) при сжигании в ручных топках торфа и дров —3,0%; бу-
рых углей — 3,5%; антрацитов — 2,0 %;
б) при сжигании на механических цепных решетках торфа —
1,5%; щепы — 3,0%; бурых углей—1,0%; антрацитов и камен-
ных углей — от 0 до 0,5 % •
Главными причинами неполного сгорания топлива являются:
недостаточный объем топочного пространства, недостаток или
неправильное распределение воздуха, поступающего в топку, пло-
хое обслуживание топки и низкая ее температура. Выше было
указано, что для уменьшения потерь тепла с уходящими газами
необходимо принимать меры к снижению избытка воздуха в
газах, т. е. к уменьшению объема воздуха, поступающего в топку
для сжигания 1 кг топлива. С другой стороны, недостаток воз-
духа может привести к росту потерь от химической неполноты
сгорания (?3). Отсюда следует, что избыток воздуха должен быть
таким, чтобы сумма потерь q2 + была минимальной. Такой
коэффициент избытка воздуха называют оптимальным (наи-
выгоднейшим). Он устанавливается в эксплуатации опытным пу-
тем, а при проектировании выбирается по таблице нормативных
параметров топок (стр. 98—100).
Потери тепла от механической неполноты сгорания
Потери от механической неполноты сгорания вызваны тем,
чго в топке сгорает не все поступившее в нее топливо. Часть топ-
лива выносится из топки в несгоревшем состоянии. Эти потери
состоят из следующих слагаемых:
<48)
где: qn4 — потери тепла с провалом, т. е. с топливом, выпадаю-
щим из решетки через зазоры между колосниками;
q“*—потери тепла при выгребании или удалении из топки
шлака и золы, которые содержат частицы несгорев-
шего углерода;
Чуя—потери тепла с уносом, вызванные тем, что частицы
топлива выносятся из слоя поступающим в него воз-
духом. Эти частицы в несгоревшем состоянии выпа-
дают из потока дымовых газов в газоходах и боро-
вах котла или уносятся с газами в дымовую трубу.
Нормативные потери тепла от химической и механической
неполноты сгорания приведены в табл. 9 (см. стр. 100—102).
При сжигании каменных углей в ручных слоевых топках за
норму потерь с провалом обычно принимают величину
q'4‘ = 0,3%.
Потери от механической неполноты сгорания могут быть опре-
делены экспериментальным путем.
52
С этой целью взвешивают провал, шлак и унос, выгребаемые
из котельного агрегата при сжигании твердого топлива, за воз-
можно более продолжительное время (например, 12—24 и более
часов). Допустим, что взвешиванием найдено:
gnp\ gyH—соответственно вес провала, шлака и уноса,
приходящийся на 1 кг сжигаемого твердого топлива, в кг/кг,
причем путем анализа отобранных проб провала, шлака и уноса
определено:
Апр\ Ашл, Аун — содержание золы соответственно в провале,
шлаке и уносе в процентах.
Используя эти величины, можно написать уравнение эолового
баланса:
— =£• •—— 4-е •—4-ir • (49)
100 &пр 100 100 &ун 100
В левой части уравнения приведено количество золы, вводи-
мое в котельный агрегат с 1 кг топлива, а в правой части —
сумма количеств золы, содержащихся в провале, шлаке и уносе
на 1 кг топлива.
Уравнением эолового баланса (49) можно воспользоваться
для определения количества уноса (?JW) в том случае, когда оно
не может быть замерено опытным путем.
Если в провале, шлаке и уносе содержится золы А \ Ашл\
Ауи%, то горючая масса провала, шлака и уноса будет соответ-
ственно равна:
100-Д„//о,
100-ДШЛ%,
100—Дуж%.
В весовом выражении горючая масса на 1 кг топлива соста-
вит:
100 — Апп
----кг'кг-
шл
s„
100
100
кг\кг-,
кг’къ.
Считая теплотворную способность горючей массы провала,
шлака и уноса равной теплотворной способности углерода, т. е.
7830 ккал/кг, получим, что потеря тепла от механической непол-
ноты сгорания равна:
?4 = [ёпР (100 - Алр) + ёшл (100 - Ашл) +
+ ^(100-Дук)]
(50)
QpH
53
Пользуясь этой формулой и подсчитывают по результатам
замеров слагаемых механической неполноты сгорания и золовому
балансу.
Для уменьшения потерь тепла в котельных установках боль-
шое значение имеет осуществление мероприятий по сокращению
уноса топлива. К этим мероприятиям относятся: правильный вы-
бор объема и высоты топочного пространства, устройство острого
дутья для задержания уноса в топке, поддержание нормальной
загрузки колосниковой решетки, правильное обслуживание топки,
применение топлива соответствующего качества.
Надо иметь в виду, что при значительном уносе происходит
засорение газоходов котла и боровов, что влечет за собой сниже-
ние производительности котла. Кроме того, частицы уноса иногда
(при повышенных скоростях дымовых газов) производят механи-
ческое истирание (эрозию) кипятильных труб котла.
Потери тепла в окружающую среду
Потери тепла в окружающую среду вызываются охлаждением
обмуровки и наружных металлических частей котла во время его
работы. Величина этих потерь зависит от размеров наружных
Рис. 5. Величина потерь тепла в окружающую среду (75)
в зависимости от теплопроизводительности котельного агре-
гата в ккал/час.
поверхностей котла, качества обмуровки и тепловой изоляции,
температуры окружающего воздуха и скорости, с которой он
омывает наружную поверхность обмуровки. Относительная по-
теря тепла в окружающую среду, выраженная в процентах от
теплотворной способности топлива, зависит от размеров котла.
Величина этих потерь при проектировании отопительных котель-
ных агрегатов может быть определена по графику (рис. 5). При
54
нагрузках Q' отличных от нормальной, потеря тепла в окру-
жающую среду о’5 находится из соотношения:
_?5_=_0
Ч:> Q' ’
где: Q — нормальная теплопроизводительность котла;
qb — соответствующая ей потеря тепла в окружающую
среду в %.
Таким образом, можно считать, что относительная потеря
тепла в окружающую среду (?5%) обратно про-
порциональна тепловой нагрузке котла.
Полезно использованное тепло. Коэффициент полезного
действия котельной установки
Предположим, что теплопроизводительность котла, т. е. коли-
чество тепла, полезно использованное в паровом котле на получе-
ние пара, а в водогрейном котле — на подогрев воды, равняется
Q ккал/час, причем часовой расход топлива составляет В кг!час.
Тогда из тепла, содержащегося в 1 кг топлива, будет полезно ис-
пользовано:
Qi = ~ к кал 1кг.
Теплопроизводительность парового котла Q ккал/час может
быть подсчитана на основании следующих соображений. Если
паровой котел вырабатывает пар при давлении Рн и темпера-
тУРе tn то этим параметрам соответствует определенное тепло-
содержаний i ккал/кг. При температуре воды, подаваемой в па-
ровой котел, равной 0° С, на выработку каждого килограмма
пара указанных выше параметров будет затрачено тепло в коли-
честве I ккал/кг. В действительности в котел подается пита-
тельная вода при некоторой температуре tn поэтому на выра-
ботку 1 кг пара потребуется затратить тепло в количестве:
i — ctn в ккал/кг, где с — теплоемкость воды, которую при темпе-
ратуре от 0 до 100° С можно принимать равной 1 ккал!кг град.
Если при этом паровой котел вырабатывает в час D кг пара,
то его теплопроизводительность будет:
Q — D (i—ctn /}) ккал/час
и количество полезно используемого из 1 кг топлива тепла выра-
зится формулой:
q D{i-ctne)
Qx -- - —~в----- ккал[кг.
55
Водогрейные котлы предназначаются для подогрева воды,
циркулирующей в системе отопления или потребляемой из лети
горячего водоснабжения. Теплопроизводительность водогрейного
котла может быть найдена по формуле:
Q = Q с (t”A — ккал]часу
где: G—количество подогреваемой воды в кг/час;
t'K— температура воды, входящей в котел;
t'K — температура воды, выходящей из котла.
При этом теплоемкость воды может быть принята равной
с — J ккал/кг град.
Количество тепла, полезно используемого из 1 кг топлива,
в водогрейном котле равно:
Qj=— = —— ккал/кг. (52)
в в
Если количество полезно используемого тепла выразить в
процентах от теплотворной способности топлива, то полученная
величина представит собой коэффициент полезного действия
котла:
= 4г100%' (53)
Коэффициентом полезного действия (к. п. д.)
котла (т;к) называется отношение количества
тепла, полезно использованного в котле за ка-
кой-либо промежуток времени, к количеству
тепла топлива, затраченного за то же время.
К. п. д. вычисляется по следующим формулам:
а) к. п. д. парового котла:.
*D(i — ct„
= 1-----п е) . 100% (54)
варн
б) к. п. д. водогрейного котла: I
r G (t — 13
,100°/с (55)
К. п. д. котла характеризует экономичность использования
топлива в котельной установке. Количество полезно использован-
ного тепла определяется как разность между всем количеством
тепла, внесенным в котел топливом, и тепловыми потерями, т. е.:
= Я1 = 100—(72 + ^4- + <?5). (56)
56
При проектировании котельной установки ее к. п. д. подсчи-
тывается по этой формуле; следовательно, для его определения
необходимо сперва вычислить отдельные потери тепла.
При тепловом испытании действующей котельной установки,
а также в процессе текущей эксплуатации, к. п. д. находят по
формулам (54) или (55) на основании измерения величин, вхо-
дящих в эти формулы. По результатам испытания котла при
установившемся его состоянии составляется баланс тепла, в кото-
ром должно быть выполнено равенство:
+ Ю0%.
Испарительность топлива
Испарительностью топлива (И) называется
количество кг пара, вырабатываемое в ко-
тельной установке при затрате 1 кг твердого
или жидкого топлива или 1 нм3 газообразного
топлива. Различают понятия: видимая испарительность топ-
лива и приведенная испарительность по нормальному пару.
Видимая испарительность топлива определяется
по формуле:
Ив = —кг/кг или кг/нм3,
(57)
где: D — количество вырабатываемого пара в кг/час;
В — часовой расход топлива в кг/час или нм3/час.
Подставляя из формулы (54) значение отношения —- по-
в
лучим: '
He = ^L. (58)
•~с(п.п
Видимая испарительность топлива подсчитывается по наблю-
денному фактическому расходу пара и расходу топлива; при по-
стоянном к. п. д. и она зависит от количества тепла (I — ctn в)>
которое необходимо полезно затратить для выработки 1 кг пара.
Испарительность топлива пропорциональна к. п. д. котла; она
характеризует экономичность котла, но только в том случае, если
постоянно количество тепла, потребное для выработки 1 кг пара
(i — На практике для сравнения экономичности работы
различных установок пользуются понятием о приведенной испа-
рительности по нормальному пару.
Нормальным называют пар с теплосодержанием
640 ккал/кг, что примерно соответствует теплосодержанию насы-
щенного пара при 1 ата,
57
Приведенная испарительность по нормальному
пару определяется путем пересчета видимой испарительно-
сти по следующей формуле:
640
640
(59)
Это означает, что при сжигании в данной котельной установке
1 кг топлива количество полученного нормального пара будет во
столько раз больше количества действительного пара, во сколько
фактическая затрата тепла (/ — ctn e) на 1 кг пара больше
640 ккал/кг.
Если сравнивается экономичность нескольких котельных уста-
новок, то очевидно, что она будет выше у той установки, где
Ин больше. Если, например, приведенная испарительность АСШ
одной котельной установки равна 5,4 кг!кг, а другой — 5,7 кг/кг,
то очевидно, что вторая установка эксплуатируется более эконо-
мично, так как в ней при сжигании 1 кг АСШ вырабатывается
большее количество пара.
Зная испарительность топлива и часовой расход топлива
в данной установке, количество пара, вырабатываемое установ-
кой, можно определить по формуле:
D ИвВ кг)час,
что вытекает из формулы (57).
Подсчет расхода топлива
При проектировании котельных установок одной из первых
задач является определение часового расхода топлива при задан-
ной теплопроизводительности Q установки, виде, сорте и тепло-
творной способности топлива QC Этот расход можно найти,
исходя из формул (54) и (55):
а) для паровых котлов:
D (i— ct„
В -= —------— кг/час; (60)
б) для водогрейных котлов:
В = - кг/час (6!)
Если в течение года котельная установка работает Z часов со
средней теплопроизводительностью Q, то годовой расход топлива
определяется по формуле:
** год. (62)
\KQPH
58
Для того чтобы выразить расход топлива в весовых единицах
условного топлива (7000 ккал/кг), необходимо действительный
расход топлива помножить на топливный калориметрический
эквивалент. Таким образом:
Qh
Bvra = В кг условного топлива.
усл 7000 J
Проектный и эксплуатационный тепловые балансы.
Передовые методы рационализации теплового баланса
При проектировании котельной установки всегда составляется
тепловой баланс, в котором потери тепла принимаются по норма •
тивным данным, соответствующим характеристике данной уста-
новки. По данным этого баланса может быть подсчитан расход
топлива. В процессе эксплуатации котла обычно имеются откло-
нения от проектных норм потерь тепла. Наиболее распространен-
ными причинами этих отклонений являются: загрязнение внутрен-
них поверхностей нагрева накипью или наружных поверхностей
золой и уносом; несовершенное ведение топочного процесса;
наличие присосов воздуха; колебания нагрузки котла; частые слу-
чаи вывода котла в горячий резерв; дефекты в ремонте котла
и пр. По этим причинам появляются дополнительные потери, ко-
торые приводят к ухудшению баланса тепла, к снижению эконо-
мичности топливоиспользования.
С целью определения величины потерь тепла и выявления вы-
зывающих их причин в течение эксплуатации должны периоди-
чески проводиться тепловые испытания котла; кроме того необхо-
димо вести систематический учет величин всех параметров для
составления эксплуатационного баланса тепла.
Такой баланс должен периодически составляться в каждой ко-
тельной установке. Он позволяет судить о том, куда тратится
тепло, внесенное топливом в установку, и какие мероприятия
должны быть разработаны для сокращения потерь тепла и улуч-
шения теплового баланса.
Опыт показывает, что кочегары-новаторы при обслуживании
котлов не только обеспечивают приведение эксплуатационного
баланса к проектным нормам, но и перекрывают проектные
нормы экономичности работы котла. В этом отношении исключи-
тельное значение имеют обобщение и р а с п р ос т р а н е
ние опы-та работы новаторов и организация
социалистического соревнования между брига-
дами за повышение экономических показате-
лей работы котлов, улучшение содержания RO2 в уходящих
газах, снижение их температуры и увеличение испарительности
топлива. Инженерно-технический персонал обязан поддерживать
почин и начинания новаторов в деле максимального сбережения
59
топлива, возглавить социалистическое соревнование между брига-
дами и оказывать им необходимую помощь.
В ходе социалистического соревнования в отопительно-произ-
водственных котельных установках выработаны разнообразные
плодотворные методы повышения экономичности топливоисполь-
зования. К этим методам относятся:
а) прикрепление эксплуатационного персонала к определен-
ным котельным агрегатам для поддержания их в должной ис-
правности и чистоте;
б) участие эксплуатационного персонала в проведении ремон-
тов котлов и вспомогательного оборудования;
в) качественная приемка котлов эксплуатационным персона-
лом после ремонта;
г) тщательное соблюдение графика планово-предупредитель-
ного ремонта оборудования;
д) ежедневное систематическое наблюдение за состоянием
топки, котла, обмуровки и вспомогательного оборудования и
своевременное устранение обнаруженных недостатков;
е) разработка нормальных параметров (карт) топочного ре-
жима и строгое поддержание этих параметров;
ж) регулярная и тщательная очистка поверхностей нагрева
от загрязнений и отложений;
з) установка контрольно-измерительных приборов и руковод-
ство их показаниями при эксплуатации;
и) систематическое повышение квалификации персонала;
к) широкое внедрение рационализаторских мероприятий по
снижению потерь и использованию тепла уходящих газов;
л) проведение тщательного учета и нормирования расхода
топлива;
м) систематическая информация персонала о показателях ра-
боты каждой смены; установка специальной доски показателей.
Успех борьбы за рациональный эксплуатационный тепловой
баланс котельной установки во многом зависит от творческого
содружества инженерно-технического персонала с передовыми
рабочими, смелого внедрения новой техники и достижений нова-
торов. Именно к этому обязывают решения XIX съезда Коммуни-
стической партии Советского Союза, указавшего в директивах по
пятому пятилетнему плану развития СССР на необходимость ока-
зания всемерной поддержки новаторам промышленности в их
стремлении увеличить производство, повысить производительность
труда, снизить себестоимость продукции.
V-*t- Пример составления теплового баланса отопительно-
производственной котельной установки и подсчета расхода
топлива
Требуется составить тепловой баланс водотрубного парового
котла системы ДКВ производительностью 2 т/час и определить
нормальный часовой расход топлива при давлении насыщенного
60
пара Рк=8 ата> его Влажности у = 2%, температуре питатель-
ной воды в = 80°, температуре воздуха te = 30° Топливо —
антрацит АСШ с элементарным составом рабочей массы:
Ср=77,2%; Нр = 1,2%; Np 0,4%; О" 1,2%; 8Р = 1,6%;
Ар = 14,0%; Wp = 4,4%. Топка — ручная колосниковая решетка
с воздушным дутьем. Коэффициент избытка воздуха за котлом
а 1,8. Температура уходящих газов ty<r = 350° С.
Решение. Подсчитываем низшую теплотворную способность
рабочего топлива по формуле Д. И. Менделеева:
Qp = 81 246Нр+ 26 -
— = 81 -77,2 + 246-1,2 + 26 (1,6 — 1,2) —
— 6 • 4,4 = 6529 ккал /кг.
Для определения потери тепла с уходящими газами q2 по фор-
муле (44) или (45) необходимо знать потерю от механического
недожога. Поэтому сперва произведем расчет этой потери. Она
составляется из отдельных величин по формуле (48):
_ „Пр I ШЛ | унп.
<Ц = <Ц+Я< + q\ По-
принимаем: q"p = 0,3%; = 3,3% и qPH = 8%.
Суммарные потери с механической неполнотой сгорания опре-
делятся:
^4 = 0,3+ 3,3+ 8,0 = 11,6%.
Потерю тепла с уходящими газами определяем по фор-
муле (45): *
Предварительно найдем коэффициенты К и С. Для этого най-
дем приведенную влажность:
Г" = — • 1000= — • 1000 = 0,7%;
qp 6529
К = 3,5 + 0,02 Wn = 3,5 + 0,02 • 0,7 = 3,51;
С = 0,35 + 0,055 Wn = 0,35 + 0,055 • 0,7 = 0,39.
Находим значение q2:
q2 = (3,51 -1,8 + 0,39) 350 ~ 30 • — ~А11,6 = 19,0%.
100
100
61
Потеря тепла от химической неполноты сгорания принимается
для заданных условий по таблице 9:
: 2,0%
Потерю тепла в окружающую среду </5 оцениваем по рис. 5.
Теплопроизводительность котла равна:
<? = О(< <*„.,)
При давлении 8 ата и паросодержании х = 1 — у = 0,98, теп-
лосодержание пара будет (см. таблицы насыщенного водяного
пара):
l = i ^х-г= 171,3 4-0,98-489,9 = 651 ккал’.кг
где: Г — теплосодержание жидкости;
г— теплота парообразования.
Отсюда:
Q = 2000-(651 —80) = 1 142000 ккал/час.
Этой теплопроизводительности по рис. 5 соответствует
<75 = 4,2%.
Определив, таким образом, потери тепла, можно определить и
к. п. д. котла:
7i« = ?i= ЮО - (<72~Wa~b + =
= 100 — (19,0 4- 2,0 -L11,6 + 4,2) = 63,2% = 0,632.
По формуле (60) находим часовой расход топлива:
О(1-аПЙ) 1 142000
5 = 0,632-6529 ~ кг!час
^Рн
или условного топлива:
D О *2* п-о 6529 осс ,
В , В-------= 2/8- — = 258 кгчас.
усл 7000 7000 '
Видимая испарительность топлива в данной установке равна:
D 2000
И = — =------
° В 278
7,2 кг/кг.
Приведенная испарительность
И ^Иа
* " 640
по нормальному пару:
=6,42 «г/кг.
640
7,2-
ГЛАВА V
топки ОТОПИТЕЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ котлов
Классификация топочных устройств
Топочные устройства (топки) предназначаются для сжигания
топлива. В большинстве случаев они служат также для передачи
котельным поверхностям тепла лучеиспусканием и для сбора
шлаков и золы.
Топочные устройства должны удовлетворять следующим ос-
новным требованиям:
а) соответствию виду и сорту сжигаемого топлива;
б) соответствию производительности котла;
в) возможно более высокой экономичности;
г) бесперебойности и надежности работы;
д) механизации процесса сжигания топлива, а также выгрузки
шлаков и золы;
е) простоте и дешевизне.
По способу сжигания топлива топки подразделя-
ются на слоевые и камерные. Отличительной особенностью слое-
вой топки является наличие колосниковой решетки, на которую
периодически или непрерывно загружается топливо, подлежащее
сжиганию. В небольших отопительно-производственных котель-
ных установках для сжигания твердого топлива применяются
преимущественно слоевые топки; жидкое и газообразное топливо
сжигается в камерных топках.
По способу подачи топл и в а и о б сл уж и в ани я
слоевые топки подразделяются на ручные, полумеханические и
механические. Обслуживание топки во время ее работы заклю-
чается в выполнении трех основных операций: питании топки топ-
ливом, шуровки слоя и удалении золы и шлаков (очаговых остат-
ков). Если-все эти операции выполняются кочегаром вручную,
топка называется ручной. При полной механизации всех трех
операций топка называется механической; в случае меха-
низации части операций — полумеханической.
Советской теплоэнергетике принадлежит приоритет в освое-
нии сжигания низкосортных топлив. Ни в одной стране мира не
достигнуто таких результатов в этой области, как в СССР. Топ-
63
дивный бюджет теплоэнергетики нашей страны базируется в зна-
чительной степени .на применении местных и низкосортных
топлив.
Основные характеристики топок
Важнейшими расчетными характеристиками слоевых топок
являются: видимое тепловое напряжение зеркала горения, види-
мое тепловое напряжение объема топки и коэффициент избытка
воздуха.
Видимым тепловым напряжением зеркала
горения топки называется количество тепла,
выделяемое в течение часа топливом при пол-
ном сгорании и приходящееся на 1 л*2 зеркала
горения.
Под зеркалом горения понимается внешняя поверхность горя-
щего слоя топлива, находящегося на колосниковой решетке.
В случае применения горизонтальной колосниковой решетки по-
верхность зеркала горения будет равна площади решетки. Види-
мое тепловое напряжение зеркала горения подсчитывается по
формуле:
q # = = ккал/м2 час, (63)
где: R — поверхность зеркала горения в .и2;
В — часовой расход топлива в кг/час \
Q* — низшая теплотворная способность рабочей массы
топлива в ккал!кг.
Видимое тепловое напряжение зеркала горения характеризует
нагрузку решетки; в ручных топках тепловое напряжение допу-
скается в пределах от 300 000 до 1 000 000 ккал/м2 час (в зависи-
мости от типа топки и вида сжигаемого твердого топлива).
Видимым тепловым напряжением объема
топки является количество тепла, выделяемое
топливом в течение часа при полном сгорании
и приходящееся на 1 м3 объема топки. Под объе-
мом топки подразумевается объем в пределах поверхности слоя
топлива, стенок топки и поверхности нагрева.
Видимое тепловое напряжение объема топки определяется по
формуле:
Я7= — = ккал1м3 час, (64)
* Ут Vm 7
где Vm—объем топки в м3.
Видимое тепловое напряжение объема топки характеризует
его тепловую нагрузку. При камерном способе сжигания топлива,
когда оно сгорает в ^топочном объеме, тепловое напряжение
объема топки является главным показателем нагрузки топки.
64
Коэффициент избытка воздуха характеризует
экономичность работы топки. Он должен быть выбран в соответ-
ствии с типом и нагрузкой топки, видом и качеством сжигаемого
топлива.
При дальнейшем изучении конструкций топок и ознакомлении
с их работой будут установлены нормальные значения указанных
выше расчетных параметров топок.
Пример. Требуется подсчитать видимые тепловые напряже-
ния колосниковой решетки и объема топки, если известны сле-
дующие данные: площадь колосниковой решетки R = 1,5 м2;
объем топки Vm = 4,3 л«3; топливо-подмосковный уголь с тепло-
творной способностью Qp = 2920 ккал!кг\ расход топлива —
В = 260 кг/час.
Решение. Находим видимое тепловое напряжение решетки
по формуле:
вЪк 260-2920 _,^лпп , ,
qD = ----=---------= t)06 ООО ккал м2 час.
R R 1.5 '
Видимое тепловое напряжение объема топки равно:
BQP 260-2920 177ППП , з
=----- =-------= 177 000 ккал[м? час.
Vm 4,3
Ручная колосниковая топка
У ручной колосниковой топки, изображенной схематически на
рис. 6, различают следующие части: колосниковую решетку 1,
зольник 2, Сопочную камеру 3, дверцы для загрузки топлива 4,
устройство для подачи воздуха 5.
Колосниковая решетка набирается из отдельных чу-
гунных плит или балочек, именуемых колосниками (рис. 7), опи-
рающихся на балки. Между балочными колосниками имеются
прозоры для ррохода воздуха. Плиточные колосники выполняются
с круглыми или щелевидными отверстиями, через которые про-
пускается под слой топлива воздух.
Топливо забрасывают на колосниковую решетку через загру-
зочные дверцы. Воздух, необходимый для процесса горения, под-
водится под слой топлива через зольник. Воздух поступает в топку
и пронизывает слой топлива или под действием разрежения, со-
здаваемого в'топочном пространстве дымовой трубой, или вслед-
ствие нагнетания вентилятором либо пароструйным аппаратом.
Летучие вещества и продукты сгорания, выделяющиеся на колос-
никовой решетке при горении топлива, поступают в топочную
камеру 3 (рис. 6), где происходит горение летучих веществ. Про-
дукты сгорания отводятся затем по газоходам котла. Золу и шлак,
остающиеся на решетке после сгорания топлива, удаляют из
5 Зак. № 2043
65
топки через зольник и загрузочную дверцу. Провал топлива через
прозоры между колосниками попадает в зольник.
Рассматривая условия горения топлива на ручной колоснико-
вой решетке, следует отметить две особенности этой топки, знание
которых необходимо для понимания процесса горения и оценки
конструкции топки. Первая особенность заключается в том, что
топливо загружается на решет-
I ку вручную, через некоторые
‘ промежутки времени; следова-
тельно, загрузка топли-
ва на решетку осуще-
ствляется периодически. Топ-
ливо, попадающее на решетку,
нагревается и воспламеняется
с двух сторон: снизу, вследствие
соприкосновения с горящим
слоем топлива, и сверху — в ре-
зультате излучения топочной
Рис. 6. Ручная колосниковая топка. Рис. 7. Колосник ручной решетки:
а — балочный колосник; б — плиточный
колосник.
обмуровки, а также теплопередачи от горячих газов. Таким обра-
зом, на колосниковой решетке с верхним забросом топлива
происходит двустороннее зажигание топлива.
В этом заключается вторая особенность работы рассматриваемой
топки.
Двустороннее зажигание топлива, как одна из отличительных
особенностей колосниковой решетки с верхним забросом топлива,
обеспечивает хорошую подготовку его для сжигания, интенсив-
ную подсушку и выделение летучих веществ. Следствием этого
является возможность устойчивого сжигания на колосниковой
решетке влажных топлив, а также универсальность руч-
ной колосниковой решетки, на которой ус-
66
пешно можно сжигатьразйообразйыё п о с fa о й м
качествам топлива. С другой стороны периодичность за-
грузки топлива и чередование этапов горения делают работу
топки неустойчивой в отношении экономичности процесса го-
рения.
На рис. 8 приведена диаграмма, изображающая поступление и
расход воздуха при сжигании сухого каменного угля с большим
выходом летучих веществ.
Рис. 8. Диаграмма расхода воздуха при сжигании
' топлива на ручной решетке.
На этой диаграмме линия ab изображает количество воздуха,
поступающее в топку от одной загрузки топлива до другой. Из диа-
граммы видно, что поступление воздуха в топку увеличивается
по мере прогорания топлива на решетке вследствие снижения
сопротивления слоя топлива проходу воздуха. Линия е{ соответ-
ствует расходу воздуха, необходимому для сгорания топлива.
Тотчас же после загрузки топлива, вследствие интенсивного вы-
деления из него летучих веществ, потребность в воздухе резко
возрастает, что изображается резким подъемом линии е/; затем,
по мере прогорания топлива, воздуха требуется все меньше
и меньше. 'Из всего количества воздуха, подаваемого в топку
(линия аЬ), вследствие несовершенства режима горения, исполь-
зуется только часть воздуха, изображенная на диаграмме ли-
нией cd. Диаграмма доказывает, что в течение некоторого от-
резка времени наблюдается недостаток воздуха. При этом про-
исходит неполнота горения, сопровождающаяся образованием
густого дыма вслед за загрузкой на решетку свежей порции топ-
5*
67
лива. В течение остального периода горение протекает с избыт-
ком воздуха, все более возрастающим по мере прогорания топ-
лива. Таким образом, процесс горения топлива на ручной колос-
никовой решетке развивается в условиях неустойчивого режима
воздухоснабжения. Несмотря на то, что полное количество воз-
духа, поступившее в топку за время от одной загрузки топлива
до другой, вполне достаточно, в отдельные периоды в топке ощу-
щается недостаток воздуха, тогда как в остальное время его
слишком много. Эта неустойчивость режима воздухоснабжения
влечет за собой появление потерь от химической неполноты сго-
рания и возрастание потерь тепла с уходящими газами. Отсюда
следует, что при обслуживании ручной колосниковой решетки
необходимо регулировать поступление воздуха в топку. После
заброса топлива на решетку поступление воздуха в топку следует
увеличить, а по мере прогорания топлива — постепенно уменьшать.
При периодической загрузке топлива на ручную колоснико-
вую решетку топочный процесс нарушается, кроме того, еще и
тем, что для загрузки топлива на колосниковое полотно с горя-
щим слоем топочную дверцу необходимо держать некоторое
время открытой.
Так как в топке, вследствие тяги дымовой трубы, имеется раз-
^'режение, то через открытые топочные дверцы в топку будет
проникать в значительном количестве наруж
ный холодный воздух. В результате этого произойдут
резкое снижение температуры топки и падение производитель-
ности котла; кроме того, на нагрев проникшего в топку холодного
Л воздуха должно быть затрачено тепло, что приводит к увеличе-
j нию потерь тепла с уходящими газами. Допускать такой крле-
блющийся температурный режим топки нельзя, особенно в слу-
f чае сжигания влажных, многозольных и трудновоспламеняю-
щихся топлив. Для того чтобы уменьшить количество воздуха,
поступающего в топку через дверцу при забросе топлива или вы-
гребе золы и шлака, эти операции следует выполнять быстро, а
дверцу — держать открытой только самое короткое время. Одно-
временно надо прикрывать дымовую заслонку котла для умень-
шения разрежения в топке.
Для предотвращения излишнего поступления воздуха через
топочные дверцы наиболее рационально устраивать дутье под
решетку. Воздух при этом подается в зольник топки с избыточ-
ным давлением; равным сопротивлению решетки и слоя топлива.
Это давление, например в топках для подмосковного угля, должно
равняться 60—70 мм вод. ст. При этом в топочном объеме может
быть установлено атмосферное давление, вследствие чего при от-
крытом положении топочных дверец наружный воздух не будет
поступать в топку и нарушения температурного режима топки
значительно уменьшатся.
Для подачи воздуха под колосники применяются или вен
тиляторное дутье от вентилятора, специально устанавлй-
68
ваемого для этой цели, или паровое дутье, при котором
воздух подается в зольник при помощи специального пароструй-
ного аппарата.
Подвод воздуха под решетку под избыточным давлением поз-
воляет увеличить скорость движения его по каналам, образую-
щимся между частицами топлива. Это способствует более интен-
сивному подводу к ним кислорода.
Таким образом, применение подачи воздуха вен-
тилятором приводит к ускорению процесса го-
рения топлива и к повышению теплового на-
пряжения колосниковой решетки.
Тепловое напряжение колосниковой решетки и интенсивность
горения топлива в слое еще более повышаются в случае приме-
нения горячего дутья, осуществляемого путем подачи подогретого
воздуха в зольник топки под давлением.
Надо заметить, что температура горячего дутья в колоснико-
вых топках ограничена температурными условиями работы ко-
лосников и других металлических деталей топки.
Проходящий через слой топлива газовый поток выносит мел-
кие частицы топлива в топочное пространство. Количество уноса
зависит от скорости газового потока, фракционного состава топ-
лива, его спекаемости, а также от формы и удельного веса час-
тиц. Чем больше тепловое напряжение и нагрузка колосниковой
решетки, чем выше коэффициент избытка воздуха в топке, тем
значительнее вынос мелких частиц топлива из слоя. При больших
скоростях газового потока, сжигании мелкого неспекаюшегося
топлива и неравномерном его распределении по колосниковой ре-
шетке слой топлива на всей решетке или в отдельных ее местах
может дойти до такого состояния, что он становится как бы под-
вижным. При этом через отдельные участки с тонким слоем
топлива прорываются фонтаны выносящегося из слоя мелкого
уноса. Если этот унос не сгорит в топочной камере, то он явится
потерей, которая, как известно из рассмотрения теплового ба-
ланса котла, является наиболее крупной составляющей частью
потерь от механической неполноты горения. Для того чтобы со-
кратить количество уноса топлива, следует поддерживать слой
топлива равномерным, подмешивать к сжигаемому топливу спе-
кающиеся угли, не допускать повышенного давления дутья, не
работать с тепловыми напряжениями решетки, превосходящими
величину, допустимую для данного сорта топлива. Вместе с тем
должны быть обеспечены благоприятные условия для горения ле-
тучих веществ и для* лучшего выгорания уноса в топочном
объеме.
Задача борьбы с уносом при сжигании мелких и неспекаю-
щнхея топлив исключительно важна и должна быть разрешена
при конструировании топки. В этом отношении весьма благо-
69
приятный эффект дает применение так называемого острого
дутья. В топочный объем через соответственным образом вы-
полненные и расположенные сопла вводится при этом с большой
скоростью (до 50 м/сек.) воздух в небольшом количестве (около
5% от общего количества воздуха, поступающего в топку). Ост-
рое дутье способствует лучшему перемешиванию в топочном
объеме летучих веществ и уноса с воздухом; унос несколько за-
держивается в топочном объеме и полнее выгорает в нем.
Таким образом, работа топочного объема, в ос-
новном, сводится к сжиганию горючих летучих
веществ, выделившихся из слоя топлива, и
к дожиганию продуктов неполного сгорания
уноса топлива. Для более совершенного выполнения этих
функций топочный объем должен иметь достаточные размеры и
целесообразную конфигурацию, создаваемую путем хорошо про-
думанного расположения сводов и обмуровки.
По мере прогорания топлива на колосниковой решетке накап-
ливаются зола и шлак, причем часть золы падает в зольник че-
рез прозоры между колосниками. При сжигании каменных углей
и антрацита зола, вследствие высокой температуры слоя, расплав-
ляется, образуя шлак, который может обволакивать частицы
топлива. Возникающие при этом потери топлива будут тем
больше, чем выше зольность топлива и чем разнообразнее раз-
меры его кусков.
Зола топлива может быть легкоплавкой или тугоплавкой.
Легкоплавкая зола заливает прозоры колосниковой ре-
шетки, закупоривает их, вследствие чего резко повышается гид-
равлическое сопротивление колосниковой решетки, сокращается
и даже прекращается поступление воздуха к слою топлива, про-
исходит снижение теплового напряжения топки и падение произ-
водительности котла. При сжигании углей с тугоплавкой
золой может случиться, что колосниковая решетка не будет
покрыта шлаком и окажется в непосредственном соприкоснове-
нии с горящим углем; это может привести к прогоранию ко-
лосников.
Нужно следить за тем, чтобы сгорание угля обязательно про,
исходило на шлаковой подушке, лежащей непосредственно на
колосниковой решетке и предохраняющей последнюю от воздей-
ствия высокой температуры слоя топлива. Это особенно необхо-
димо при сжигании углей с тугоплавкой золой.
При сжигании углей с легкоплавкой золой следует применять
воздушное дутье с примесью пара; при этом на решетке обра-
зуется более пористый шлак; одновременно лучше охлаждаются
и колосники.
По мере прогорания топлива шлак накапливается на решетке
и его следует периодически удалять, выгребая его через топоц-
70
ные дверцы, или спуская предварительно в зольник через колос-
никовую решетку.
Форма колосников должна выбираться в соответствии со
свойствами топлива. Балочные колосники (рис. 7, а) применя-
ются для сжигания крупнокускового топлива; достаточно разви-
тая высота колосника обеспечивает необходимую поверхность
для охлаждения его протекающим воздухом. На концах и посе-
редине колосников имеются утолщения, вследствие чего между
колосниками образуются прозоры для прохода воздуха.
Плиточные колосники (рис: 7, б) предназначаются для сжи-
гания разных топлив, в том числе и мелкокускового топлива и
антрацита. Плитки делаются разных размеров, наиболее употре-
бительны размеры 520X210 мм, В плитах имеются круглые или
щелевидные отверстия, расширяющиеся книзу. Верхний диаметр
круглых отверстий принимается в 7—10 мм, нижний — около
30 мм. Для увеличения прочности и улучшения охлаждения воз-
духом плитки снабжаются ребрами. Так как плитки при нагрева-
нии расширяются, между ними следует оставлять зазоры в
3—5 мм. Опорами для колосников обычно служат чугунные
балки или трубы, заделанные в обмуровку топки.
Обозначим сумму площадей всех Прозоров между колосни-
ками или отверстий в колосниковых плитах (живое сечение ре-
шетки) через м2. Обычно живое сечение выражается в виде
отношения R//e к полной площади колосниковой решетки R (м2),
выраженного в процентах. Величина живого сечения зависит от
крупности кусков и рода сжигаемого топлива; она принимается
для разных топлив в следующих значениях (меньшие величины
живого сечения принимаются для мелких топлив):
Дрова и торф 25—40%
Подмосковный уголь 10%
Каменный уголь 20—30%
Антрацит 8—15%
Скорость, воздуха, проходящего через прозоры решетки, в за-
висимости от ее нагрузки, обычно колеблется в пределах от
0,75 до 2 м/сек при естественной тяге и от 2 до 4 м/сек при ис-
кусственной тяге.
Для удобства обслуживания решетки ее длина не должна
превышать 2,1 м, а ширина колосникового полотна, приходя-
щаяся на кцждую загрузочную дверцу,— 1,0-^-1,3 м.
При сжигании дров на колосниковых решетках, размещенных
в жаровых трубах, рекомендуется устраивать так называемые
фартучные тдпки (рис. 9), успешно справляющиеся со своей ра-
ботой при сжигании дров влажностью до 35—40%. Основной
деталью этой топки является наклонная чугунная плита (фар-
тук), имеющая форму трапеции и снабженная отверстиями для
прохода воздуха. Дрова загружаются на эту плиту вплоть до по-
71
рога, заполняя все сечение жаровой трубы. Таким образом соз-
дается горизонтальный утолщенный слой дров от фартука до
порога, чем обеспечивается возможность горения топлива с не-
большим избытком воздуха. Порог выкладывается в два кирпича
Рис. 9. Фартучная топка для дров.
на цементном растворе. В этой топке зеркалом горения условно
считается поперечное сечение жаровой трубы? Нормально в топке
должно быть разрежение в 6—7 мм вод. ст.
Механизация слоевых топок
Из рассмотрения рабочего процесса ручной колосниковой
топки видно, что кочегар, обслуживающий топку, должен пода-
вать топливо на решетку, распределяя его равномерно по пло-
щади решетки, производить шуровку слоя и систематически очи-
щать топку от накапливающегося шлака. Таким образом, обслу-
живание ручной колосниковой решетки связано с применением
тяжелого физического труда.
В целях освобождения кочегара от утомительного физического
тРУДа, даже в установках небольшой производительности, внед-
72
ряются устройства, механизирующие подачу топлива, шуровку
слоя и удаление шлаков. Энергетики коммунального хозяйства
должны неуклонно выполнять указание И. В. Сталина, сделан-
ное им в речи, произнесенной на совещании хозяйственников
23 июня 1931 г., о том, что .«механизация процессов труда
является той новой для нас и решающей силой, без которой невоз-
можно выдержать ни наших темпов, ни новых масштабов произ-
водства».1
Топки, в которых механизированы процессы подачи топлива
на решетку, отвода очаговых остатков и шуровки слоя топлива
называются механическими слоевыми топками;
если механизирована только одна или две операции, топку назы-
вают полумеханической.
К числу полумеханических слоевых топок относится:
а) при механизации одной операции— подачи топлива в
топку:
шахтные топки для дров и торфа;
ступенчатые топки;
топки с механическими забрасывателями;
пневматические топки;
б) при механизации двух операций — подачи топлива и уда-
ления шлака:
цепные решетки;
горизонтальные топки с нижней подачей.
К механическим слоевым топкам относятся:
неподвижная решетка с шурующей планкой;
наклонно-переталкивающая решетка.
✓
Шахтные топки для сжигания дров
Шахтные топки для сжигания дров и торфа впервые были
созданы в СССР. Над разработкой рациональных конструкций
этих топок для топлива различной влажности много работали
в СССР проф. К. В. Кирш и его ученики.
Конструкция шахтной топки для сжигания дров представлена
на рис. 10 Эта топка пристраивается к фронтовой стенке котла и
состоит из кирпичной шахты 1, в которую загружается сверху
через бункер топливо, и колосниковой решетки, состоящей из
ряда горизонтальных колосников 2, наклонных колосников 3 и
верхнего ряда горизонтальных колосников 4. Наклонные колос-
ники опираются на трубы 5, охлаждаемые водой; угол наклона
этих колосников может быть изменен путем перестановки опор-
ных труб 5. Воздух, необходимый для горения топлива, подво-
И. Сталин. Вопросы ленинизма. М., Госпрлитиздат, издание одш
надцатое, М. 1952, стр. 366,
73
дится в три зоны: нижнюю 6, среднюю 7 и верхнюю 8. В среднюю
и нижнюю зоны воздух подводится по трубопроводу 9 под
давлением. Количество воз-
Рис. 10. Шахтная топка для сжигания
дров.
духа, подаваемого в каждую
зону, может быть отрегули-
ровано задвижками, установ-
ленными на дутьевом тру-
бопроводе.
Во время работы топки
шахта по всей своей высоте,
достигающей 2 м> а также
весь объем между сводом 11
и порогом 12, заполняется
через дверцы 10 топливом.
Зеркало горения топлива
простирается от свода //до
порога 12 и представляет
собой наклонную плоскость
с шириной, равной ширине
топки; в соответствии с этим
рассматриваемую топку на-
зывают шахтной топ-
кой с наклонным
зеркалом горения.
Толщина слоя топлива
измеряется расстоянием от
наклонных колосников до
зеркала горения; она может
(быть отрегулирована в (за-
/висимости от влажности и
’рода сжигаемых дров путем
изменения длины свода 11.
Ширина топки, а следова-
тельно, и зеркала горения,
должна быть равна стан-
дартной длине полена 900,
1200 и 1700 мм с добавле-
нием 100—150 мм. Ширина
загрузочного отверстия шах-
ты принимается в пределах
600 -н800 мм. В зависимо-
сти от ширины котла и дли-
ны поленьев котел снаб-
жается одной или двумя
шахтами. Топка, изображенная на рис. 10, состоит из двух шахт,
разделенных кирпичной стенкой толщиной в два кирпича.
Дрова, загруженные в горловину шахты, по мере выгорания
нижележащего слоя, под влиянием собственного веса постепенно
74
опускаются по направлению к нижним горизонтальным колосни-
кам 2. При этом топливо, по мере его продвижения вниз, последо-
вательно подвергается сушке, отгонке летучих веществ и горе-
нию. На нижних колосниках 2 остается уголь, который сгорает
при небольшой толщине слоя. Через этот слой пропускается
большое количество избыточного воздуха, необходимого для сго-
рания летучих веществ в топочном объеме. Этот воздух хорошо
охлаждает нижние колосники, работающие в условиях высокой
температуры, развивающейся при сгорании угля.
Из рассмотрения процесса горения дров в шахтной топке сле-
дует, что все этапы этого процесса протекают одновременно,
причем каждый этап — на определенном участке шахты при
постоянной толщине слоя топлива.
Шахта является топливным аккумулятором, сглаживающим
возможную неравномерность подачи свежего топлива. Таким об-
разом, процесс горения в шахтной топке существенно отличается
от процесса горения в ручной колосниковой топке, характери-
зуется большей устойчивостью тепловыделения слоя и не зависит
от периодичности загрузки топлива.
Дрова к шахте обычно подаются в вагонетках; из них дрова
разгружают в загрузочную воронку. Труд кочегара в случае при-
менения шахтных топок заметно облегчается, а потому нормаль-
ной нагрузкой кочегара считают 1200 кг/час дров — в два раза
больше, чем при обслуживании ручной колосниковой топки.
Шахтные топки считают полумеханическими.
При сжигании дров повышенной влажности большое значение
приобретают условия подготовки топлива в шахте. С этой целью
в конструкции топки (см. рис. 10) предусмотрены верхние гори-
зонтальные колосники 4, к которым воздух подводится через
зону <3. На этих колосниках создаются дополнительные очаги го-
рения, способствующие подсушке дров в горловине шахты. Кроме
того, при сжигании дров повышенной влажности следует пользо-
ваться дутьем, вводимым под нижние колосники, иметь повышен-
ную толщину слоя топлива в шахте и применять дутьевой воз-
дух, подогретый до 150—200°. В топочном объеме рекомендуется
поддерживать разрежение около 7—8 мм вод. ст.
Для сжигания сырых дров влажностью до 55% у нас создана
шахтная топка с вертикальным зеркалом горения (рис. И). Она
имеет вертикальную шахту, в нижней части которой на расстоя-
нии h = 1000 мм' от низа газового окна расположена горизон-
тальная колосниковая решетка. На этой решетке создается очаг
горения, способствующий хорошей подсушке лежащего выше
топлива. Шйрина шахты т больше длины полена на 150 мм;
ширина газового окна / делается меньше длины полена на
150 мм. Высота топки Н обычно близка к 4300 мм. Зеркалом го-
рения в данной топке принято считать площадь вертикального
газового окна, равную произведению Ы.
75
При сжигании менее сырых дров заглубление колосниковой
решетки уменьшают до размера h\, равного 600 мм.
Дверца, расположенная на уровне колосниковой решетки,
предназначается для аагрузки дров на решетку при растопке
котла; во время работы топки дверца закрыта.
Разрез П~Л
Рис. 11. Шахтная топка для влажных дров с вертикальным зеркалом
горения.
Шахтная топка с вертикальным зеркалом горения обладает
существенными недостатками. Так^ при сжигании сухих дров
с влажностью менее 45,% в горловине шахты загорается топливо
и начинается сильное дымление через загрузочный бункер шахты.
75
Топка не может быть переоборудована для сжигания другого
вида и сорта твердого топлива.
Шахтные топки применяются также для сжигания кускового
торфа.
Топки с механическими забрасывателями
В топке с механическим забрасывателем топливо на непо-
движную колосниковую решетку подается вращающимся за-
брасывателем, имеющим несколько лопаток, насаженных на вал и
Рис. 12. Механический забрасыватель топлива.
вращающихся со .скоростью 400 -ч- 850 об/мин. При этом числе
оборотов обеспечивается необходимая дальность заброса частиц
топлива на решетку.
Забрасыватель состоит из следующих основных элементов:
а) метательного аппарата; б) питателя топлива; в) регулятора
равномерности заброса топлива на решетку.
Одна из конструкций механических забрасывателей представ-
лена на рис. 12. Топливо из бункера поступает к барабанному
шиповому питателю /; в зависимости от числа оборотов этого
77
питателя меняется количество топлива, подаваемого к лопаст-
ному метателю-2, вращающемуся по направлению против часовой
стрелки. На оси метателя смонтировано четыре ряда стальных
лопастей 3, причем положение их плоскостей обеспечивает вееро-
образное забрасывание топлива на решетку. Изменяя положение
поворотной чаши 4, можно придать потоку топлива, выбрасывае-
мому метателем/тот или иной угол по отношению к горизонталь-
Рис 13. Топка с двумя механическими вращающимися забрасывателями
завода «Комега».
ной плоскости. Число оборотов метателя можно плавно изменять
в пределах от 400 до 850 об/мин. при помощи конического шкива
привода забрасывателя.
Если питать механический забрасыватель углем с кусками
разной крупности, то мелкие частицы топлива выпадут в перед-
ней части решетки, а более крупные будут заброшены на заднюю
часть решетки. Таким образом, уголь по своему фракционному
составу распределится по колосниковому полотну топки неравно-
мерно. Это неизбежно приведет к возрастанию потерь от механи-
ческого недожога и к ухудшению режима сжигания топлива на
решетке. Для предотвращения такой сепарации мелочи топлива
в механические забрасыватели следует давать уголь с содержа-
78
йиём мелочи (размером от 0 до 3 мм) не более 256/ а крупность
кусков не должна превышать 25—30 мм.
Топки с механическими забрасывателями вполне пригодны
для сжигания всех углей СССР, за исключением мелкого тощего
угля и антрацита, при непременном соблюдении указанного выше
фракционного состава, сохранении сыпучести топлива и предва-
рительном удалении из него металлических частиц.
Топка с двумя механическими вращающимися забрасывате-
лями завода «Комега» в Москве, изображенная на рис. 13, со-
стоит из скребковых питателей 1, вращающихся забрасывателей 2
и плоской решетки с качающимися колосниками 4. Активная
длина решетки, равная 3050 мм, превышает допустимую длину
(2000—2200 мм) при ручной загрузке топлива. Поворотная за-
слонка 3 предназначена для регулирования направления полета
выбрасываемых частиц топлива. На топочном фронте, ниже за-
брасывателей, устанавливаются топочные дверцы 5.
Как на одно из преимуществ топок с механическими забрасы-
вателями, надо указать на простоту увязки конструкции топки
с устройствами для автоматического регулирования процесса го-
рения.
Кроме топок с механическими забрасывателями, существуют
топки с паровым и пневматическим забросом топлива.
Пневматические топки
Для котлов малой производительности весьма перспективны
топки с пневматической подачей угля, конструкция которых пред-
ложена и разработана Урало-Сибирским производственно-техни-
Рис. 14. Схема пневматической топки.
ческим предприятием треста «Энергочермет». Схема этой топки
представлена на рис. 14.
Топливо подается через люк 1 в бункер 2, на котором уста-
новлена металлическая решетка с ячейками 80 X 80 мм. Из бун-
79
кера топливо поступает в шнек 3, вал которого вращается со ско-
ростью от 18 до 36 об/мин. от электродвигателя 4, соединенного
со шнеком при помощи вариатора 5 и редуктора 6. На торцевой
стенке корпуса шнека укреплена зубчатая плита 7; здесь проис-
ходит дробление шнеком крупных кусков угля до размеров
30 X 30 мм. Размельченный уголь сбрасывается лопаткой 8 в
приемное окно '9 углевоздухопровода и там подхватывается воз-
духом, подаваемым вентилятором 10 при напоре около 450 мм
Рис. 15. Сопло пневматической топки.
вод. ст. Затем уголь транспортируется в смеси воздухом по
трубопроводу 11 к сопловым устройствам 13. Для более равно-
мерного распределения топлива по ширине решетки трубопровод
И разветвляется на две ветви в точке 12.
Сопло из жароупорного чугуна (рис. 15) представляет собой
диффузор с насадкой, поворачивая которую можно изменять
угол выхода топлива из сопла с целью равномерного распределе-
ния его по длине колосниковой решетки.
При сжигании влажного угля используется газопровод 14
(см. рис. 14), подводящий топочные газы к всасывающему отвер-
стию вентилятора для подсушки угля. Температура газовоздуш-
ной смеси в смесительной камере регулируется шибером (заслон-
кой) 15, установленным на отверстии, через которое поступаез
наружный воздух.
80
В бункере 2 влажное топливо может образовать над шнеком
сводик, вследствие чего прекращается подача топлива к шнеку.
Для ликвидации этих сводов на боковой стенке бункера установ-
лен электромеханический вибратор 16, представляющий собой
короткозамкнутый электродвигатель, делающий 2900 об/мин.
с насаженными на вал эксцентриками.
Пневматическая топка обладает рядом преимуществ, заклю-
чающихся в простоте конструкции, дешевизне изготовления и не-
сложной схеме топливоподачи. Угольный бункер пневматической
топки размещается непосредственно на уровне пола котельной,
что исключает необходимость в сложных устройствах для за-
грузки его топливом.
Еще проще организуется топливоподача, если котел установ-
лен в подвальном помещении, ниже уровня земли, как это часто
бывает в отопительных котельных. В таких случаях бункер, так-
же расположенный в подвальном помещении, можно загружать
углем непосредственно с поверхности земли.
Пневматическую топку можно считать вполне пригодным то-
почным устройством, механизирующим операцию подачи топлива
в небольших котельных, при сжигании каменных и бурых углей
умеренной, влажности.
Цепные решетки
Рассмотренные выше полумеханические топочные устройства
имеют неподвижное колосниковое полотно. У цепной решетки ко-
лосниковая решетка и лежащее на ней топливо непрерывно пере-
мещаются.
Как видно из рис. 16, основной деталью цепной решетки яв-
ляется колосниковое полотно, собранное на двух бесконечных
шарнирных цепях, надетых на две пары звездочек, из которых
одна пара (передняя) является ведущей, а задняя — ведомой.
Вал 1 ведущих звездочек приводится во вращение от электродви-
гателя посредством червячной пары и редуктора, позволяющего
менять скорость вращения вала, а следовательно, и скорость
передвижения полотна решетки (обычно в пределах от 2 до
30 м/час) и заднего вала 2. Мощность электродвигателя —
1—5 л. с. или около 0,1 л. с. на 1 ж2 площади решетки.
—4 Топливо из загрузочной воронки 4 поступает на движущееся
колосниковое полотно 3; толщина слоя топлива устанавливается
при помощи вертикально перемещающегося регулятора 7, имею-
щего металлическую обойму, футерованную огнеупорным кирпи-
чом. Под верхней рабочей частью колосникового полотна распо-
ложены воздушные дутьевые камеры, дутьевые зоны 5, предна-
значенные для подачи секционированного дутья.
Топливо, передвигаясь вместе с колосниковым полотном, по-
следовательно проходит через следующие основные этапы процес-
6 Зак. № 2043
81
£6ь Горейий: а) подготовку топлива — сушку; б) выделение лету-
чих веществ; в) горение кокса; г) выжиг шлака. Остающийся на
решетке шлак при помощи шлакоснимателя 6 сбрасывается в
шлаковый бункер.
Разрез по 1-1
Особенностью процесса го-
рения на цепной решетке яв-
ляется одностороннее верхнее
зажигание топлива. Однако ме-
ханическое перемешивание топ-
лива и шуровка слоя на цепной
решетке не производятся. Это
ограничивает диапазон топлив,
со сжиганием которых может
справиться цепная решетка.
Цепные решетки предназна-
чаются для сжигания сортиро-
ванных антрацитов марки AM,
АС, а также антрацита марки
АСШ, малоспекающихся камен-
ных углей с зольностью до
20—25%, бурых углей с невы-
соким содержанием балласта,
коксовой мелочи, кускового
торфа и щепы.
-—-Чем больше влажность топ-
лива, тем большую часть ре-
шетки занимает зона подсушки
топлива. Чем больше зольность
топлива, тем на большей части
решетки приходится выжигать
шлак.
При сжигании спекающихся
углей требуется частая и тру-
доемкая шуровка слоя; при от-
сутствии шуровки может про-
изойти закупорка слоя спек-
шейся массы топлива и полное
прекращение его горения. По-
этому цепная решетка непри-
годна для сжигания спекаю-
щихся сортов топлив.
Аксонометрический вид цеп-
ной беспровальной решетки кон-
струкции Центрального котло-
турбинного института (ЦКТИ)
представлен на рис. 17 Для ясности вид дан со снятой боковой
стенкой топки.
Полотно цепной решетки набрано из колосников беспроваль-
82
кого типа (рис. 18), которые опираются друг на друга в наклон-
ном положении. Воздух поступает к слою топлива через узкие
щели в местах прилегания колосников 7 друг к другу в их верх-
ней части. Зола, проваливающаяся через эти щели, собирается
в углублениях 2, сделанных в нижней части колосников, и отво-
дится в направлении 3. Шлакосниматель 4 направляет движение
6*
83
шлака 5 к бункеру 6, очищает решетку от шлака и вместе с тем,
несколько затормаживая сход шлака с решетки, способствует
увеличению толщины слоя на задней части решетки и лучшему
выжигу шлака.
Рабочая часть шлакоснимателя, находящаяся в зоне высоких
температур, может быть легко заменена.
Существуют и другие конструкции шлакоснимателей. В ре-
зультате применения удлиненного заднего свода топки поток го-
рячих топочных газов направляется к передней части топки, где,
таким образом, создается зона высокой температуры, необходи-
Рис. 18. Колосники беспровального типа.
мой для зажигания топливам Кроме того, поток газов, горизон-
тально движущихся в сторону передней стенки топки, перемеши-
вается с потоком газов и уносом, выходящим из передних зон
решетки, что благоприятно сказывается на полноте сжигания
топлива.
При сжигании пламенных углей необходим короткий и более
открытый задний свод топки.
Подвод дутьевого воздуха осуществляется в четыре секции по
длине решетки. Изменяя положение заслонок на подводящих
воздухопроводах, в каждую секцию можно подать столько воз-
духа, сколько требуется по условиям горения топлива.
Боковые стенки топки на уровне слоя топлива снабжаются
полыми чугунными балками 5, называемыми панелями (см.
рис. 17), внутри которых пропускается охлаждающая вода в це-
лях предохранения обмуровки от прилипания и напластования
шлака. Обычно поток этой охлаждающей воды включается в си-
стему циркуляции котла.
Цепные решетки изготовляются заводом «Комега» в Москве
для котлов малой и средней производительности, разных типо-
84
размеров, с длиной решетки между центрами валов I = 5,5
--7,9 м и шириной В = 1,56 ^4,52 м.
Регулирование производительности цепной решетки осуще-
ствляется путем изменения скорости передвижения колоснико-
вого полотна, толщины слоя топлива и расхода дутьевого воз-
духа. При эксплуатации цепной решетки следует избегать оста-
новок движения колосникового полотна, так как в этом случае
могут произойти сильное нагревание колосников и их порча.
Цепные решетки применяются для котлов с производитель-
ностью от 8 до 35 т/час пара и более. Попытки внедрения мало-
мощных цепных решеток для котлов малой теплопроизводитель-
ности пока оказались безуспешными, вследствие сравнительной
дороговизны цепных решеток и наличия более простых механи-
зированных слоевых топочных устройств.
Механическая топка с шурующей планкой *-—
Топка е шурующей планкой имеет неподвижную плоскую ко-
лосниковую решетку с периодической подачей топлива при по-
Рис. 19. Аксонометрический вид топки с шурующей планкой:
1 — колосники; 2 — шурующая планка; 3— подвод дутьевого воздуха; 4 — дутьевые
зоны; 5 — бесконечная цепь; 6 — ведущая звездочка; 7 — редуктор; 8 — угольный
бункер; 9—регулятор толщины слоя; 10 — задний свод топки; // — боковая охла-
ждающая панель; 12 — окно для шуровки слоя.
мощи подвижной шурующей планки. Аксонометрический вид
топки представлен на рис. 19.
Основной деталью топки служит шурующая треугольная
планка 2, длина которой равна ширине топки. Планка связана
85
с узкой бесконечной цепью 5, утопленной в решетке и приводимой
в движение от электродвигателя с редуктором 7. Передняя грань
планки имеет меньшую поверхность и больший угол наклона
к решетке, чем задняя. Движение планки управляется автомати-
чески; она совершает возвратно-поступательное движение в опре-
деленной последовательности: сперва она делает 8—10 ходов до
середины длины решетки, а затем — один длинный ход во всю
Рис. 20. Общий вид топки с шурующей планкой для подмосковного
угля:
/ — своды; 2 —колосники; 3 — цепь; 4 —ведущая звездочка; 5 —шурующая
планка; 6 — угольный бункер; 7 — шлаковый бункер.
длину решетки. Полный цикл работы продолжается около
3,5 мин.
Шурующая планка при ее ходе вперед захватывает топливо
из угольного бункера 8 и вследствие наличия тупой передней
грани передвигает порцию топлива вперед, смешивает его с горя-
щим топливом, находящимся на решетке, и одновременно шурует
слой. При обратном ходе планки на слой топлива воздействует ее
острая грань, поэтому топливо не будет проталкиваться обратно
в бункер. При переднем ходе планка движется медленнее, чем
при обратном. При переднем ходе планки во всю длину решетки
сгоревший шлак сбрасывается в шлаковый бункер. Так как часть
времени планка находится под бункером и там охлаждается хо-
лодным углем, то она не разогревается и не деформируется.
86
Число, продолжительность и длина ходов планки могут быть
изменены.
Дутьевой воздух подводится под решетку по отдельным зо-
нам 4.
Завод «Комега» выпускает решетки с шурующей планкой сле-
дующих типо-размеров (ширина X длину): 1000X3000; 1350 X
Рис. 21. Механическая топка с шурующей планкой системы ВТИ.
X 4060; 1700 X 4500 мм. Общий вид топки, изготовляемой заво-
дом «Комега» для подмосковного угля, представлен на рис. 20.
Механическая топка с шурующей планкой системы ВТИ
(рис. 21) отличается от описанной топки наличием зажигатель-
ной шахты I и конструкцией механизма передвижения шурующей
планки 2. Зажигательная шахта расположена перед основной ко-
лосниковой решеткой 3 и снабжена качающимися колосниками 4',
под колосники шахты подводится дутьевой воздух.
Шурующая планка прикреплена к двум штангам 5, связанным
с тележкой 6, перемещаемой при помощи электродвигателя с ре-
дуктором 7.
87
Особенность работы данной топки заключается в том, что шу-
рующая планка перемещается над зажигательной шахтой, захва-
тывает часть горящего в ней угля и подает его под слой топлива
на решетке, обеспечивая, таким образом, нижнее воспламенение
слоя и ускорение процесса горения. Одновременно зажигательная
шахта способствует подсушке влажного угля.
Одним из недостатков топки завода «Комега» являются боль-
шие потери тепла с провалом топлива через зазоры между цепью
и колосниками. Эти потери отсутствуют при работе топки си-
стемы ВТИ в связи с тем, что приводом шурующей планки слу-
жат штанги, а не цепь, как у топки завода «Комега».
Как видно из рис. 21, перед фронтом топки должно быть пре-
дусмотрено довольно большое расстояние для размещения при-
вода планки; это является недостатком конструкции топок с шу-
рующей планкой системы ВТИ.
Опыт эксплуатации показал, что топки с шурующей планкой
пригодны для сжигания спекающихся каменных углей и пром-
продукта. При сжигании в этих топках неспекающихся топлив
появляются повышенные потери тепла с уносом топлива; в этих
случаях требуется разработка и осуществление специальных ме-
роприятий, устраняющих унос топлива.
Вследствие того, что топки с шурующей планкой механизи-
руют перемещение топлива по решетке, шуровку слоя и удаление
шлака их можно отнести к числу механических слоевых топок.
Они имеют большие перспективы для распространения в отопи-
тельно-производственных котельных установках.
Топки для сжигания жидкого и газообразного топлива
Мазут и другие виды жидкого топлива, являющиеся с народ-
нохозяйственной точки зрения ценнейшим топливом, как правило,
не должны сжигаться в топках паровых котлов. В тех котельных
установках, где в настоящее время по тем или иным причинам
еще применяется жидкое топливо, должны быть проведены меро-
приятия по его замене твердым или газообразным топливом.
Для сжигания мазута необходимо ввести его в топку в мелко-
раздробленном состоянии для того, чтобы увеличить поверхность
соприкосновения частиц топлива с воздухом. Пульверизация
(распиливание) мазута производится в форсунках, которые могут
быть паровыми, воздушными, или механическими. В форсунке
Шухова (рис. 22) пар или воздух под давлением 2—6 атм посту-
пает в штуцер 2 и выходит из форсунки через кольцевую щель 3
с большой скоростью, подхватывая и раздробляя мазут, посту-
пающий через штуцер 1 и выходящий из центральной трубы
форсунки. Ширину щели можно регулировать путем осевого пе-
ремещения центральной трубы.
88
Существуют другие конструкции паровых и воздушных форсу-
нок, причем факел горения мазута может быть круглым или
плоским.
Рис. 22. Паровая форсунка Шухова.
В механических форсунках (рис. 23) мазут подается под дав-
лением 12 атм и более. Проходя через завихривающую шайбу,
мазут выходит из отверстия форсунки с большой скоростью, в ре-
зультате чего раздробляется на мелкие частицы.
Рис. 23. Механическая форсунка:
1 — вход мазута; 2 — распределительная шайба; 3 — завихривающая
шайба; 4 — выходная шайба с круглым отверстием.
Паровые форсунки потребляют значительное количество пара,
достигающее Зн-5%, а иногда и больше, от паропроизводитель-
ности котла; они менее экономичны по сравнению с механиче-
скими форсунками, при которых расход пара на мазутные насосы
и подогрев мазута составляет не более 1 % от паропроизводитель-
ности котла.
89
Для лучшего распиливания мазута необходимо уменьшить
его вязкость; с этой целью его подогревают до 80—90° С. Вяз-
кость нужно снизить при паровых форсунках до 7—15°, а при ме-
ханических форсунках — до 4—6° по Энглеру. Подогрев мазута
способствует более совершенной его очистке в фильтрах.
Исследованиями, проведенными проф. Л. К. Рамзиным (ВТИ),
установлено, что полнота сгорания мазута обеспечивается при
том условии, если все количество воздуха, потребное для горения
топлива, подведено к корню факела, к месту его развития у фор-
сунки. Это условие должно быть соблюдено для того, чтобы
в самом начале факела происходило наиболее интенсивное окис-
ление мазута; недостаток воздуха в этом месте факела приводит
Рис. 24. Часть топки в месте расположения мазутной
форсунки.
к выделению высокомолекулярных углеводородов, к дымлению и
образованию сажи.
Подвод воздуха к другим частям мазутного факела оказы-
вается бесполезным; это следует учитывать при проектировании
мазутных топок.
В стенках обмуровки топки нередко устраивают каналы, по
которым пропускают идущий к корню факела воздух, подогревае-
мый в этих каналах. Таким путем достигается охлаждение стенок
обмуровки и улучшение условий процесса сгорания топлива.
Часть топки в месте расположения мазутной форсунки пред-
ставлена на рис. 24. Воздух поступает через топочный фронт и по
каналам снизу факела.
В связи с развитием газификации городов и промышленных
центров СССР все большее применение в отопительно-произ-
водственных котельных установках находит газообразное топ-
ливо.
При сжигании газообразного топлива должно быть также со-
блюдено требование о подводе всего воздуха, необходимого для
горения газа, в газовую горелку, а не по длине факела.
90
Подготовка горючей смеси осуществляется в газовых горел-
ках. Различают горелки высокого и низкого давления. Высоким
считают давление газа, превышающее 0,5 атм; горелки низкого
давления предназначаются для сжигания газа с давлением
100 мм вод. ст. и ниже. Отопительно-производственные котлы
обычно оборудуются горелками для сжигания газа низкого дав-
ления.
По способу подачи воздуха горелки подразделяются на ин-
жекционные и смесительные. В инжекционную го-
релку воздух, необходимый для горения газа, поступает в резуль-
тате подсасывания его струей газа. В смесительные горелки воз-
дух нагнетается при помощи вентилятора, поэтому при установке
Рис. 25. Инжекционная газовая горелка.
таких горелок котельная должна быть оборудована системой тру-
бопроводов как для подачи газа, так и воздуха.
Инжекционная горелка (рис. 25) состоит из корпуса или сме-
сителя 1, газового сопла 2, регулирующей шайбы 3, диффузора 4
и насадки 5 с отверстиями для выхода газовоздушной смеси. Го-
рючий газ поступает в горелку под давлением 50—60 мм вод. ст.
и выходит из сопла 2 с большой скоростью, подсасывая в смеси-
тель 1 наружный воздух. Вращая регулировочную шайбу 3,
можно увеличить или уменьшить сечение для подвода воздуха и
изменить его количество, засасываемое в горелку. В смесителе
происходит полное смешение газа с воздухом; эта смесь заго-
рается по выходе из горелки.
Производительность горелки зависит от диаметра газового
сопла и давления.газа. Например, при диаметре сопла 9,5 мм и
давлении газа 60 мм вод. ст. производительность горелки состав-
ляет 8,25 нм?1час\ если же установить сопло диаметром 6,0 мм,
то производительность уменьшится до 8,25 •
2
I = 3,3 нм?!час.
Одна из конструкций смесительных горелок представлена на
рис. 26. Газ и воздух поступают в эту горелку по самостоятель-
ным трубопроводам под давлением 80—100 мм вод. ст. Сечение
газопровода должно быть меньше сечения воздухопровода. Газ
91
входит в головку через два ряда щелей отдельными струями.
Воздух до поступления в головку проходит через направляющие
лопасти, вследствие чего он завихривается и лучше перемеши-
вается с газом. Корпус снабжен люком с крышкой, служащим
для розжига топки. Производительность смесительных горелок
в зависимости от их размеров и давления газа может быть от
50 до 450 нм?/час. Такие горелки можно использовать как под
жаротрубными, так и под котлами системы инж. Ревокатова.
Рис. 26. Смесительная газовая горелка:
1 — корпус; 2 — люк для розжига; 3 — рассекатель; 4 — головка; — вход газа;
6 — вход воздуха.
Газовое оборудование котельных должно быть снабжено при-
способлениями, предохраняющими от взрывов, пожара и отравле-
ния воздуха газом. Следует строго придерживаться правил тех-
ники безопасности, установленных для котельных, работающих
на газе.
Устройства для подвода газа к инжекционным горелкам чу-
гунного отопительного котла изображены на рис. 27. Котел снаб-
жен двумя горелками /; на газопроводе к каждой горелке уста-
навливается кран 2. Кроме того, на газопроводе имеется общая
запорная задвижка 3, которая во время работы горелок остается
полностью открытой; регулирование расхода газа осуществляется
при помощи упомянутых кранов.
На участке газопровода между задвижкой и горелками уста-
навливаются следующие устройства: а) автомат безопасности,
соединенный с горелкой и автоматически прекращающий поступ-
ление газа в горелку в случае потухания пламени; б) отводная
линия «свеча» 5, которая выводится из котельной наружу и от-
92
ключается двумя кранами; она предназначается для продувки
газопровода перед пуском газа в горелку. Когда котел не рабо-
тает, краны на свече должны всегда находиться в открытом по-
ложении.
В топке котла предусматривается установка откидного предо-
хранительного клапана 9, открывающегося в случае взрыва газа.
Рис. 27. Подвод газа к инжекционным горелкам чугунного
отопительного котлаг
/ — горелка; 2 — регулировочные краны; 3 — запорная задвижка; 4 — вход газа;
5 — отвод на свечу в атмосферу; 6 — автомат безопасности; 7 — обводная линия;
8 — к манометру; 9 — взрывной предохранительный клапан.
Котлы со смесительными горелками оборудуются автоматами,
выключающими газ в случае остановки дутьевого вентилятора.
Камерное сжигание твердого топлива
В камерных топках твердое топливо сжигается непосред-
ственно в топочном объеме. Для того чтобы частицы топлива
в течение своего короткого пребывания в топочном объеме ус-
пели полностью сгореть, необходимо подавать их в топочную
камеру в тонко измельченном виде, чем достигается увеличение
поверхности соприкосновения топлива с воздухом. Измельчение
топлива до пылевидного состояния осуществляется в специальных
угольных мельницах. Для производительной и бесперебойной ра-
боты мельниц измельчаемое в них топливо должно быть подверг-
нуто сушке.
Таким образом, котлы с камерными топками для сжигания
твердого топлива должны быть снабжены системой устройств
пылеприготовления. В этих устройствах топливо проходит сле-
дующие стадии подготовки: дробление, сушку и измельчение, для
осуществления которых в систему пылеприготовления входит ряд
93
элементов и транспортирующих звеньев. Приготовленное пыле-
видное топливо первичным воздухом подается в горелки топки
для сжигания.
Расход энергии на. измельчение 1 т топлива возрастает с уве-
личением тонкости помола, определяемой остатком на ситах, через
которые производится рассев пыли. Сита различаются по номе-
рам соответственно количеству отверстий, приходящихся на 1 см
длины сита. Например, сито № 70 имеет 70 отверстий в 1 см
(4900 отверстий в 1 см2). Когда говорят, что остаток на сите,
например, /??о, равен 28%, то это означает, что при просеивании
порошка топлива через сито № 70 на последнем остается 28% от
веса всей пробы порошка. Чем меньше остаток на сите, тем
тоньше помол топлива.
В крупных котельных установках для размола топлива при-
меняются шаровые мельницы, отличающиеся универсальностью
в отношении размола любого твердого топлива. Пылеугольные
топки могут быть изготовлены на такие большие мощности, ка-
кие невозможно достигнуть в слоевых топках.
В области пылевидного сжигания разных видов топлива, и
главным образом низкосортного, советской теплотехникой до-
стигнуты исключительно большие научные и практические ре-
зультаты.
В отопительно-производственных котельных установках пыле
видное сжигание топлива оправдывает себя экономически и тех-
нически лишь в случае применения упрощенных методов пыле-
приготовления с использованием шахтно-мельничных топок.
Шахтно-мельничная установка системы Центрального котло-
турбинного института (ЦКТИ) представлена схематически на
рис. 28. Она состоит из шахты 1, футерованной в верхней части 6,
и мельницы 2, размещенной в нижней части шахты и приводимой
во вращение электродвигателем. Топливо по рукаву 3 направ-
ляется в нижнюю часть шахты и затем в мельницу. В торцы 4
мельницы подводится или горячий воздух, нагнетаемый дутьевым
вентилятором через воздухоподогреватель, или смесь топочных
газов и воздуха; эта смесь может подсасываться в мельницу
вентилирующим действием ее вращающегося ротора с билами.
Подсушка в мельнице осуществляется одновременно с измельче-
нием топлива. Топливо размалывается при помощи бил, наса-
женных на ротор мельницы, вращающийся с числом оборотов
730 или 960 об/мин. (в зависимости от ее производительности).
Приготовленное в мельнице пылевидное топливо подхватывается
струей воздуха и уносится в шахту. Скорость движения смеси
воздуха и пыли в шахте обычно бывает в пределах от 2 до
3,5 м/сек.
Вследствие соответствующего выбора высоты и резкого
увеличения поперечного сечения шахты в верхней ее части, в ней
осуществляется сепарация, т. е. отделение из потока воздуха гру-
бых частиц топлива, которые, падая вниз, возвращаются в мель-
94
ййцу для дальнейшего размола. Готовая пыль через окно 7 вво-
дится потоком воздуха в топку, где и сгорает.
С целью улучшения выгорания пыли топочная камера должна
быть разогрета до требуемой температуры. С этой же целью
через нижние и верхние сопла или щели под углом 20—30° к на-
Рис. 28. Шахтная мельница системы ЦКТИ:
/ — шахта; 2—мельница; 5 — поступление топлива; 4--
поступление горячего воздуха; 5 — муфта мельницы; 6 —
футеровка; 7 — окно для ввода пыли в топку; 8 - вто-
ричный воздух.
правлению факела к его корню подводится со скоростью
20—25 м]сек добавочный вторичный воздух. Рекомендуется поль-
зоваться преимущественно нижними соплами. Воздух, поступаю-
щий в топку, «распределяется так, что, например, при сжигании
бурого угля через мельницу проходит 40—65% от всего коли-
чества воздуха, а через сопла вторичного дутья — остальное ко-
личество.
Топка оборудуется зажигательной решеткой, на которой для
разогрева топочной камеры перед пуском топки в работу сжи-
гают кусковое топливо.
95
Для того чтобы горение полностью заканчивалось до соприко-
сновения факела с задней стенкой топки и до того, как газы
выйдут из топки, необходимо иметь глубину топки не меньше 4 м,
а высоту — не менее. 5,5—7,0 м.
Шахтно-мельничная топка представляет собой несложное и
сравнительно недорогое механизированное топочное устройство.
Однако она имеет некоторые недостатки, в частности, наблю-
дается довольно быстрый износ мелющих элементов мельницы,
которые приходится менять очень часто. Поэтому ш а х т н о -
мельничные топки предназначаются для ежи
гания мягких сортов топлив с хорошей размолоспо-
собностью: бурых углей, каменных углей с содержанием летучих
веществ более 20%, сланцев и фрезерного торфа.
Шахтно-мельничные топки обеспечивают достаточно высокую
экономичность сжигания топлива; в Советском Союзе они ши-
роко применяются для котлов с паропроизводительностью от
8—10 т!час и выше.
Советскими теплотехниками предложен и внедрен ряд топоч-
ных устройств для сжигания во взвешенном состоянии мелкокус-
ковых топлив, таких как фрезерный торф, лузга, древесные
опилки и пр. Высокой экономичностью обладает пневматическая
топка для сжигания фрезерного торфа, изобретенная лауреатом
Сталинской премии инж. А. А. Шершневым. Мелкие частицы
торфа, выходящие из горелки, размещенной в своде топки, попа-
дают в этой топке в искусственно создаваемый газовоздушный
вихрь и сгорают во взвешенном состоянии.
Понятие о выборе и расчете топочных устройств
При выборе системы топки нужно руководствоваться следую-
щими соображениями:
а) топка должна полностью соответствовать сорту и качеству
топлива, на котором будет работать установка;
б) конструкция топки должна допускать возможность ее при-
способления в случае необходимости применения другого сорта
топлива;
в) мощность топки должна отвечать производительности
котла, а также условиям его нагрузки и работы;
г) работа топки должна обеспечить, по возможности, низкую
величину суммы потерь от механической и химической неполноты
сгорания (<73 + ^4), а также способствовать уменьшению потерь
с уходящими газами (q2), что ведет»к повышению коэффициента
полезного действия котлоагрегата;
д) обслуживание топки должно быть механизировано;
е) топочные устройства должны быть простыми по конструк-
ции, надежными в работе и недорогими в изготовлении.
Оценка достоинств и особенностей разных типов топок была
дана при описании их конструкций. При выборе типа топки
можно ориентироваться табл. 8.
96
Таблица 8
Зак. № 2043
Топочные устройства, рекомендуемые для разных видов твердого топлива
Вид топливеГ Паропроизводительность котлов в тчас
ручная ‘колосни- ковая топка полуме- ханиче- ские шахтные топки ступен- чатые топки топки с само- забра- сывате- лями пневма- тические топки цепные решетки механи- ческая топка с шурую- щей планкой наклонно- пер ета л - киваю- щая решетка шахтно- мельнич- ная топка
Дрова <2,5 2,5-4-10 —
Кусковой торф . <2,5 2,5ч-12 <10 — — 84-35 —
Фрезерный » <2,5 <8 — — — >8
Бурые угли влажностью до 25—30% <4 <10 <8 84-35 44-12 >8
Бурые угли влажностью свыше 30% <4 <10 <10 — 44-12 >10 >8
Каменные угли спекающиеся <4 <4 <8 64-35 —
в неспекаю- щиеся <4 <10 8-4-35
Несортированные антра- циты АСШ <4 — 8 4-35 —
Сортированные антрациты <4 1 <8 84-35 — —
Примечание. Для определения теплопроизводительности водогрейного котла в ккал^ас нужно умножить
соответствующую цифру таблицы на коэффициент 500 000 из расчета эквивалентности одной мгкал тепла 2 т пара.
Таблица &
Основные расчетные характеристики топок
<D О х Я зное ле М» g i се X 1ОД ст.
Ч Я t- ПС"**' Л, н 5 3 rrl t—Г X
Тип Сорт топлива 2 £ s ж к о- « S О О. к Q х е * нормг пряж< эъема 'час ° я ~ ф х 3 х £ н , Е S О 4- т изб эпке >здухг \М BOJ в тог д. ст.
Допустимое тепловое на! зеркала гор* <7Л). тыс. ккал'м* а> о а£ О Я Н X к -22 X О) ° ZL CQ
и характеристика топок Допустимс тепловое f топочного тыс. ккал. ffl « Е - о О> X = х X S CU cj н- я>>х 5 5 £ ° си с 1 з е Коэффицш воздуха в (ат) Давление решеткой, Разрежени (•S’m). ММ
А. Ручные колосни-
ковые топки
Топки внешние Сортированные антрациты 1000 300 2 + 5 1,4 80 3
Несортированные антрациты . Каменные угли слабо и уме- 800 300 2 + 8 1,5 100 3
ренно спекающиеся Каменные угли неспекающие- 900 250 3 + 4 1,4 50 3
ся 900 250 2 + 5 1,4 50 3
» внутренние Антрациты и каменные угли 700 — 2 + 8 1,5 100 3
» внешние Бурые угли (рядовые) влаж- ностью до 25% Бурые угли (рядовые) влаж- 800 250 3 + 5 1,4 80 2
ностью больше 25% 600 250 3 + 5 1,7 80 2
Топки выносные без эоло- Бурые угли (рядовые) 350 — . 3 + 5 1,45 80 3
вого подвала То же, с золовым подва- То же 450 3 + 5 1,4 70 3
лом
Фартучная топка Дрова влажностью до 40% 1500 0,5 + 2 1,7 3-^5-
Топки выносные » внешние » выносные » внешние Б. По лумеханиче- ские шахтные топки Топки с наклонным зерка- лом горения Топки с, вертикальным зер- калом горения В. Топки с механи- ческими забрасы- вателями Г. Пневматические топки Д. Цепные решетки (беспровальные) Дрова влажностью до 40% То же Торф влажностью до 40% То же, влажностью до 40% и выше Дрова влажностью до 45% Торф кусковой влажностью до 50% . . Дрова влажностью до 55% Бурые угли Каменные угли Бурые угли Каменные угли Антрациты: АС . ... АСШ или АРШ (с размерами кусков не более 30 мм) . . Каменные угли слабо и уме- ренно спекающиеся: сортированные рядовые Угольные отходы, отсевы и др. Бурые угли зольностью до 25% . . Щепа влажностью до 50% с содержанием опилок до 15%
600 — 0,5+1,0 З-т-5
700 300 0,5 + 1,0 1,4 — 3-i—5
600 — 0,5 + 4,5 1,4 20-40 35
700 300 4,0 1,5 20-40 3
1200 300 0,5 + 1,5 1,3 — З-г-4
1100 300 0,5+ 5,5 1,3 40 З-г-4
2500 300 1,0 + 1,0 1,3 — б-г-8
600 200 1 + 13 1,4 50
750 200 1 + 10 1,45 60 3 4
550 200 1 + 11 1,3 40 _ * 4
650 200 2 + 8 1,3 40 3-н4
1200 300 8 1,25 100 3
800 300 10 1,45 80 3
1300 300 6 1,25 60 3
1100 300 7 1,30 60 3
800 300 10 1,40—1,50 40 3
1000 300 7 1,30 50 3
1400 250 3 1,25 30 3
8
Тип и характеристика топок Сорт топлива
Е. Механические топки с шурую- щей планкой Ж. Нак лонно-пере- талкивающие ре- шетки 3. Камерные топки с шахтными мель- ницами И. Специальные топ- ки для фрезерно- го торфа и слан- ца: Шершнева Макарьева К- Топки для сжига- ния мазута и есте- ственного газа Бурые угли Подмосковный уголь: рядовой с мелочью мелочь с семечком Бурые угли Сланцы Фрезерный торф Фрезерный торф . Сланец (при дроблении с ос- татком 3% на сите 0,5 мм) Мазут | Естественный газ ]
Продолжение
Допустимое нормальное
тепловое напряжение
зеркала горения
тыс. ккал!м2час Допустимое нормальное тепловое напряжение топочного объема тыс. ккал]м3час Потери в топке от химической и механи- ческой неполноты горения (д3 + % Коэффициент избытка воздуха в топке (а/п) Давление воздуха под решеткой, мм вод. ст. Разрежение в топке (Sm), м м вод. ст.
850 200 1 +10 1,35 60ч-70 44-5
800 250 1 + 6 1,35 50 44-5
800 250 1+5 1,35 50 44-5
250 2 1,25 34-4
250 2 1,25 Зн-4
250 2 1,25 34-4
150 3 1,25 — —.
250 4 1,25
— 250 0,5 2,0 1,15 — 4-8-
Цель расчета топочного устройства для слоевого сжигания
топлива — определить две основные величины, а именно: пло-
щадь колосниковой решетки (R м2) и объем топочного простран-
ства (Vm м3).
Площадь колосниковой решетки находится следующим обра-
зом:
где: qR — нормальное тепловое напряжение зеркала горения, ко-
торое выбирается по данным табл. 9 (см. стр. 98—
100) в зависимости от сорта топлива и типа топки, в
ккал/м2час.
Принимая по эксплуатационным и конструктивным соображе-
ниям длину решетки (Z м), можно определить необходимую ши-
рину решетки:
Л = S-M.
I
Объем топочного пространства определяется по выражению:
= (65)
"г/
где: qv — нормальное тепловое напряжение топочного объема,
определяемое также по данным табл. 9, в ккал!м3час.
Подсчитанным значением R м2 и Утм3 соответствует высота
топочного пространства h м, которая не должна быть меньше ве-
личины, рекомендуемой для данного типа топки и сорта топлива.
Объем воздуха, подаваемого в топку, равен;
V =Ва м3/час, (66)
в то 974 ’ v 7
где: Vo нм3/кг или нм3/нм3 находится по формулам (14) или (16);
ат — оценивается по данным табл. 9.
Пример 1. Определить основные размеры ручной колосни-
ковой решетки, предназначенной для сжигания антрацита марки
АРШ, с теплотворной способностью Q* = 6350 ккал/кг, в коли-
честве В = 550 кг/час.
Решение. * Согласно табл. 9, qR = 800 000 ккал/м2час\
qv = 300 000 ккал/м3час.
Тогда:
R^«S_®0-63»=4i36j,,
800,000
V
v т а
"v
550-6350 =11>б мъ
300000
101
По условиям обслуживания длина решетки должна быть не
больше 2,05—2,1 м.
При I, равном’ 2,05 м, ширина решетки составит:
z, = A=ig = 2,13^.
I 2,05
На каждую загрузочную дверцу должна приходиться ширина
решетки в 1,0=1,3 м. Поэтому нужно иметь две загрузочные
дверцы из расчета ширины решетки на каждую из них:
А = — = 1,065 м= 1065 мм.
2 2
Считая, что топочный объем имеет форму параллелепипеда,
определяем высоту топки:
у
R
= 2,66 ж.
4,36
Эта высота является приемлемой при сжигании на колоснико-
вой решетке антрацита.
Пример 2. Выбрать топочное устройство и определить его
основные размеры, если заданы следующие условия работы кот-
лоаг
п. в
= 305’
эегата:
Паропроизводительность котла системы ДКВ: D=4000 кг/час.
Ширина котла в свету — 2470 мм.
Давление насыщенного пара — Рк = 13 ати.
Температура питательной воды —1„ . = 50°
Температура уходящих газов —
Температура воздуха — ta = 30°
Топливо; подмосковный бурый уголь состава: Ср = 32,8%;
//г = 2,4о/о; О* =9,9%; 7V₽ = O,6%; ^ = 2,9%; Ар=18,4%;
1Гр = 33,0%.
Решение. Ориентируясь на сведения, приведенные в табл. 8,
выбираем для данного котла полумеханическую колосниковую
топку с механическими забрасывателями.
Согласно табл. 9, принимаем:
<7^=600000 ккал)м2час’, ^ = 200000 ккал]м?ч,ас\
Яз = 1%; 04= 13%; ат= 1,4.
'О •
Для определения размеров топки необходимо подсчитать рас-
ход топлива по тепловому балансу котла.
По формуле (44) находим потерю тепла с уходящими га-
зами— Z/2%.
102
Предварительно определяем теоретически необходимое коли-
чество воздуха для сжигания 1 кг топлива согласно формуле (14):
1/0 = 0,089 Л* 4-0,265 Нр-0,033 (/ = 0,089.33,94-0,265-2,4 —
— 0,033*9,9 = 3,32 нм*1 кг,
де
Кр = Ср4-0,375 Sp= 32,84-0,375-2,9 ^33,9%.
Часть топлива не участвует в горении вследствие механиче-
ского недожога поэтому теоретически необходимое количество
воздуха будет меньше подсчитанной величины и составит:
К = V = -1——I3 .3,32 = 2,89 нм?/кг.
0 100 100 '
Объем трехатомных газов (RO2 = СО2 SO2) равен согласно
формуле (26):
= -0,0185-/С = 0,87-0,0185-33,9=0,55 нм?/кг.
Объем двухатомных газов (R2 — O2-|--N2) находим по сле-
дующему расчету: из объема = 2,89 нм?/кг на горение пошло
21% кислорода, осталось 79% азота, т. е.:
0,79 V = 0,79-2,89 = 2,28 нм3/кг.
Коэффициент избытка воздуха в топке, как это приведено
выше, составляет:
В газоходах котла через неплотности обмуровки и гарнитуры
происходит присос воздуха; оценивая для данной конструкции
котла присос воздуха Да* = 0,2, получим, что коэффициент из-
бытка воздуха в уходящих газах будет:
и избыточное количество воздуха в уходящих газах равно:
(ау* - 1) у' = (1,6 - 1) -2,89 = 1,74 нм31кг.
Таким образом, объем двухатомных газов составляет:
= 0,79 V'Q + (ауж-1) = 2,28 +1,74 = 4,02 нм3/кг.
Объемом, занимаемым в дымовых газах азотом топлива,
в данном случае пренебрегаем, ввиду его незначительной вели-
чины.
Объем водяных паров по формуле (27):
,, 9HP + WP 9-2,44-33,0 псо ,,
17 ---------------------—— — 0,68 нм? кг.
в-п 80,4 80,4 ’ '
103
Теплосодержание уходящих газов:
(4)ух-~ ( ^ROaCRO24‘ ^3% + ^в- Л Со- п)
= (0,55 • 0,447 + 4,02 • 0,312 + 0,68 • 0,368) • 305 = 534 ккал!кг,
где теплоемкости газов при температуре (^=305° равны:
с =0,447 ккал]нм9 град-,
ки2
cR =0,312 ккал^нм9 град-,
се п — 0,368 ккал/нм9 град.
Находим потерю тепла с уходящими газами:
Q2 = (А)Уж-Л = 534-ауж Vfa te = 534-1,6.2,89-0,31 -30 =
= 490,9 ккал/кг
и
100 = ^-100 = 17,1 %,
2 qp 2870
где — по формуле Д. И. Менделеева (6):
qp = 81 С” + 246 Нр+26(5'- (У) -6 Wp = 81 • 32,8 + 246 • 2,4 +
4- 26 • (2,9 — 9,9) — 6 • 33,0 = 2870 ккал/кг.
По рис. 5 оцениваем потерю тепла в окружающую среду:
95 = 2,5%.
Таким образом, к. п. д. котла, согласно тепловому балансу,
будет равен:
= 100 — (,q%-\~ qa~\~Qt^~ 100 — (17,1 +1 + 13-Ь
+ 2,5) = 66,4 % =0,664.
Часовой расход топлива по формуле (60):
в = д (-А.) _„ 1290 „фас.
VkqP 0,664-2870 '
Площадь колосниковой решетки:
D ^Qh 1290-2870 ,
К —-----------------= 6,17 м.
qR 600000
При ширине решетки, равной ширине котла в свету
Ь ~ 2470 мм, ее длина будет:
/ = А- = -|^- = 2,5 м = 2500 мм.
104
Объем топочного пространства:
Tz 1290-2870 1ОС1 „
=—:— =—ппп — =18,51 JW3.
200 000
Qv
Средняя высота топочного пространства составляет:
, 18,51 о п
А — — 3,0 м.
о,11
Расчет теплопередачи в топке
В топочном пространстве горящее топливо и продукты его
сгорания передают часть полезного тепловыделения — Qm ккал!кг
поверхностям нагрева котла, расположенным в топке, путем лу-
чистого теплообмена. Эти поверхности нагрева называются р а
диационными.
Отношение количества тепла, переданного поверхности на-
грева путем излучения Qp ккал/кг, ко всему полезному тепловы-
делению, отнесенному на 1 кг топлива ккал/кг называется
коэффициентом прямой отдачи топки
= (67)
Действительная температура топки, т. е. температура продук-
тов сгорания, покидающих топку, будет ниже теоретической тем-
пературы горения tm, подсчитываемой по формуле (36); действи-
тельная температура определяется по выражению:
Qm Qp Фт Iх)
V г сг сг
(68)
Если известна величина эффективной радиационной поверх-
ности нагрева — Нр м2, то тепло, передаваемое этой поверхности
излучением в топке, может быть найдено по формуле ВТИ:
/Т, А 4
Но(— ) «в108
р\ 100 /
Qp =-----—---------- ккал!кг топлива, (69)
где: Т — абсолютная температура излучающего факела или слоя
в 0 абс, принимаемая по соотношению:
причем:
7 =2734-*° абс;
m I m 1
Го = 273-Но°абс;
105
<зв— видимый коэффициент излучения топки, ккал/м2 град4 час,
зависящий от коэффициента черноты факела и степени
экранирования топки. Значение этого коэффициента мо-
жет определяться по графикам и формулам норм ВТИ
для теплового расчета котельных установок.
Теплопередачу в топке можно рассчитать при помощи номо-
граммы ЦКТИ (рис. 29). При пользовании этой номограммой
следует иметь в виду, что степень экранирования топки Ф равна:
9 = —— м21м\
ст
где: Fcm—полная поверхность стен топки, которая по нормам
ЦКТИ определяется по формуле:
Нр — эффективная радиационная поверхность нагрева,
подсчитываемая по формуле:
Н= Нкр + нв = хь 1К + S *J>31>,
в которой:
И* и — эффективная радиационная поверхность нагрева
котла и соответственно экрана;
Ьк, Ьэ — соответственно ширина котельного пучка и ширина
площади экранированных стен топки в м;
1К, 13—лучевоспринимающая длина котельных труб и со-
ответственно экранных труб;
хк, х3— так называемый фактор формы, зависящий от отно-
шений шага труб к их наружному диаметру и от
расстояния между трубами и обмуровкой. Фактор
формы для кипятильного пучка котла можно при-
нять равным единице.
Как видно из рассмотренного ниже приведенного в номо-
грамме примера, по ней можно определить температуру дымовых
газов на выходе из топки /о и, наоборот, задаваясь этой темпе-
ратурой, можно подсчитать необходимую величину эффективной
лучевоспринимающей поверхности нагрева по найденному из но-
BQm
мограммы значению —.
Вр
Пример. Требуется определить температуру продуктов сго-
рания кизеловского угля ПЖ на выходе из топки io° С. Проек-
тируется установить механическую топку с шурующей планкой.
Теплотворная способность рабочей массы топлива — 0^ =
= 4690 ккал1кг.
Часовой расход топлива В = 1600 кг!час.
106
Рис. 29. Номограмма ЦКТИ для. расчета теплопередачи в топке.
Теоретическая температура сгорания Zm = 1860°C.
Эффективная радиационная поверхность нагрева котла Нр =
= 28 м2.
Объем топочной камеры Vm = 37,8 м3.
Поверхность стен топки по формуле:
F = 61/ И, = 6 37,82 = 67,5 м3.
Степень экранирования топки ф:
Ф = = — = 0,415 м2/м2.
Y Гет 67.5 '
Полезное тепловыделение в топке:
100 —(14-7,5 + 1,5) 4ООЛ ,
=------- 7 -4690 = 4220 ккал кг.
100 '
Напряжение радиационной поверхности нагрева будет:
= 1600-4220 = 240 oqq ккал]мъ цас
Нр 28 ‘
Эту величину находим на номограмме (см. рис. 29), следуя
по пунктирной линии в направлении стрелки при
ВС)
Ф = 0,415, -—^- = 240000 ккал!м3 час
нр
И tm= I8600 С,
находим, что температура t0 равна:
t0 = 970° С.
ГЛАВА VI
ПАРОВЫЕ КОТЛЫ
Требования, предъявляемые к конструкции парового котла
Конструкции отопительно-производственных паровых котлов
должны удовлетворять ряду требований, к числу которых отно-
сятся:
а) обеспечение заданных паропроизводительности и парамет-
ров пара;
б) безопасность и надежность эксплуатации;
в) возможность работы котла в условиях нагрузки в соответ-
ствии с требованиями потребителей;
г) экономичность эксплуатации;
д) по возможности небольшие габариты установки;
е) невысокая стоимость изготовления и монтажа котла.
Рассмотрим эти требования.
Паропроизводительность котла (D кг/час) определяется мак-
симальным количеством пара, которое устойчиво вырабатывается
котлом в час при заданных параметрах пара — его давлении,
влажности и температуре. Для достижения этой паропроизводи-
тельности котел должен иметь, в соответствии с условиями тепло-
обмена, определенную поверхность нагрева Нк м2.
Количество пара, вырабатываемое в час одним квадратным
метром поверхности нагрева, называется паро напряжением
поверхности нагрева; оно равно-^- кг/м2 час. Парона-
Н к
пряжение поверхности нагрева, подсчитываемое по нормальному
пару (640 ккал/кг), соответственно равно:
— = — (f—кг!м2час.
Нк Нк 640
К л
(70)
Теплонапряжение поверхности нагрева в ккал/м2 час выра-
жается отношением где Q ккал/час — попрежнему теплопро-
Нк
изводительность котла.
109
В зависимости of tofo, насколько совершенно организована
передача тепла .поверхности нагрева котла от дымовых газов,
одно и то же количество пара D можно выработать при разных
величинах Н , но при разном паронапряжении ——.
** К
При конструировании котла нужно стремиться к тому, чтобы
поверхности нагрева передавалось возможно большее количество
тепла от дымовых газов и они работали с наибольшим возмож-
ным теплонапряжением.
Характеристикой конструкции котла в отношении эффектив-
ности металловложений служит отношение:
кг/кг/час,
где: G — вес котла в кг, a D — его паропроизводительность
в кг/час.
Радиационные поверхности нагрева котла, распо-
ложенные в топочной камере, воспринимающие тепло преимуще-
ственно в результате лучеиспускания горящего слоя топлива и
продуктов сгорания, работают с большим теплонапряжением.
Остальные поверхности нагрева котла получают теплоту от ды-
мовых газов вследствие непосредственного соприкосновения с ними
и называются конвективными поверхностями на
г р е в а. Компактность конструкции котла зависит от правильно
выбранного соотношения между величиной радиационной и кон-
вективной поверхностей нагрева. Наиболее рационально развивать
радиационную поверхность нагрева, так как в этом случае повы-
шается среднее теплонапряжение поверхности нагрева котла и
снижаются затраты металла на изготовление котла отнесен-
ные на единицу паропроизводительности котла.
Конструкция парового котла должна удо-
влетворять условиям безопасности и надеж-
ности его работы. Следовательно, все элементы котла, ра-
ботающие под давлением, должны отвечать условиям прочности,
причем необходимо предусмотреть возможность температурных
расширений отдельных элементов котла во время его работы,
чтобы избежать появления в них термических напряжений. Кон-
струкция котла должна быть тщательно оценена с этой точки
зрения.
Особое влияние на надежность работы котла оказывают
внутрикотловые процессы и, в частности, циркуляция воды
в котле. В тех случаях, когда по каким-либо причинам циркуля-
ция прекращается и вода в котле находится в неподвижном со-
стоянии, на горячих поверхностях нагрева происходит накопление
пузырьков пара, препятствующих охлаждению стенок. При этом
температура металла стенок значительно повышается, а его ме-
ханические свойства ухудшаются, что приводит к образованию
ПО
отдулйн, трещин и к другим повреждениям стенок котла. Чем
больше теплонапряжение поверхности нагрева котла, тем надеж-
нее должно быть охлаждение его стенок вследствие циркуляции
воды.
Циркуляция воды может быть естественной или принуди-
тельной.
Естественная циркуляция воды в котле создается
и поддерживается в результате передачи тепла дымовых газов
котловой воде или парово-
дяной смеси, образуемой в
котле. В случае, когда две
вертикально расположенные
трубки, присоединенные к
верхнему и нижнему бара-
банам (рис. 30), заполнены
водой, последняя будет оста-
ваться неподвижной, если
ее температура в обеих
трубках одинакова. Если ле-
вая трубка подвергнется на-
греву, то в ней будет про-
исходить парообразование и
она окажется заполненной
смесью воды и пара (паро-
водяной смесью). Средний
удельный вес этой смеси
меньше удельного ве-
са воды (кводы), поэтому
смесь воды с пузырьками
пара в левой трубке бу-
дет подниматься по направ-
лению к верхнему бараба-
ну, а вода в правой труб-
ке — опускаться в нижний
барабан (левая трубка на-
зывается подъемной, пра-
Рис. 30. Схема естественной циркуляции
воды.
вая — опускной). В результате этого в контуре создается непре-
рывное движение (циркуляция) воды. Пар, выделившийся из смеси
в верхнем барабане, отводится по паропроводу потребителям; в
этот же барабан подводится питательная вода. Отношение коли-
чества воды, циркулирующей в контуре, к количеству вырабаты-
ваемого за тот же промежуток времени пара, называется крат-
ностью циркуляции.
Разность давлений в опускной и подъемной трубах называется
располагаемым циркуляционным напором. Он
равен:
Рд„ = Н ^воды~Н н (чводы - I™) кг/м2,
111
где Муд называется удельным движущим циркуляционным
напором на 1 высоты и выражается в яг/.и3.
Располагаемый напор тратится на преодоление всех гидрав-
лических сопротивлений, возникающих при движении воды и па-
роводяной смеси в циркуляционном контуре.
Обозначая сумму этих сопротивлений 2Д/7, можно написать
общее уравнение баланса движущей силы и сопротивлений цир-
куляции в следующем виде:
<71’
Удельный движущий напор зависит от количества пара, обра-
зующегося в отдельных участках циркуляционного контура, ско-
рости входа воды в подъемную трубу w0, давления пара и диа-
метра трубы.
Потеря напора в контуре представляет сумму потерь в подъ-
емных и пароотводящих трубах и потерь в опускных
трубах (£Ароп),т. е.:
Я*/’=2’4,
Полезный движущий напор циркуляционного контура равен
располагаемому движущему напору за вычетом сопротивле-
ний в подъемных и пароотводящих трубах. Используя уравне-
ние (71), находим:
РпоЯ=Рдв-^^РП-^^Роп- (72)
Правая и левая части уравнения (72) зависят от скорости
входа воды в подъемную трубу w При увеличении этой скорости
уменьшается величина полезного движущего напора, а потери
напора в опускной трубе возрастают. Решение расчетного урав-
нения циркуляции (72) выполняется графически (рис. 31). Для
этого задаются тремя значениями скорости w0, для которых под-
считывают значения Рпол и и по этим значениям вычер-
чивают кривые. Очевидно, что точка пересечения этих кривых
соответствует величине действительной скорости входа воды
в подъемные трубы геЛ Эта скорость в первом и втором рядах
кипятильных труб не должна быть ниже 0,6 -н 1,7 м/сек, а в тре-
тьем и четвертом рядах — 0,4-5-1,3 м/сек\ ври этих скоростях
обеспечивается надежность работы циркуляционного контура.
Кратность циркуляции будет равна:
Gd 3fiwd0i'2Fn
С = — =-------------mini,
D D
где: 7'— удельный вес кипящей воды при давлении в котле
в кг/м?-,
LFn— сечение всех подъемных труб в м2;
D— количество пара, образующегося в подъемных трубах
в т/час.
112
Для подробных расчетов циркуляции существуют нормы
ЦКТИ или нормы ВТИ.
Надо отметить, что при определенных условиях пузырьки
пара в подъемных трубах поднимаются быстрее воды, т. е. имеют
некоторую положительную относительную скорость
движения. Относительное движение паровых пузырьков может
иметь место и в опускных трубах при достаточно интенсивном их
обогреве. Эти явления значительно осложняют расчет циркуляции.
Если циркуляционный контур состоит из нескольких рядов
различно обогреваемых подъемных труб, в которые вода посту-
Рис. 31. Графическое решение расчетного уравнения
циркуляции.
пает из общего барабана или коллектора, то скорость входа воды
wQ и надежность циркуляции будут меньше в менее интенсивно
обогреваемых рядах труб. В том случае, когда передача тепла
в этих рядах труб снизится, например, вследствие их наружного
загрязнения, в них может произойти застой пара и даже движе-
ние воды сверху вниз, вызванные падением движущего напора
циркуляции. Это приводит к так называемому опрокидыва-
нию циркуляции и к перегреву кипятильных труб вслед-
ствие прекращения отвода тепла. Опрокидывание циркуляции
может быть вызвано чрезмерной нагрузкой котла, когда проис-
ходит ненормально интенсивный обогрев опускных труб.
Ввиду серьезных последствий опрокидывания циркуляции для
надежности работы парового котла следует проверять расчетом
скорость входа воды в подъемных трубах при разных режимах
работы котла.
Расчеты показывают, что увеличение скорости циркуляции
сказывается на снижении температуры стенок труб котла, на
их лучшем охлаждении, но мало влияет на повышение коли-
чества тепла, передаваемого от дымовых газов через стенку
8 Зак. Xs 2043
113
трубы. Таким образом, назначение нормальной циркуляций за-
ключается в обеспечении непрерывного отвода пара, образующе-
гося на поверхностях нагрева.
Принудительная циркуляция создается насосом,
создающим движение воды в обогреваемых трубках котла. Если
насос прогоняет по трубкам котла воду в количестве, превышаю-
щем количество вырабатываемого котлом пара, то циркуляция
называется многократной принудительной.
Конструкция парового котла должна соответствовать условиям
нагрузки, предъявляемым потребителями пара. В случае перемен-
ной нагрузки ее колебания должны восприниматься котлом без
ненормальных отклонений от нормы параметров вырабатывае-
мого пара.
Для обеспечения экономичности эксплуатации конструкция
парового котла должна допускать возможность легкой очистки
внутренних и наружных поверхностей нагрева, удобного обслу-
живания всех элементов котла, его арматуры и гарнитуры.
Так как большинство котлов в Советском Союзе предназна-
чается для работы на низкосортном многозольном топливе, то их
конструкция должна отвечать условиям наиболее экономичного
сжигания этого топлива. Конструкция котла должна допускать
возможность целесообразного его сочетания с конструкцией то-
почного устройства.
В числе требований, предъявляемых к конструкции паровых
котлов, большое значение имеют соблюдение мини-
мально возможных габаритов установки и уде-
шевление ее стоимости. Конструкция отопительно-
производственного котла должна быть компактной; он должен
размещаться в здании ограниченных габаритов и быть транспор-
табельным, т. е. его перевозка не должна быть сложной; жела-
тельно, чтобы конструкция котла позволяла вести его монтаж
отдельными блоками, собранными на заводе-изготовителе.
Типы отопительно-производственных паровых котлов
Паровые котлы подразделяются по величине рабочего давле-
ния на две категории: с рабочим давлением до 0,7 ати и свыше
0,7 ати.
Котлы, работающие с давлением ниже 0,7 ати, считаются бо-
лее безопасными в отношении взрыва; они применяются исключи-
тельно для отопительных нужд. Их конструкция мало отличается
от конструкции водогрейных котлов, поэтому они будут рассмот-
рены в дальнейшем при ознакомлении* с устройством водогрей-
ных котлов.
Паровые котлы с давлением свыше 0,7 ати [применяются для
отопительных и производственных целей; в большинстве случаев
они заметно отличаются по конструкции от паровых котлов низ-
114
кого давления. Они находятся под наблюдением технической
инспекции Котлонадзора.
Основные параметры и паропроизводительность стационарных
паровых котлов определены в 1947 г. ГОСТом 3619—47. Вы-
держка из этого ГОСТа приведена в табл. 10.
Таблица 10
Основные параметры и паропроизводительность паровых котлов
(по ГОСТу 3619—47)
Рабочее давление пара на выходе из котла в кг/сл*2 Температура перегретого пара в °C Допускае- мые откло- нения тем- пературы перегретого пара в °C Темпера- тура пита- тельной воды в °C Номиналь- ная (макси- мально дли- тельная) паропроиз- водитель- ность котла в пЦчас
8 13 Насыщенный Насыщенный или пере- гретый до 250, 300 20 50 | 0,2; 0,4; < 1,0; 2,0
или 350 ±15 50 (2,5); 4; 6,5; 10
(16) (350 и 375) ±15 (100) (12); (20)
39 450 ±10 1 150 12; 20; 35; 50; 75; ПО
Паровые котлы, параметры или паропроизводительность кото-
рых в таблице заключены в скобки, допускаются для вновь про-
ектируемых установок только при невозможности использования
котлов основных параметров. Согласно ГОСТу, паропроизводи-
тельность котлов обеспечивается заводом-изготовителем для тех
видов топлива, которые оговорены при заказе котла.
Котлами малой паропроизводительности можно считать котлы
с номинальной паропроизводительностью до 10 т/час, средней —
с паропроизводительностью от 12 до 35 т[час.
Первоначальной простейшей конструкцией парового котла был
простой цилиндрический котел, мало экономичный, имеющий не-
достаточную поверхность нагрева при большом водяном объеме,
приходящемся на 1 м2 поверхности нагрева. В дальнейшем цилин-
дрический котел получил конструктивное развитие вследствие
увеличения числа барабанов, соединяемых между собой тем или
иным способом, при одновременном уменьшении их диаметра. По-
степенно это привело к созданию конструкции водотрубного
котла, поверхность нагрева которого в основном состоит из
кипятильных труб. Другое направление конструктивного развития
8* 115
о
Таблица Г!
Характеристики паровых котлов для отопительно-производственных котельных установок
Система парового котла Тип котла Марка Паропроиз- водитель- ность в mi час Рабочее давление в ати Температура пара в °C 3 авод-изготовител ь
Горизонтально- водотрубный котёл Шухова-Берлина А-2 А-3 А-5 А-7 2,0 3,2 5,2 8,0 13 13 13 13 Пар насы- k щенный или перегретый до 350° До 1951 г. котлы выпу- скались Бийским ко- тельным заводом Ми- нистерства транспорт- ного и тяжелого ма- шиностроения
Вертикально- водотрубный котел Двухбарабанный водо- трубный ДКВ 2- 8 ДКВ 4—13 ДКВ 6,5—13 2,0 4,0 6,5 8 13 13 1 Насыщенный > перегретый I до 350° Бийский котельный за- вод
Инж. Курочко, Рассу- дова и Шафран КРШ 2— 8 КРШ 4—13 КРШ 6,5—13 2,0 4,0 6,5 8 13 13 j Насыщенный > перегретый J до 350° Московский котельно- механический завод Главпищемаша
— Вертикально-водотруб- ный Добрина ВВД 80—13 ВВД 140—13 ВВД 200—13 ВВД 250-13 2,0 4,0 6,5 10,0 13 13 13 13 Насыщен- ный пар Завод Министерства путей сообщения
Система парового котла Тип котла Марка
— Двухбарабанный вер- тикально-водотруб- ный завода «Крас- ный котельщик» Т-2 Т-2,5 Т-4,0 Т-6,5 Т-10,0
Жаротрубный котел Двухжаротрубный —
Дымогарный котел Вертикальный с дымо- гарными трубами В к-1 ВК-1м
Комбинированный котел Вертикальный цилин- дрический Шухова- Сарафа ШС-1 ШС-2 ШС-З ШС-4
— Комбинированный вер- тикальный Добрина в ГД
Продолжение
Паропроиз- водитель- ность в mjHac Рабочее давление в ати Температура пара в °C Завод-изготовитель
2,0 2,5 4,0 6,5 10,0 8 14 14 14 14 Насыщенный до 300° До 350° Таганрогский завод «Красный котельщик»
2,0 8 Насыщенный Таганрогский завод «Красный котельщик» (котел снимается с производства)
0,2 0,2 8 8 1 Насыщен- 1 ный Бийский котельный за- вод
0,2 0,4 0,7 1,0 8 8 8 8 , Насыщен- ный пар
1,0 8 Насыщенный
котлов заключается в том, что дымовые газы проходят внутри
жаровых или дымогарных труб, причем вода соприкасается с
наружной поверхностью труб.
Советская котлостроительная промышленность развивается все
более нарастающими темпами: ею выпускаются как уникальные
паровые котлы большой производительности, высокого и сверх-
высокого давления, так и котлы малой и средней производитель-
ности для производственных и отопительных целей. Замеча-
тельными преимуществами отечественных конструкций котлов
являются их приспособленность ксжиганию и ис-
пользованию низкосортного топлива, высокие
экономические показатели и возможность осу
ществления механизации трудоемких процес-
сов, а также автоматизации обслуживания.
Отопительно-производственные паровые котлы, выпускаемые
советской промышленностью, могут быть разделены на следую-
щие типы: горизонтально- и вертикально-водотрубные котлы,
жаротрубные, котлы с дымогарными трубами и комбиниро-
ванные.
В табл. 11 приведены основные характеристики наиболее рас-
пространенных конструкций паровых котлов, используемых в ото-
пительно-производственных котельных установках и выпускаемых
ндшей промышленностью.
\J Горизонтально-водотрубные котлы
Поверхность нагрева горизонтально-водотрубных котлов со-
ставляется из кипятильных труб, соединяемых с водяными сек-
циями или камерами путем развальцовки. Большое распростра-
нение имел камерный горизонтально-водотрубный котел системы
выдающегося русского инженера В. Г Шухова. Этот котел в кон-
струкции, модернизированной инж. Берлин, представлен на
рис. 32.
Поверхность нагрева котла образуется из кипятильных труб 1
диаметром 76/69 мм, развальцованных в цилиндрических каме-
рах 2 и 3 по 24 трубы в каждой камере. Поверхность нагрева
каждой такой секции .равна 35 м2.
Котлы с различной поверхностью нагрева образуются путем
'соединения большего или меньшего количества секций. В соот-
ветствии с числом секций котлы маркируются: А-2, А-3, А-5
и А-7.
Таким образом, неоспоримым преимуществом этой системы
котлов является стандартность их элементов.
Дымовые газы, поступающие из топочного пространства 4, по-
следовательно проходят четыре газохода котла и затем отводятся
в боров 5. Между вторым и третьим газоходами размещается зо-
лоуловительная камера 5, из которой зола удаляется механиче-
118
ским или пневматическим способом, либо же вручную через бо-
ковой люк 7. Питательная вода подается в барабан котла 8;
в смеси с котловой водой она опускается по задним циркуляци-
онным трубам 9 и поступает через задние водяные камеры 3 сек-
ций в кипятильные трубы, в которых подогревается и частично
Рис. 32. Паровой котел системы Шухова-Берлина.
переходит в пар. Пароводяная смесь из отдельных труб соби-
рается в передних водяных камерах 2 и затем по передним цир-
куляционным трубам 10 поступает в барабан котла 8, в котором
происходит отделение (сепарация) пара от воды.
Вследствие значительного сопротивления сложного контура
циркуляции котел может надежно работать с максимальным па-
D
ронапряжением поверхности нагрева, не превышающим =
“к
= 30—35 кг[м2 час.
Ц9
Удельный вес металла котла на 1 кг/час пара, вырабатывае-
мого котлом, -составляет = 5,35 ^2,67 кг для разных серий
котла. Этот вес выше, чем у котлов других типов при равной па-
ропроизвод ител ьности.
Водяной объем котла, отнесенный на единицу паропроизводи-
тельности, составляет 1,43—1,05 м^т/час и должен быть признан
весьма небольшим. Поэтому котел не может воспринимать резкие
изменения нагрузки без сколько-нибудь существенных колебаний
давления пара и не допускает больших перерывов питания
(больше 10 мин.).
К другим недостаткам конструкции котла относятся: чувстви-
тельность к качеству питательной воды; недостаточный диаметр
барабана; большая удельная площадь пола, занимаемая котлом;
широкий фронт и трудность обслуживания; необходимость ча-
стой обдувки наружных поверхностей котла от летучей золы;
неудобство экранирования топки; высокая температура газов за
котлом, и, следовательно, недостаточная его экономичность. Сле-
дует отметить, что котел Шухова-Берлина может быть использо-
ван как водогрейный; в этом случае отпадает лишь надобность
в барабане и циркуляционных трубах.
Вертикально-водотрубные котлы
Вертикально-водотрубные котлы отличаются вертикальным
расположением кипятильных труб, обеспечивающим этой системе
котлов ряд преимуществ по сравнению с горизонтально-водо-
трубными. Этими преимуществами являются:
а) лучшие условия циркуляции в котле;
б) возможность компоновки топок с достаточно развитым
объемом для сжигания низкосортных топлив;
в) меньшая удельная площадь пола, необходимая для разме-
щения, котла;
г) большая экономичность котла;
д) меньшая затрата металла на изготовление котла.
Все эти преимущества явились причиной того, что вертикаль-
но-водотрубные -котлы нашли большое распространение в отопи-
тельно-производственных установках и новые конструкции котлов
разрабатываются и выпускаются, как общее правило, исключи-
тельно с вертикальным расположением кипятильных труб.
Ниже описаны некоторые конструкции вертикально-водотруб-
ных котлов, из числа приведенных в табл. 11 (см. стр. 116—117).
Вертикально-водотрубные котлы типа ДКВ. Котел типа ДКВ
(рис. 33) имеет два барабана, расположенные перпендикулярно
к его фронту. Нижний барабан 2 короче верхнего /. Барабаны
соединены между собой двумя пучками кипятильных труб диа-
метром 51/46 мм, Задний пучок 4 является опускным, передний
3 — подъемным. На боковых стенках топки расположены экран-
120
Разрез по 1-1 Разрез по П-11
Рис. 33. Паровой котел типа ДКВ:
/ — верхний барабан: 2 — нижний барабан; 3 — передний пучок труб; 4 — задний пучок труб; 5 —экранные трубы;
6 — кирпичная перегородка; 7 — чугунная перегородка; 8 — колосниковая решетка.
Разрез по 1-1
----5210 -----
2023
Рис. 34. Паровой котел типа КРШ.
122
ные трубы 5; нижние концы труб боковых экранов присоединены
к боковым коллекторам; верхние концы развальцованы в верх-
не*м барабане. Коллекторы боковых экранов питаются водой как
из нижнего барабана, так и из верхнего по необогреваемой
трубе.
При горении топлива на колосниковой решетке в экранных
трубах появляется и поддерживается циркуляционный подъем-
ный поток пароводяной смеси; вода из барабанов котла при этом
поступает в коллекторы экранов, а затем — в экранные трубы,
где происходит ее частичное испарение. Из экранных труб паро-
водяная смесь попадает в водяное пространство верхнего бара-
бана, где происходит сепарация пара от воды.
Между первым и вторым рядом кипятильных труб котла
устанавливается кирпичная перегородка 6. Задний и передний
пучки кипятильных труб разделены друг от друга чугунной пере-
городкой 7. Дымовые газы, выходящие из топки, проходят попе-
речным потоком первый газоход котла, затем поворачивают на
180° и из второго газохода удаляются в боров котла.
Котел оборудован колосниковой решеткой 8 с механическими
или пневматическими забрасывателями.
Котел транспортабелен; его можно доставлять на место уста-
новки в совершенно собранном виде на железнодорожных плат-
формах. Обмуровкой котла может быть или кирпичная кладка,
или легкая теплоизоляция, обшитая стальными листами.
Вертикально-водотрубные котлы типа КРШ. Котлы этого
типа (рис. 34) имеют поперечно расположенные барабаны 1 и 2,
соединенные слегка наклонным пучком кипятильных труб диа-
метром 51/46 мм. Нижний барабан устанавливается на опорные
подушки 3; вся система котла при нагревании имеет возможность
свободного термического расширения вверх.
Котел приспособлен для размещения в барабане устройств
внутрикотловой обработки воды.
К недостаткам рассматриваемой конструкции котла, как и
типа ДКВ, относится односторонний отвод газов из топки — по
всей ее высоте (по борову 4).
Вертикально-водотрубные котлы типа ВВД. Как показано на
рис. 35, оси верхнего и нижнего барабанов котла типа ВВД
находятся в одной вертикальной плоскости; поэтому кипя-
тильные трубы котла диаметром 76/70 мм расположены верти-
кально.
Дымовые газы выходят в котельный пучок с одной стороны
топки и омывают трубки пучка поперечным потоком.
Вертикально-водотрубные котлы Таганрогского завода «Крас-
ный котельщик». Таганрогский завод «Красный котельщик»
(ТКЗ), являющийся одним из крупнейших котлостроительных
заводов СССР, приступил к выпуску серии котлов малой произ-
водительности— от 2 до 10 т/час, предназначенных для внедре-
123
124
нйя в малую энергетику, в том числе и в отопйтельно-произвоД-
ственные котельные установки.
Котел (рис. 36) состоит из двух барабанов: верхнего 1 и
нижнего 2, соединенных между собой тремя пучками вертикаль-
ных кипятильных труб диаметром 60/55 мм. Между некоторыми
рядами труб выложены вертикальные перегородки, предназна-
ченные для направления движения дымовых газов и лучшего
омывания ими поверхности нагрева котла. Как видно из ри-
сунка, на задней стенке топки расположены кипятильные трубы,
а передняя стенка и потолок топки экранированы трубами 3.
Конструкция котла допускает, в случае надобности, экранирова-
ние и боковых стенок топки.
Нижний барабан опирается на каркас котла. Конструкция
допускает при нагреве свободное расширение котла вверх.
Важно отметить, что в конструкции предусмотрено устройство
для термической внутрикотловой обработки питательной воды,
предложенное проф. В. А. Голубцовым и инж. Г. А. Бурковым,
удостоенных Сталинской премии за разработку и внедрение
этого устройства.
Сущность процесса термической внутрикотловой обработки
воды состоит в том, что питательная вода, подаваемая по тру-
бе 6, поступает в так называемый каскадный реактор 7, располо-
женный в паровом пространстве барабана котла; в этом реак-
торе происходит нагрев воды с выпадением солей жесткости.
Вода из реактора опускается по необогреваемой трубе 8 в ниж-
ний барабан котла; в последнем происходит отстой шлама, со-
держащегося в воде. Таким путем осуществляется умягчение
питательной воды, поступающей в котел.
Котлы Таганрогского завода «Красный котельщик» имеют
хорошо развитый объем топки, в результате чего работают с от-
носительно небольшим теплонапряжением топочного объема.
Вследствие довольно большой высоты каркаса и верхнего
вывода газов из топки котлы ТКЗ удачно компонуются с механи-
зированными топками. Вместе с тем котлы ТКЗ отличаются по-
вышенным удельным объемом воды на 1 т/час паропроизводи-
тельности, что обеспечивает хорошую приспособляемость к работе
при частых изменениях расхода пара потребителями.
Котлы рассматриваемой системы имеют довольно высокий
удельный вес металла на 1 т/час паропроизводительности. Это
объясняется наличием развитых хвостовых поверхностей нагрева,
предназначенных для снижения температуры уходящих газов,
а следовательно, для повышения экономичности работы котла.
Конструкция котла обеспечивает предотвращение накопления
летучей золы на поверхностях нагрева и в газоходах котла.
Вследствие перечисленных особенностей можно считать, что
котлы этого типа должны получить распространение в отопи-
тельно-производственных котельных установках.
125
Рис. 36. Паровой котел типа Т завода «Красный котельщик»:
7 ~ верхний барабан; 2 —нижний барабан; 3— экранные трубы; 4 — пароперегреватель; 5 — водяной экономайзер;
6— питающая труба; 7 —каскадный реактор; 8 — необогреваемая труба.
Жаротрубные котлы
Выше мы ознакомились с конструкциями паровых котлов,
в которых внутри труб протекает вода, а снаружи — отдающие
теплоту дымовые газы. Жаротрубные котлы являются прототи-
пом другой системы, в которой внутри труб проходят дымовые
газы, а наружная поверхность труб обмывается водой.
Жаротрубные котлы выпускаются с одной жаровой трубой
(одножаротрубные котлы) или с двумя жаровыми трубами
127
(двухжаротрубные котлы). Конструкция двухжаротрубного котла,
Таганрогского завода «Красный котельщик», рассчитанная на
паропроизводительность 2 т/час при рабочем давлении пара
в 8 ати9 представлена на рис. 37. Котел состоит из сварного ци-
линдрического барабана 2 диаметром 2200 мм, внутри которого
установлены две жаровые трубы /, соединенные с днищами
котла. Топка или размещается внутри жаровых труб, или же вы-
полняется в виде выносной. Дымовые газы из топки отводятся
горизонтально и поступают в жаровые трубы, затем возвра-
щаются по второму боковому газоходу к фронту котла, после
чего проходят третий (боковой) газоход котла и уходят в боров.
Таким образом, дымовые газы передают тепло воде как внутри,
так и снаружи корпуса котла. Это является важным преимуще-
ством конструкции. Из всей поверхности нагрева котла наиболь-
шая тепловая нагрузка приходится на жаровые трубы.
В верхней части барабана 2 размещается сухопарник 3, на
котором устанавливаются предохранительный клапан 4 и паро-
вой запорный клапан 5, а также устраивается лаз для возмож-
ности проникновения внутрь барабана котла для его осмотра и
чистки. Корпус котла покоится на чугунных опорах 6, из которых
задняя опора неподвижная, а остальные — подвижные, чем обес-
печивается возможность температурного расширения корпуса
котла.
Во время работы котла температура стенок жаровых труб
выше температуры стенок корпуса; поэтому жаровые трубы
должны получить большее удлинение, чем барабан. Для того
чтобы в жаровых трубах не возникали по этой причине термиче-
ские напряжения, трубы снабжают кольцами или же изготовляют
волнистыми.
Жаротрубные котлы доступны для очистки и внутреннего
осмотра, не требовательны к качеству питательной воды и обла-
дают большим водяным объемом на 1 т/час паропроизводитель-
ности котла, составляющим около 10 м?/т/час. Таким образом,
эти котлы приспособлены к работе с резко переменным потре-
блением пара.
Однако эти достоинства конструкции слишком незначительны
по сравнению с ее недостатками. В котле не обеспечена сколько-
нибудь надежная циркуляция воды; поэтому паронапряжение
поверхности его нагрева не может превосходить 20—30 кг/м2час,
а при больших паронапряжениях появляется опасность повреж-
дения жаровых труб. Расход металла на изготовление котла
весьма значителен, достигая 9 т на 1 т/час вырабатываемого
пара, тогда как у ранее рассмотренных водотрубных котлов про-
изводительностью 2 т/час удельный расход металла не превы-
шает 5 т на 1 т/час, т. е. меньше чем у жаротрубного котла
в 1,8 раза. Жаротрубные котлы занимают большую площадь
пола котельной и не транспортабельны. Большой водяной объем
также не является большим преимуществом, так как в современ-
128
ных укрупненных отопительно-производственных котельных уста-
новках потребление пара изменяется не столь резко.
Жаротрубные котлы плохо приспособлены для применения
низкосортных топлив. Растопка и расхолаживание их осуще-
ствляются весьма медленно. Вследствие всех этих причин жаро-
трубные котлы вытесняются более совершенными конструкциями.
Одним из наиболее эффективных методов модернизации уста-
новленных жаротрубных котлов, а также других старых кон-
струкций, является снабжение их топочными экранами. Экранные
трубы присоединяют к котлу или же из них составляют самостоя-
тельный циркуляционный контур с принудительной циркуляцией
воды при помощи насоса. В целях увеличения топочного объема
устраивают выносные топки. Кроме того, за котлами устанавли-
вают водяные экономайзеры. Все эти мероприятия повышают
производительность и экономичность работы этих котлов.
Котлы с дымогарными трубами
В котлах этого типа дымовые газы проходят внутри труб не-
большого диаметра, называемых дымогарными. К этой категории
Рис. 38. Вертикальный котел типаВК-1.
Рис. 39. Вертикальный
котел типа ВК-1М.
относятся вертикальные котлы с дымогарными трубами, а также
паровозные и локомобильные котлы паровозного типа.
9 Зак. № 2043
129
3109
Рис. 40. Вертикально-цилиндрический котел типа
Шухова-Сарафа.
Рис. 41. Комбинированный
вертикальный котел инж. Добрина.
^5120
Внутри вертикального цилиндрического Корпуса котла типа
ВК-1 (рис. 38) имеются две головки — нижняя и верхняя, в
днищах которых развальцованы 20 дымогарных труб диамет-
ром 76/63 мм.
Котел изготовляется на рабочее давление 8 ати; поверхность
нагрева его равна 12 м2, Паронапряжение поверхности нагрева
равняется 12—15 кг/м2час.
Конструкция модернизированного котла типа ВК-1 М (рис. 39)
отличается от только что описанной тем, что в ней применяются
дымогарные трубы диаметром 51/46 мм, В результате этого
удельная затрата металла на изготовление котла несколько
уменьшена.
Вертикальные котлы с дымогарными трубами выпускаются
заводами с величиной поверхности нагрева до 40 м2. Их досто-
инство заключается в компактности, малых габаритах, отсутствии
обмуровки и в транспортабельности. Они применяются в неболь-
ших котельных установках (например, при дезокамерах) и на па-
ровых экскаваторах.
Котлы имеют ряд недостатков: неприспособленность топки
для сжигания низкосортного топлива, малый к. п. д., трудность
очистки поверхности котла от накипи, частые течи в местах валь-
цовки труб.
Комбинированные котлы
Поверхность нагрева комбинированных котлов составляется
как из жаровых или дымогарных труб, так и из кипятильных.
К комбинированным котлам относится вертикальный цилинд-
рический котел типа Шухова-Сарафа (рис. 40) производитель-
ностью от 0,2 до 1,0 т/час.
Другая конструкция комбинированного вертикального котла
инж. Добрина представлена на рис. 41. Внутри корпуса 1 котел
имеет жаровую трубу 2, а также кипятильные 3 и дымогарные
трубы 4. Кипятильные трубы диаметром 51/46 мм развальцованы
в стенках жаровой трубы. Отличительной особенностью этого
котла является наличие в нем внешней топки 5, к которой по
каналу 6 подводится дутьевой воздух. В результате этого топка
котла приспособлена для сжигания низкосортного топлива.
Следует отметить, что применение в описываемых котлах ки-
пятильных труб значительно улучшает условия циркуляции воды.
Водяные экономайзеры и воздухоподогреватели
Водяным экономайзером называется аппарат, подогре-
вающий питательную воду до ее поступления
в паровой котел за счет тепла уходящих газов. Таким об-
разом, экономайзер предназначен для снижения потерь тепла
с уходящими газами и уменьшения расхода топлива. Одновре-
9* 131
Менйо с этим достигается повышение паропроизводиТельности
котельного агрегата.
Экономия топлива, получаемая от применения-водяного эко-
номайзера, определяется по формуле:
дд = 100%, (73)
где: t'3K = tn в—температура питательной воды до поступления
в водяной экономайзер в °C;
t'dK—температура питательной воды по выходе из
водяного экономайзера в °C;
i — теплосодержание пара, вырабатываемого кот-
лом в ккал/кг.
Экономия топлива при установке хвостовых поверхностей на-
грева (водяного экономайзера, воздухоподогревателя) может
быть подсчитана также по следующей формуле:
дВ = ^_Д!.100о/
I
где: Tj — к. п. д. котельной установки, не имеющей хвостовых
поверхностей нагрева;
т/ — к. п. д. той же котельной установки, но снабженной
хвостовыми поверхностями нагрева, причем:
'*1= 100 - (</а 1 q& Яь
>(=ioo-(<7'%.
Считая, что + + т- е- принимая, что
к. п. д. котельной установки после снабжения ее хвостовой по-
верхностью нагрева повышается в основном за счет уменьше-
ния потерь тепла с уходящими газами, получим:
Г1 = Я2—<?'
и тогда
А В = fa — • 100%,
<+ (92-^)
где (^2 — <7^ — уменьшение потерь тепла с уходящими газами
в результате дополнительного их охлаждения.
Установка водяного экономайзера обеспечивает экономию
топлива в пределах от 5 до 12% (в зависимости от местных усло-
вий работы котельного агрегата).
132
Применяя ориентировочные подсчеты, можно считать, что при
охлаждении дымовых газов на 1°С вода в водяном экономайзере
подогревается на 0,5° С.
Водяные экономайзеры подразделяются на некипящие и
кипящие. В некипящих водяных экономайзерах конечная
температура подогрева воды должна быть ниже температуры
котловой воды не менее, чем на 30—50° С. Такой недогрев воды
в экономайзере необходим для того, чтобы в случае повышения
температуры дымовых газов в экономайзере или по другим при-
чинам в нем не произошло парообразование, которое может при-
вести к повреждению экономайзера.
Рис. 42. Чугунный ребристый водяной экономайзер.
На питательной линии между котлом и некипящим экономай-
зером предусматривается установка обратного и запорного кла-
панов; таким образом, некипящий экономайзер следует рассмат-
ривать как самостоятельный аппарат, в котором не может быть
допущено парообразование.
В кипящих водяных экономайзерах температуру воды
можно доводить до температуры кипения; в них возможно и па-
рообразование. Для обеспечения свободного отвода пара трубо-
провод, соединяющий кипящий водяной экономайзер с котлом,
какими-либо запорными органами не снабжается.
В отопительно-производственных котельных агрегатах уста-
навливаются' водяные экономайзеры некипящего типа.
По роду материала водяные экономайзеры подразделяются на
чугунные и стальные. Водяные экономайзеры кипящего
типа изготовляются только из стальных труб.
Чугунный ребристый водяной экономайзер представлен на
рис. 42. Он состоит из чугунных ребристых труб с фланцами,
соединенных между собой в определенной последовательности;
при помощи наружных чугунных «калачей».
Движение воды по трубам экономайзера допускается только^
снизу вверх, так как при обратном направлении движения воды:
133
возможно появление гидравлических ударов, стуков в трубах
экономайзера и их повреждение. Дымовые газы обычно омывают
трубы экономайзера, перемещаясь сверху вниз (противотоком).
При этом обеспечивается более интенсивная передача тепла, до-
стигается бдльшая разность между температурами дымовых га-
зов и подогреваемой воды. Кроме того, при движении дымовых
газов в экономайзере сверху вниз происходит некоторая очистка
дымовыми газами труб эконо-
майзера от оседающей на них
золы.
Чугунный водяной эконо-
майзер оборудуется обдувоч-
ным устройством для обдувки
наружной поверхности труб от
золы паром или сжатым воз-
духом.
На рис. 43 показана уста-
новка водяного экономайзера
в газоходе, имеющем обходной
боров.
При необходимости отклю-
чения экономайзера на ремонт
или очистку закрывают за-
слонки, расположенные перед
экономайзером и после него, и
открывают заслонку прямого
хода газов из котла в дымо-
вую трубу (помимо экономай-
зера) .
Надо отметить, что устрой-
ство обходного борова к эко-
номайзеру особенно рацио-
нально и необходимо в том
случае, когда котельная уста-
новка оборудована групповым
экономайзером, обслуживаю-
щим два или несколько котлов.
Достоинство чугунных экономайзеров заключается в их деше-
визне: кроме того, они в меньшей степени подвержены коррозии
по сравнению со стальными трубами.
В дымовых газах обычно содержатся водяные пары. При пи-
тании водяного экономайзера холодной водой эти пары конден-
сируются в виде капелек на холодных поверхностях тех участков
труб, в которые поступает холодная вода. В результате на этих
участках труб появляется ржавчина. При наличии в дымовых га-
зах двуокиси серы (SOs) на поверхности труб образуется раствор
сернистой или даже серной кислоты, которая интенсивно разъ-
едает стенки труб экономайзера. Температура стенки, при которой
134
начинается конденсация водяных паров, содержащихся в дымовых
газах, называется температурой точки росы. Темпера-
тура воды, поступающей в водяной экономайзер, должна быть
выше температуры точки росы на 10—20° С.
Можно руководствоваться следующими примерными значе-
ниями температуры точки росы при сжигании разных топлив:
Торф . 504-55° С
Дрова . . 504-60
Подмосковный уголь 50
Каменный уголь 35
Антрацит 20
» (при сжигании с паровым дутьем) 40
Водяные экономайзеры принадлежат к числу так называемых
хвостовых поверхностей нагрева котельного агрегата, исполь-
зующих тепло уходящих газов. К этим поверхностям нагрева
принадлежат и воздушные подогреватели.
Воздухоподогревателями называются устройства,
предназначенные для подогрева воздуха в результате использо-
вания тепла уходящих газов. Тепло, отнятое от уходящих газов
воздухом, подводится вместе с ним в топку парового котла.
Температура, до которой можно подогревать воздух, зависит
от конструкции топки и содержания в топливе влаги и летучих
веществ. При слоевом сжигании топлива может применяться
воздух с температурой до 200—250° С.
Чем больше выход летучих веществ, тем ниже температура
слоя, так как в этом случае через слой проходит и тот воздух,
который используется затем в топочной камере для сжигания
летучих веществ. Поэтому при слоевом сжигании угля с большим
выходом летучих веществ можно допустить более высокий подо-
грев воздуха.
При камерном сжигании топлива применяют воздух с темпе-
ратурой до 250—500° С.
Подогрев воздуха, подаваемого в топку, способствует ускоре-
нию процесса горения топлива; он протекает с большей полнотой
сгорания, с меньшими избытками воздуха и с меньшими поте-
рями тепла с уходящими газами и вследствие недожога.
Воздухоподогреватели должны удовлетворять следующим
требованиям:
а) обладать хорошей передачей тепла от дымовых газов к на-
греваемому воздуху и в связи с этим быть компактными;
б) иметь минимальное сопротивление потоку газа (потерю
тяги);
в) отличаться плотностью всех соединений для предупрежде-
ния утечки воздуха;
г) быть легко доступными для очистки поверхностей от золы;
д) монтаж и ремонт их должны отличаться простотой.
По конструкции м роду материала воздухоподогреватели под-
135
разделяются на пластинчатые, стальные трубча-
тые и чугунные ребристые.
Пластинчатые воздухоподогреватели состоят
из ряда плоских узких карманов, изготовляемых из сталь-
ных листов толщиной в 1,5—4,0 мм. По этим карманам нагне-
тается подогретый воздух, а в щелях между карманами, в пер-
Рис. 44. Секция стального трубчатого
воздухоподогревателя Оргэнерго:
1 — трубы, 2 — трубная решетка, 3 — перегородки.
пендикулярном к ним направлении, пропускаются дымовые газы.
Пластинчатые воздухоподогреватели в отопительно-производ-
ственных котельных установках не применяются вследствие труд-
ностей их эксплуатации.
Более простыми по конструкции и надежными в эксплуатации
являются стальные трубчатые воздухоподогре-
ватели. Они состоят из труб с наружным диаметром 51 мм,
при толщине стенки 1,5—2,5 мм. Концы труб закрепляются
в трубных решетках при помощи вальцовки. У трубчатого возду-
хоподогревателя конструкции Оргэнерго трубы закрепляются
сваркой в швеллерных балках. Дымовые газы проходят внутри
труб, как правило, сверху вниз; воздух движется по межтруб-
ному пространству поперечным потоком. Вследствие наличия по-
перечных перегородок, устанавливаемых на трубах, поток воз-
духа прц движении через воздухоподогреватель делает несколько»
136
ходов. Скорость газов в воздухоподогревателе рекомендуется
принимать около 10—15 м/сек, скорость воздуха — 6—8 м/сек.
Секция стального трубчатого воздухоподогревателя Оргэнерго
представлена на рис. 44.
Стальной трубчатый воздухоподогреватель отличается про-
стотой конструкции, несложен в изготовлении и достаточно ком-
пактен. В нем может быть обеспечена плотность соединений и со-
вершенно устранена возможность утечки воздуха. Он легко очи-
щается от золы и загрязнений. Вследствие этих неоспоримых
преимуществ трубчатый воздухоподогреватель рекомендуется
устанавливать в отопительно-производственных котельных уста-
новках.
Чугунные ребристые воздухоподогреватели
состоят из отдельных кубов, составленных, в свою очередь, из
чугунных ребристых плит, стянутых между собой стяжными бол-
тами. В кубах образуются вертикальные ребристые и поперечные
каналы; по вертикальным ребристым каналам проходят дымовые
газы, по поперечным — нагреваемый воздух.
Недостаток этого типа воздухоподогревателя заключается
в трудности достижения плотности между плитами и больших
перетечках воздуха в газовые каналы.
Более целесообразна конструкция чугунного воздухоподогре-
вателя, составленного из ребристых или игольчатых труб.
Преимуществом чугунных воздухоподогревателей надо счи-
тать их способность хорошо противостоять износу и коррозии.
Трубы чугунных водяных экономайзеров снабжаются ребрами
только на наружной поверхности. У воздухоподогревателей ребра
имеются как на наружной, так и на внутренней поверхностях. Та-
кая конструкция принята потому, что наибольшее термическое
сопротивление представляет переход тепла от газов к стенке. По-
этому поверхности этого перехода должны быть более развиты,
что и осуществляется в чугунных экономайзерах и воздухоподо-
гревателях путем устройства ребер на их трубах.
Температура стенки воздухоподогревателя в самом холодном
месте поверхности нагрева должна быть выше температуры точки
росы не менее, чем на 10° С. Для обеспечения этого требования
применяют подмешивание (возврат) части горячего воздуха к хо-
лодному, всасываемому дутьевым вентилятором, подающим воз-
дух в топку котла через воздухоподогреватель.
Для ориентировочных расчетов можно принимать, что при
охлаждении дымовых газов в воздухоподогревателе на 1° воздух
при сжигании сухих топлив подогревается на 1,25°, а при сжига-
нии влажных топлив — на 1,5° С.
В связи с внедрением механизированных топочных устройств
подогрев дутьевого воздуха при помощи воздухоподогревателей
должен найти в отопительно-производствежых котельных уста-
новках более широкое распространение..
137
По местным условиям иногда бывает целесообразно приме-
нять воздухоподогреватели для подогрева теплом уходящих га-
зов котлов воздуха, предназначенного для производственных
нужд, например, для сушки.
Расчет поверхностей нагрева котельного агрегата
Тепловой расчет котельных агрегатов производится по нор-
мам, разработанным ЦКТИ и ВТИ. Заводы-изготовители выпу-
скают паровые котлы определенных типоразмеров. По этим дан-
ным в проекте котельной установки выбирают паровые котлы
определенной конструкции и паропроизводительности.
Обычно тип и конструкция парового котла выбираются в соот-
ветствии с условиями нагрузки, потребной паропроизводитель-
ностью, параметрами пара и имеющимися габаритами котель-
ного помещения. Большое значение при выборе конструкции
котла имеет удобство компоновки топочного устройства, топливо-
подачи, золоудаления. При выборе числа и производительности
отдельных котельных агрегатов руководствуются следующими
соображениями: устанавливаемые котлы должны принадлежать
по возможности к одному типоразмеру; число котлов надо выби-
рать так, чтобы в самый холодный день года в работе находи-
лись все установленные котельные агрегаты с полным использо-
ванием их производительности.
Определение поверхностей нагрева котла, пароперегревателя,
водяного экономайзера и воздухоподогревателя, воспринимаю-
щих теплоту дымовых газов непосредственным с ними соприкос-
новением, производится путем совместного решения уравнения
конвективного теплообмена (74) и уравнения теплового баланса
Г75):
BC^kHbt ккал)час-, (74)
Ql = /1-/24-9„p-^5 «кал!кг. (75)
В этих формулах: Q, — полезное тепло, переданное поверхно-
сти нагрева при сжигании 1 кг топлива
(ккал/кг);
В— часовой расход топлива в кг/час, пред-
варительно подсчитываемый по тепло-
вому балансу котельного агрегата;
Н— поверхность нагрева в ж2;
k— коэффициент теплопередачи
в ккал)мгчас град',
М— средняя разность между температурой
дымовых газов и температурой нагре-
ваемой среды;
Zt= L Vcfj и./о,= L Vctj—теплосодержание продуктов сгорания,
получаемых с 1 кг топлива в начал.е
1138
(/1) ив конце (/2) газохода в ккал!кг,
подсчитываемое по формуле (32);
Япр~ ДаНосв/в— теплота наружного воздуха в ккал/кг,
поступающего в газоход вследствие
присоса при величине последнего Да;
q[— потеря тепла в ккал/кг газоходом в ок-
ружающую среду (на 1 кг топлива).
Средняя разность температур дымовых газов и нагреваемой
среды находится по формуле:
2,3.1g
Ч,
где: — наибольшая разность температур дымовых газов и
среды;
AtM наименьшая разность температур дымовых газов и
среды.
С достаточной для практики точностью можно положить, что:
Qp
75 1000
Тогда уравнение (75) примет такой вид:
Qp
Qi = A-44-2-^- ккал!кг. (76)
Надо иметь в виду, что при расчете поверхности нагрева во-
дяного экономайзера:
D (/„ — / )
О = —1 ккал кг.
'К.эк в
При расчете поверхности нагрева воздухоподогревателя:
„ Vece^een
Q =—---------- ккал кг,
Ха. „ в -
где — температура подогрева воздуха в воздухоподогре-
вателе.
Следующей, важной для расчета, величиной является коэф-
фициент теплопередачи — k ккал/м2 час град.
В упрощенных расчетах небольших котельных установок
можно воспользоваться следующими эмпирическими формулами
для определения коэффициента теплопередачи:
у горизонтально водотрубных котлов:
й = 21,7 {- 0,8 V7 ккал[мг час град (при W -1 : 8 м/сек);
139
у вертикально-водотрубных котлов:
в первых газоходах:
k ~ 9,0Ц-4,0W ккал/м2 час град (при U7=3-s-7 м1сек)-,
во вторых газоходах:
k= 12,5-f-2,5 W ккал/м2 час град (при 117 = 2 = 8 м!сек)-,
у котлов с дымогарными трубами:
к = 6-[-4,4|Л W ккал!м2 час град-,
у пароперегревателей;
А = 8Ц-4,0117 ккал)м2часград (при U7=2 = 7 м'сек)-,
у чугунных ребристых водяных экономайзеров:
k = 3,6 -f- 0,9 W ккал/м2 час град (при W = 2-5- 8 м[сек).
В приведенных формулах через W м!сек обозначена средняя
скорость дымовых газов, рассчитанная по живому сечению газо-
хода.
ГЛАВА VII
ВОДОГРЕЙНЫЕ И ПАРОВЫЕ КОТЛЫ НИЗКОГО
ДАВЛЕНИЯ
Требования, предъявляемые к водогрейным котлам
Водогрейными котлами низкого давления называются
такие, в которых вода нагревается до температуры не свыше
115° С, при наибольшем рабочем давлении 3 ати.
Паровыми котлами низкого давления называются котлы,
вырабатывающие насыщенный водяной пар с рабочим давлением
до 0,7 ати.
К котлам низкого давления предъявляются следующие основ-
ные требования:
а) простота конструкции и возможность монтажа котлов от-
дельными секциями; небольшая затрата металла для изготовле-
ния котла;
б) компактность конструкции котла для возможности его уста-
новки в отопительной котельной ограниченных габаритов;
в) обеспечение достаточно высокой тепловой экономичности
работы;
г) возможность приспособления котла для сжигания низко-
сортных топлив;
д) легкость очистки элементов котла от летучей золы и уноса;
е) надежность и бесперебойность работы всех элементов
котла;
ж) соблюдение условий безопасности эксплуатации;
з) простота ремонта и замены отдельных деталей котла;
и) удобство обслуживания котла.
Академией коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова,
Всесоюзным научно-исследовательским институтом санитарно-
технического оборудования (ВНИИСТО), проектными организа-
циями, учеными (проф. М. М. Щеголев, проф. Л. К. Рамзин
и др.) и изобретателями (инж. Н. Н. Ревокатов, инж. И. С. Бо-
лотин, инж. А. В. Хлудов и др.) были созданы конструкции кот-
лов, удовлетворяющие перечисленным выше требованиям. Создан-
ные в СССР совершенные конструкции отопительных котлов
намного превосходят по всем показателям конструкции котлов,
изготовляемых за границей.
По роду материала стенок котлы низкого давления могут
быть чугунными или стальными.
141
Чугунные секционные котлы
Чугунные секционные котлы, именовавшиеся котлами Стреля
или Стребеля, имеют органические недостатки, которые будут
рассмотрены ниже. В настоящее время котлы этих конструкций
вытесняются более совершенными конструкциями.
Секционные котлы Стреля (рис. 45) состоят из полых чугун-
ных секций прямоугольной формы 1, 2 и 3, снабженных верти-
кальными ребрами б и 7. Секции устанавливаются на постамент 4
Рис. 45. Секционный чугунный водогрейный котел Стреля.
и соединяются между собой при помощи ниппелей 8 конической
формы, смазанных графитом. Секции стягиваются связями со
скобами. Вода поступает в нижнюю распределительную трубу 9,
образуемую нижними кольцами секций и их ниппелями, и пред-
назначенную для разводки воды по внутренним полостям отдель-
ных секций. Верхняя труба 10, составляемая из верхних колец
секций и их ниппелей, служит для сбора воды, нагретой в сек-
циях, и отвода ее в трубопровод подогретой воды. На приливы
ребер секций устанавливают колосники 5, образующие колосни-
ковую решетку; на нее через дверцы, имеющиеся у передней сек-
ции, загружается топливо. Продукты сгорания топлива под-
нимаются в топочном объеме кверху, огибают перегородку,
образованную ребрами 6 секций, затем по каналам между
отдельными секциями, создаваемыми ребрами б и 7, опускаются
вниз и поступают в дымоход 11 и дымовую трубу. Снаружи котел
покрывается листовым асбестом толщиной 5 мм и металлическим
кожухом.
И2
Котел, представленный на рис. 45, имеет топку, называемую
топкой верхнего горения. В этой топке зеркало горения распо-
ложено в верхней части котла.
В котле с топкой нижнего горения (рис. 46) поверхность
горящего слоя топлива находится в нижней части агрегата, при
этом не требуется частая загрузка то-
плива, но условия для сгорания топлива
неблагоприятны и большую тепловую на-
грузку котла получить нельзя. Поэтому
более целесообразно применение котлов
с топкой верхнего горения.
Если на описанный котел установить
паросборник (рис. 47), соединив его ка-
лачами с передней и задней секциями,
а также оборудовать котел необходи-
мой арматурой, в том числе предохрани-
тельным устройством, то он становится
паровым котлом низкого давления. По
трубе 5 подводится питательная вода, по
трубе 7 производится продувка котла.
Для создания контура циркуляции воды
в котле и для питания водой секций
котла паросборник соединяется с водя-
ным объемом котла трубой 6, диаметр
которой обычно равен 25 38 мм. В
табл. 12 даны основные технические по-
казатели котлов Стреля.
Каждая средняя секция котла имеет
2,2 №, а каждая лобовая — 1,15 №.
Рис. 46. Секционный чу-
гунный водогрейный ко-
тел с топкой нижнего
горения.
поверхность нагрева
Таблица 12
Основные показатели чугунных котлов Стреля
(большой модели НБ)
Количество секций Поверх- ность нагрева в м2 Площадь зеркала горения в м* Вес котла в кг Длина котла в мм Примечание
5 8,9 0,195 1427 595 Ширина котла — 900 мм
6 ' 11,1 0,260 1650 720 Высота водогрейного
7 13,3 0,325 1872 845 котла — 1700 мм\ па-
8 15,5 0,390 2095 975 рового — 2265 мм
i9 17,7 0,455 2326 1095
10 19,9 0,520 2556 1220
11 22,1 0,585 2690 1345
12 24,3 0,650 3016 1470
143
Секционные котлы Стребеля устроены аналогично котлам
Стреля; они состоят из чугунных секций овальной формы.
Основным преимуществом котлов, собранных из секций, яв-
ляется легкость их транспортирования и доставки в подвальные
помещения отопительных котельных. Однако секционные котлы
предназначаются для сжигания высококачественных, главным
образом короткопламенных, углей без принудительного воздуш-
ного дутья. При сжигании этих углей теплонапряжение поверх-
Рис. 47 Чугунный паровой котел низкого
давления:
1 — паросборник; 2 — водомерное стекло; 3 — манометр;
4 — паропровод; 5 — питательная вода; 6 — перепускная
труба; 7 — продувка.
ности нагрева котлов Стреля и Стребеля обычно, не превышает
_2— = 6000 7000 ккал/м2 час; эту величину считают расчетной
Нк
для рассматриваемых котлов. Они мало пригодны для сжига-
ния местных топлив вследствие крайне малой величины их то-
почного объема. В них нельзя получить хорошее использование
поверхности нагрева и более высокого ее теплонапряжения. По-
пытки повысить тепловую нагрузку котлов Стреля и Стребеля
путем применения дутья воздуха под колосниковую решетку
не увенчались успехом, так как при этом в слое топлива разви-
вается высокая температура, что приводит к местному перегреву
стенок чугунных секций и к образованию в них трещин.
Таким образом, котлы Стреля и Стребеля по их конструкции
не соответствуют требованиям, предъявляемым в настоящее
время к чугунным секционным котлам. Вместо них в СССР
созданы отечественные конструкции чугунных секционных котлов.
144
Чугунный секционный котел системы ин ж.
Н. Н. Ревокатова (рис. 48) собирается из средних секции /
Р-образного типа оригинальной конструкции и торцевых секций 2,
Котлы могут быть собраны по одному из двух вариантов:
односторонний полушатровый котел, состоящий из
секций, расположенных в один ряд, и шатровый, имеющий
секции, расположенные в два ряда, как это показано на рис. 48.
Рис. 48. Чугунный секционный водогрейный котел системы Н. Н. Ревокатова
шатрового типа.
Секции соединены друг с другом при помощи ниппелей. Секции
снабжены ребрами, образующими вертикальные перегородки.
Торцевые секции 2 перекрывают переднюю и заднюю стенки
котла.
Котел заключен в кирпичную обмуровку с толщиной стенки
в Р/2 кирпича. Котел имеет внешнюю топку, приспособленную
к сжиганию низкосортного топлива с применением дутья.
Зак. №
145
Основные технические показатели чугунных котлов НР(ч) си- •
стемы инж. Н. Н. Ревокатова (согласно ГОСТ 2562—44) приве-
дены в табл. 13.
Таблица 13
Основные технические показатели чугунных котлов
системы инж. Н. Н. Ревокатова типа НР(ч)
Тип котла Количество секций Поверхность нагрева в м2 Площадь зер- кала горения в м2 Вес котла в кг Длина котла в мм Ширина котла в мм Высота котла в мм
В одиночной обмуровке
Полу- шатре* вый 8 12 16 9,2 13,7 18,2 0,450 0,682 0,905 972 1299 1625 1400 1960 2450 1795 1795 1795 Водогрейного — 2450 Парового — 3400
Шатро- 22 25 0,92'0 2487 1850 2385 Водогрейного — 2630
вый 30 34 1,362 3204 2410 2385 Парового — 3530
38 43 1,820 3370 2940 2385
В спаренной обмуровке
Полу- шатро- вый 16 24 32 18,4 27,4 36,4 0,900 1,364 3,810 1944 2598 3250 1400 1960 2450 1795 1795 1795 Водогрейного — 2450 Парового — 3400
Шатро- 44 50 1,840 4974 1850 2385 Водогрейного — 2630
вый 60 68 2,724 6408 2410 2385 Парового — 3530
76 86 3,640 6740 2940 2385
Чугунные котлы Н. Н. Ревокатова могут быть выполнены и
как водогрейные для подогрева воды до 115° С или как паровые
низкого давления (с давлением пара не свыше 0,7 ати). Послед-
ние отличаются от водогрейных котлов наличием паросборника
и предохранительной арматуры.
Нормативное теплонапряжение поверхности нагрева чугунных
секционных котлов системы Н. Н. Ревокатова значительно пре-
восходит величины теплонапряжения котлов Стреля и Стребеля
и достигает 12 000 ккал/м2 час при сжигании низкосортного топ-
лива с дутьем.
Из других советских конструкций чугунных секционных ,кот-
лов следует отметить котел «Универсал» (ЩК-1) системы проф.
М. М. Щеголева и инж. Л. И. Кузнецова (рис. 49). Этот котел
оборудован внешней колосниковой топкой с качающимися колос-
никами, облегчающими чистку решетки.
Продукты сгорания отдают тепло поверхностям нагрева и
удаляются по двум вертикальным каналам в дымоходы котла.
146
350
Рис. 49. Чугунный секционный водогрейный котел «Универсал» типа ЩК-1
системы проф. М. М. Щеголева и инж. Л. И. Кузнецова:
/ — чистый пол; 2 — стяжной болт; 3 — чугунный патрубок; 4 —шамотные кирпичи.
— 800
В верхней части котла имеются отверстия, перекрытые шамот-
ными кирпичами и служащие для очистки наружных стенок.
Поверхность нагрева средней секции равна 1,05 м2, крайней сек-
ции — 0,9 м2.
Расчетное теплонапряжение поверхности нагрева котла при
сжигании низкосортного топлива принимается в 7500 ккал/м2 час.
В табл. 14 сопоставлены технико-экономические показатели
описанных выше конструкций чугунных секционных котлов. Это
сопоставление сделано для котла теплопроизводительностью
150 000 ккал/час.
Таблица 14
Технико-экономические показатели чугунных водогрейных котлов
Теплопроизво- дительность котла Технико- экономические показатели Размерность Котел Стреля Котел Н. Н. Ре- вокатова НР (ч) Котел М. М. Ще- голева и Л. И. Кузнецова ЩК-1
150000 ккал!час Удельная затрата металла на 1000 ккал!час . Строительный объем котла на 1000 ккал! нас /<г,1000 ккал;час .и3/1000 ккал!час 17,4 0,014 11,3 0,052 14,7 0,02
Из табл. 14 видно, что котел Стреля характеризуется более
высокой удельной затратой металла, отнесенной на 1000 ккал/час.
Она примерно в 1,5 раза выше затрат металла на изготовление
котла НР(ч) и в 1,2 раза больше, чем затрата металла на изго-
товление котла ЩК-1; вместе с тем котел Стреля не приспособ-
лен для сжигания низкосортного топлива. Большой строительный
объем, занимаемый котлом НР(ч), объясняется развитием топоч-
ного пространства для возможности сжигания низкосортного топ-
лива, а также наличием кирпичной обмуровки. В этом отношении
значительными преимуществами обладает котел ЩК-1.
Стальные водогрейные котлы
В целях упрощения и удешевления изготовления и монтажа
котлов, возможности лучшего их приспособления для сжигания
низкосортных топлив, и для подогрева воды до температуры,
превышающей 115° С, были разработаны и внедрены стальные
водогрейные котлы, в большинстве случаев изготовляемые
из труб.
148
К числу таких конструкций относятся отопительные прямо-
точные котлы проф. Л. К. Рамзина, стальные котлы системы
Н. Н. Ревокатова типов HP-17 и HP-18 и системы И. С. Боло-
тина типов Б-1 и Б-2. К группе стальных котлов относятся жаро-
трубные котлы, постепенно заменяемые более совершенными кон-
струкциями, а также старые паровые котлы, приспособленные
для работы в качестве водогрейных.
Рис. 50. Отопительный прямоточный
котел Л. К. Рамзина производитель-
ностью 170 000 ккал/час.
Отопительные прямоточные котлы Л. К. Рамзина (рис. 50)
отличаются простотой конструкции; основным материалом при
их изготовлении являются трубы диаметром 38/32 мм, вваренные
в коллекторы из труб диаметром 83/76 мм. Поверхность нагрева
котла состоит из потолочного экрана 1 и конвективного пакета
змеевиков 2. Вода из системы отопления поступает в нижний
коллектор 3 конвективного пакета 2, проходит по его змеевикам,
затем перепускается в коллектор и трубы потолочного экрана, из
которого по трубе 4 направляется в систему отопления. Продукты
сгорания, выйдя из топочного объема 5, омывают потолочный
экран, переходят в опускной газоход 6, в котором расположен
149
конвективный пакет змеевиков, и уходят по борову 7 и дымовую
трубу. Топка может быть полумеханического типа. Рабочее дав-
ление котла равно 5 ати.
Как видно из табл. 15, отопительные котлы Л. К. Рам-
зина изготовляются теплопроизводительностью в 170 000 и
300 000 ккал/час.
Таблица 15
Технические характеристики отопительных прямоточных котлов
Л. К. Рамзина
Наименование (Размер- ность Котел 170 000 ккал/час Котел 300 000 ккал]час
Поверхность нагрева конвек- тивного пакета Поверхность нагрева экрана Площадь колосниковой ре- шетки . Объем топочной камеры . рбщий вес металлической ча- сти Длина обмуровки котла Ширина » » Высота » » м* » м3 кг мм 9,3 3,7 0,65 0,75 937 2040 2120 2000 19,6 4,4 0,95 0,8 1400 2910 2000 2500
Для эффективной и надежной работы котел должен быть
включен в систему принудительной циркуляции воды.
Стальной секционный водогрейный котел
системы Н. Н. Ревокатова выпускается двух типов:
НР-17 теплопроизводительностью от 120 000 до 240 000 ккал/час
и НР-18 теплопроизводительностью от 312 000 до 600 000 ккал/час.
Стальной котел типа НР-17 в одинарной обмуровке (рис. 51)
набирается из секций; ка'ждай секция собирается из трех вер-
тикальных труб 1 диаметром 89/82,5 мм, длиной 1450 мм, вварен-
ных вверху и внизу в горизонтальные трубы 2 и 3 такого же
диаметра. В верхней части вертикальной трубы, расположенной
со стороны топки, устанавливается дросселирующая прямоуголь-
ная планка, направляющая циркулирующую воду в верхний вы-
ступ секции, являющийся потолочным экраном.
Горизонтальные трубы секций ввариваются в сборные кол-
лекторы 4 диаметром 108/100,5 мм. Топка котла 5 имеет доста-
точный объем и может быть приспособлена для сжигания топлива
любого сорта. Два котла могут быть сблокированы в обшей об-
муровке, расположенной симметрично относительно средней
стенки топки.
По своим размерам котел вполне может быть предназначен
для замены выбывших из строя чугунных котлов Стреля.
Стальной котел типа НР-18 (рис. 52) состоит из двух оди-
наковых пакетов левого 1 'гГ'правото 2, сваренных из трех вер-
150
тикальных труб диаметром 89/82,5 мм, аналогично только что
описанному котлу НР-17. У рассматриваемого котла НР-18
экранированы две боковые стенки и потолок топки. Дымовые
газы по выходе из топки делятся на два потока и опускаются
вниз вдоль вертикальных труб 3 секций, после чего поступают
в дымовые каналы 4 обмуровки котла и боров 5. Скорость газов
в опускном газоходе не превышает 1—1,2 м)сек при нормальной
нагрузке котда.
к 151
Стальные водогрейные котлы Н. Н. Ревокатова могут быть
приспособлены для работы в качестве паровых низкого давления.
Недостатком конструкции котла является большой вес его
сварного пакета, достигающий 800 кг, что усложняет монтаж.
Основные технические характеристики стальных котлов
Н. Н. Ревокатова представлены в табл. 16.
Стальной котел системы И. С. Болотина вы-
пускается двух типов: Б-1 с поверхностью нагрева 17 л<2 и тепло-
152
Таблица 16
Технические характеристики стальных водогрейных котлов системы Н. Н. Ревокатова
Наименование показателя Размерность Тип НР-17 Тип НР-18
Теплопроизводите; тьность в ккал'час
120000 180 000 240 000 312000 456 000 600 000
’Поверхность нагрева котла м* 10 1 15 20 1 : 26 38 50
Площадь колосниковой решетки 0,361 0,539 0,717 0,92 1,38 1,83
Объем топочной камеры м2 0,531 0,795 1,055 1,65 2,47 3,28
Общий вес металлической части (с каркасом) кг 545 672 827 1181 1571 1968
Длина обмуровки котла мм 1570 1980 2390 2020 2580 3140
Ширина обмуровки котла 1680 1680 1680 2385 2385 2385
Высота » 2220 2220 2220 2600 2600 2600
Удельная затрата металла на 1000 ккал.час расчетной теплопроизво- дительности котла кг, 1000 ккал час 4,55 3,74 । 3,45 3,80 3,45 3,28
Строительный объем котла на 1000 ' ккал/час расчетной теплопроизво- дительности котла ж3/1000 ккал'час 0,049 0,041 0,037 0,040 0,035 0,032
производительностью 290 000 ккал/час, Б-2 с поверхностью на-
грева 38 м2 и теплопроизводительностью 600000 ккал/час.
Эти котлы отличаются сравнительно высоким теплонапряже-
нием поверхности нагрева, составляющим: -^- = 16-5-17 тыс.
ккал/м2 час, что объясняется конструктивными особенностями
котла.
Водогрейный котел типа Б-1 (рис. 53) состоит из трех труб-
ных секций 1, 2 и 3, которые собраны из вертикальных труб диа-
метром 76/70 мм и длиной 1000 мм, вваренных вверху и внизу
в два горизонтальных коллектора такого же диаметра. Из этих
секций две (2 и 3) расположены по боковом стенкам топки.
В конструкции котла предусмотрен Г-образный топочный
экран 4, составленный из шести труб диаметром 76/70 мм, согну-
тых под углом 90°, приваренных к двум горизонтальным коллек-
торам 5 и 6 того же диаметра. Этот экран покрывает заднюю
стенку и потолок топки. Таким образом, все стенки топки, за
исключением передней, покрыты радиационными поверхностями
нагрева, работающими с высоким тепловым натяжением.
Дымовые газы выходят из топки через окно 7 шириной
500 мм в передней части левой боковой стенки, омывают попе-
речным потоком конвективную секцию / котла, после чего по-
ступают в сборный боров 8. Движение газов в топке по направ-
лению к ее передней стенке создает более благоприятные усло-
вия для сгорания влажного топлива.
Котел может быть установлен в подвальном этаже высо-
той 3 м.
Котел типа Б-2 отличается от описанного наличием четырех
трубных секций, из которых две — радиационные — помещены на
боковых стенках топки, и две — конвективные — в симметрично
расположенных газоходах котла. Высота труб котла — 1300 мм
Котел имеет также Г-образный топочный экран. Диаметр труб
секций и экрана — 89/82,5 мм.
Котел типа Б-2 может быть приспособлен для работы в ка-
честве парового; при этом требуется дополнительная установка
барабана и предохранительной арматуры.
Техническая характеристика стальных котлов системы
И. С. Болотина приведена в табл. 17.
Из табл. 17 видно, что стальные котлы системы И. С. Боло-
тина характеризуются более выгодными весовыми и объемными
показателями.
Обратная вода из системы отопления вводится в радиацион-
ную или конвективную часть стальных котлов. В том случае,
когда ввод обратной воды выполнен в конвективную зону, соз-
дается большая разность температур дымовых газов и нагревае-
мой воды, а также обеспечиваются лучшие условия теплопере-
дачи; следствием этого является повышение к. п. д. котла. Од-
нако в случае сжигания влаэкнцх топлив и невысоких значений
154
Рис. 53. Стальной водогрейный котел системы И. С. Болотина.
Таблица 17
S
Техническая характеристика стальных водогрейных котлов системы И. С. Болотина
Наименование показателя Размерность Котел типа Б-1 Котел типа Б-2
Теплопроизводительность (при сжигании бурого угля) ккал! час 290 000 600 000
Поверхность нагрева котла м2 17 38
Объем топочной камеры м3 1,68 3,78
Площадь колосниковой решетки № 0,89 1.83
Общий вес металлической части (с каркасом) кг 776 1662
Длина обмуровки котла мм 2505 3105
Ширина в » 1810 2435
Высота в » в 1900 2250
Удельная затрата металла на 1000ккал/час расчетной тепло- производительности котла кг/1000 ккалj час 2,67 2,78
ъ Строительный объем котла на 1000 ккал/час расчетной те- п лопроизводител ьности jw3/1000 ккал-час 0,029 0,028
температуры дымовых газов в концевой части котла наружные
поверхности труб, расположенных в этой части, могут подвер-
гаться коррозии вследствие осаждения из дымовых газов влаги.
В связи с этим следует проверить значение температуры стенок
труб котла в месте ввода обратной воды при наиболее высоких
температурах наружного воздуха отопительного сезона. Если
температура обратной воды будет ниже температуры точки росы,
то следует принять меры к повышению температуры обратной
воды, поступающей в котел, например, путем подмешивания
к ней нагретой воды, или же выполнить ввод обратной воды в
радиационную часть котла.
Расчетные параметры котлов
Для определения суммарной поверхности нагрева котлов
можно воспользоваться следующей формулой:
S Q
^^ = (1,1^-1,2)-—------- м\ (77)
где: ZQ — расчетное количество тепла в ккал/час*,
1,1 н- 1,2 — коэффициент, учитывающий потери тепла в отопи-
тельной системе и трубопроводах;
I Q \
~^1 —расчетное теплонапряжение поверхности нагрева
\ Н к /расч
котла в ккал/м2 час, выбираемое по табл. 18 (см.
стр. 158).
После определения полной поверхности нагрева котельной
(ЕНЛ) можно найти поверхность нагрева одной котельной еди-
ницы, имея в виду, что число устанавливаемых в котельной кот-
лов должно быть не менее двух и не более четырех. В отдельных
случаях допускается установка в одной котельной до шести
котлов.
Максимальный часовой расход топлива в котельной подсчиты-
вается по формуле (61):
Е Q
В = -=^-
кг]час,
где — к. п. д. котла, который у водогрейных котлов, не имею-
щих водяного экономайзера, в зависимости от системы котла,
вида сжигаемого топлива и типа топки принимается в пределах
0,65 <0,75.
Пример. Определить число и единичную теплопроизводи-
гельность водогрейных стальных котлов системы Н. Н. Ревока-
това и максимальный часовой расход топлива по котельной при
следующих заданных условиях: расчетная теплопроизводитель-
157
ТабЛйца ifl
Расчетное тепловое напряжение поверхности нагрева котлов
(в ккал!м2 час)
Высокосортный
кусковой уголь
Низкосортное
топливо
Система котла
без дутья
с дутьем
o»s
о о,
CQ
без дутья
с дутьем
Примечание
Чугунные
Стреля и Стре-
беля .
Н. Н. Ревокато-
ва
М. М. Щеголева
и Л. И. Кузне-
цова
Стальные
Прямоточный
Л. К. Рамзина
Н. Н. Ревокато-
ва . '
И. С. Болотина
Жаротрубные
7000
7000
6000
5000
4000
15000
12000 10000
По ОСТ
90036—39
7500
13000
12000
8000 7000 15000 12000
17000 —
12000 10000
По ОСТ
90036—39
ность котельнрй SQ = 450 000 ккал!час\ топливо — подмосков-
ный бурый уголь с низшей теплотворной способностью рабочей
массы Q* = 2540 ккал/кг.
Решение. Подсчитываем суммарную поверхность нагрева
котлов по формуле (77):
2/7к = (1,1^-1,2)—-------= (1,1-ь 1,2)-^^-= 41,3-5- 45
/ У \ Uvv
ы
\ / расч
По табл. 16 выбираем три котла типа НР-17 с поверхностью
нагрева по 15 мг, более выгодных по удельной затрате металла
и строительному объему.
Максимальный часовой расход топлива в котельной при к. п. д.
котла -fiK = 0,65 будет:
с 2 Q 450000 0,0 ,
В =-----—— ----------- 273 кг час.
1) Q% 0,65-2540
ГЛАВА VIII
МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОТЛОВ
Монтаж котлов
Качество и стоимость монтажа котлов в значительной мере
зависят от тщательности его подготовки. Следует заблаговре-
менно продумать организацию работ, порядок и последователь-
ность проведения монтажа, расстановку рабочих, потребность в
подъемных механизмах и их использование, а также подготовку
инструментов и материалов. На крупных монтажных работах со-
ставляется специальный «Проект организации работ» (ПОР).
Крайне важно разработать и обсудить организацию монтажа
с персоналом, привлекаемым к этой работе. К началу работ на
монтажной площадке или вблизи от нее должны быть налицо все
необходимое оборудование, материалы и приспособления.
Следует всячески стремиться к проведению монтажа укруп-
ненными блоками (узлами), собираемыми на монтажной пло-
щадке и устанавливаемыми на месте при помощи подъемных ме-
ханизмов. Опыт показал, что блочный метод монтажа значи-
тельно повышает качество и ускоряет монтажные работы.
До начала монтажа необходимо соорудить фундаменты, вос-
принимающие нагрузку (вес) котла, его обмуровки и передаю-
щие эту нагрузку на грунт. Фундаменты котлов не должны быть
связаны с фундаментом здания. На фундамент устанавливают
каркас котла.
Каркасом котла называется металлическая конструкция,
состоящая из колонн и балок, предназначенная для крепления
к ней элементов котла. Кроме основных несущих колонн и балок,
воспринимающих вес котла, в состав каркаса входят вспомога-
тельные обвязочные балки, служащие для скрепления обмуровки.
При монтаже котла каркас обычно используется для крепления
к нему монтажных подъемных приспособлений.
Барабаны котла или устанавливаются на опоры, смонтиро-
ванные на каркасе, или подвешиваются к каркасу при помощи
хомутов (рис. 54).
Трубы котлов укрепляются в отверстиях стенок барабанов, ка-
мер или коллекторов обычно при помощи вальцовки. При
вальцовке труба вставляется в предназначенное для нее очко
в стенке барабана, камеры или коллектора, после чего стенки
159
трубы раздаются при помощи специального инструмента. Действие!
этого инструмента, называемого вальцовкой, заключается в сле-д
дующем (рис. 55). В отверстия 2 цилиндрического корпуса I
вальцовки вставлены ролики 3. При перемещении вперед конусЙ
ное веретено 4 воздействует
на ролики, которые выходят изд
отверстий наружу. На рис. 55, а!
вальцовка, вставленная в отвер1|
стие трубы, находится в нерабоч
чем положении. При вращений
веретена и передвижении его впе!
ред (рис. 55, 6) ролики постелен!
но выдвигаются из окон валь<
цовки и, перекатываясь по стенку
трубы, уплотняют и прижимаю!
материал трубы к стенкам очкШ
барабана котла. Вращение вере*
Рис 54. Подвеска барабанов
котла:
а при помощи хомутов; б —
при помощи приваренных к ба-
рабану проушин.
Рис. 55. Схема действия' вальцовки.
тена осуществляется или вручную, или при помощи привода
(пневматического либо электрического).
Диаметр очка, в котором развальцовывается труба, должен
отличаться от наружного диаметра трубы не больше определен-
ной величины (в зависимости от величины диаметра). Размеры
отверстий для труб различных диаметров указаны в табл. 19.
Концы труб до вальцовки должны быть подвергнуты отжигу.
Трубы вставляются в отверстия строго концентрично; ни в коем
случае нельзя допускать попадания масла в зазор между стенкой
трубы и стенкой очка.
160
Таблица 19
Размеры очков для вальцовки труб
Наружный Диа- метр трубы в мм 38,0 51,0 60,0 76,0 83,0 102,0
Наименьший диа- метр очка в мм 38,6 51,7 60,7 76,8 84,0 103,2
Наибольший диа- метр очка в мм 38,9 52,0 61,1^ 77,2 84,4 103,6
При слишком большом давлении роликов на стенку трубы
она, а также стенка очка, могут быть повреждены. В целях пре-
дотвращения таких повреждений употребляют автоматические
вальцовки, выключающиеся при увеличении давления на ролики
сверх допустимого значения.
При монтажных работах весьма широко применяются газовая
и электрическая сварка. К работам по сварке элементов котла, на-
ходящихся под давлением, могут быть допущены лишь сварщики,
имеющие свидетельства о сдаче специального испытания. Для
обеспечения высокой производительности труда сварщиков техно-
логия сварочных работ при монтаже котла должна быть разрабо-
тана заранее.
Все монтажные работы надо выполнять при строгом соблю-
дении требований техники безопасности. В частности, все грузо-
подъемные приспособления — тросы, канаты, цепи и пр.— необ-
ходимо предварительно подвергнуть проверке и испытанию. По
окончании монтажных работ, после проверки правильности их
выполнения производится обмуровка котла.
Обмуровкой называется кирпичная кладка
наружных и внутренних стен, а также газохо-
дов котла. Назначение обмуровки состоит в создании усло-
вий для лучшей отдачи тепла от дымовых газов поверхностям
нагрева, а также в предохранении котла от наружного охлажде-
ния и присосов наружного воздуха в газоходы. Обмуровку котла
нередко покрывают снаружи обшивкой из листовой стали.
Внутренняя кладка газоходов котла в местах, где темпера-
тура превышает 600°С, выполняется из шамотного огне-
упорного кирпича. Этот кирпич изготовляют из предва-
рительно обожженной огнеупорной глины, перемолотой в поро-
шок и смешанной с сырой огнеупорной глиной. Из этой смеси
делают кирпичи, подвергающиеся обжигу. ♦
В зависимости от степени огнеупорности шамотный кирпич
выпускается трех различных классов:
кирпич класса А имеет огнеупорность не ниже 1730°
» » Б » » » » 1670°
____ » В » » » » 1580°
11 Зак. № 2043
161
Раствор, на котором выкладывается кладка из шамотного
кирпича, подбирается так, чтобы он был одинаков по химиче-
скому составу (по содержанию SiO2, А12О3 и СаО) с кирпичом;
раствор приготовляется из огнеупорной глины с примесью моло-
того шамота.
Гжельский кирпич изготовляется из тугоплавкой
глины и характеризуется огнеупорностью не ниже 1400° для пер-
вого сорта и не ниже 1300° С — для второго сорта.
Красный обыкновенный кирпич применяется для
наружной кладки стен, обмуровки топки и тех мест газоходов,
где температура не превышает 600° С.
Размеры кирпичей даны в табл. 20.
Таблица 20
Размеры кирпичей, применяемых для обмуровки отопительно-
производственных котлов
Сорт кирпича Размеры в мм Примерный вес 1 шт. в кг
Шамотный: класс А класс Б и В Гжельский Красный 250 X 123 X 65 230 X 113X65 (малый размер) 230 ХИЗХ65 250 X 120 X,65; 3,3 3,1 2,9 3,5—3,6
Кирпичная обмуровка котла делается толщиной в 7г; 1; 17г;
2 и 272 кирпича. Особое внимание должно быть обращено на
толщину швов. У кладки шамотного кирпича она не должна пре-
вышать 3 мм, у кладки красного кирпича — 5 мм.
Можно считать, что в 1 м3 кладки обмуровки содержится
кирпича: шамотного — 480 шт. (большого размера), гжель-
ского — 570 шт. и красного — 470 шт.
Сушить вновь выложенную обмуровку надо медленно, под-
нимая температуру постепенно. Этим обеспечивается увеличение
срока службы обмуровки.
В обмуровке закрепляется так называемая гарнитура
котла, которая представляет собой устройства, предназначен-
ные для обслуживания и контроля работы газоходов.
К гарнитуре относятся лазы, состоящие из чугунной рамы
и дверки, размером не менее 400 X 450 мм. Лазы монтируются
в обмуровке котла в целях обеспечения возможности очистки и
осмотра газоходов. Лазы, которыми приходится пользоваться
редко, целесообразно закладывать с внутренней стороны кирпич-
ной кладкой насухо (в целях предотвращения присоса воздуха).
К гарнитуре котла причисляются гляделки (глазки) для
наблюдения за работой топки и элементов котла, заслонки
для регулирования тяги и отключения газохбда, встречающиеся
162
как поворотного, так и подъемного типа, и обдувочные
устройства, служащие для очистки поверхностей нагрева
котла от золы при помощи пара или сжатого воздуха.
В качестве примера ниже описывается порядок проведения
монтажа водогрейного котла системы инж. Н. Н. Ревокатова,
изображенного на рис. 48 (см. стр. 145).
Одним из преимуществ этого котла является то, что для его
монтажа не требуется специальная площадка. Монтаж начи-
нается с разметки котлована под котел, канал воздуховода и ды-
мовой боров. После рытья котлована сооружается подушка тол-
щиной 150 мм из тощего бетона на кирпичном щебне. Если грун-
товые воды залегают близко от поверхности будущего пола
котельной, на бетонную подушку накладывают гидроизоляцион-
ный слой из соответствующих материалов.
На бетонную плиту устанавливают каркас котла, состоящий
из угольников размерами 80 X 80 X 8 мм. К вертикальным
угольникам каркаса присоединяют на болтах фронтовые и золь-
никовые плиты; после этого каркас выверяют и в необходимых
местах сваривают.
Затем приступают к обмуровке котла. Сперва ведут кладку
из красного кирпича на глиняном растворе до уровня пола ко-
тельной, затем укладывают подколосниковые балки, а кладку вы-
водят дальше до отметки установки секций котла. Футеровка
топки из огнеупорного кирпича при этом осуществляется в пере-
вязку с кладкой из красного кирпича.
После этого кладка должна выстояться в течение двух-трех
дней; в это время ведется кладка дымоходов и воздушных ка-
налов.
Для подъема котла следует подготовить и надлежащим обра-
зом укрепить соответствующие грузоподъемные механизмы,
чтобы подъем велся с возможно малой затратой физического
труда и времени и был совершенно безопасен.
Подъем котла на верхнюю часть обмуровки может быть вы-
полнен или отдельными секциями или в собранном виде по поло-
винам котла. Секции стягивают болтами. Затем производится
монтаж арматуры и гарнитуры котла.
Собранные секции подвергают гидравлическому испытанию
пробным давлением в 10 ати.
В места соприкосновения секций с обмуровкой закладывают
асбестовый картон..
После окончания монтажа котел, заполненный водой, сушат
на слабом огне в течение не менее двух суток,
\ I Арматура паровых котлов
Арматурой называются устройства и приборы, служащие
для управления работой парового котла и для обеспечения
безопасности эксплуатации его элементов, находящихся под
давлением.
11*
163
Часть арматуры, обеспечивающая безопасность эксплуатации
котла, является обязательной по правилам Котлонадзора. Экс-
плуатация котла, не снабженного этой арматурой, не допускается.
К такой обязательной арматуре относятся: водоуказательные
приборы, манометры, предохранительные клапаны, обратные пи-
тательные клапаны, питательные запорные вентили, спускная
арматура, паровые запорные вентили. Остальная арматура котла
предназначается для
Рис. 56. Цилиндрическое
водомерное стекло:
1— стекло; 2— паровой кран;
3 — водяной кран; 4 — про-
дувочный кран; 5—сальники.
улучшения его обслуживания.
Водоуказательные приборы
устанавливаются для контроля и наблю-
дения за уровнем воды в барабане котла.
В качестве водоуказательных приборов
у отопительно-производственных котлов
применяют водоуказательные стекла и
пробные краны.
Водоуказательное или водомерное
стекло (рис. 56) присоединяется к во-
дяному и паровому пространствам котла
и по закону сообщающихся сосудов пока-
зывает уровень воды в барабане котла.
Нормальный уровень воды в барабане
котла во время его эксплуатации не дол-
жен опускаться ниже так называемого
«наинизшего» уровня. Этот уровень нахо-
дится на 100 мм выше «огневой линии»,
ограничивающей поверхность нагрева кот-
ла, омываемую горячими газами. Нижний
допускаемый уровень указывается метал-
лической стрелкой, прикрепленной к рам-
ке водомерного стекла. С другой стороны,
уровень воды в барабане не должен под-
ниматься выше некоторого верхнего допу-
скаемого предела, при котором возможно попадание воды вместе
с паром в паропровод котла.
Водомерное стекЛо снабжается тремя кранами: паровым, во-
дяным и продувочным. Для того чтобы продуть паровую соеди-
нительную трубку водомерного стекла, нужно* закрыть водяной и
открыть продувочный краны. Для продувки водяной соединитель-
ной трубки закрывают паровой и открывают продувочный краны.
Чтобы защитить персонал от действия пара и осколков в случае
разрыва водомерного стекла, оно снабжается предохранительным
приспособлением, состоящим из толстого полуцилиндрического
стекла с залитой в нем металлической сеткой.
Иногда в качестве водомерного стекла используется плоское
стекло специального профиля (рис. 57). Это стекло не нуждается
в каких-либо предохранительных приспособлениях, так как при
164
Рис. 57.
Плоское
водомерное
стекло.
повреждении оно не разбивается на куски, а последние не раз-
брасываются из рамки.
Согласно правилам Котлонадзора, для наблюдения за уров-
нем воды на барабане котла должно быть установлено не менее
двух водомерных стекол. У небольших котлов вто-
рое водомерное стекло можно заменять двумя
водопробными кранами. Один из них присоеди-
няется к барабану котла на высоте наинизшего
допускаемого уровня воды, другой — на высоте
наивысшего допускаемого уровня. Если из откры-
того водопробного крана действующего парового
котла выходит широкой струей жидкость молоч-
ного цвета, то это указывает, что на уровне крана
в барабане находится вода. Если из открытого
крана будет выходить прозрачная узкая струя,
то это показывает, что на уровне крана в бара-
бане котла находится пар. Кочегар обязан проду-
вать водопробные краны два-три раза в смену.
Водопробные краны устраиваются так. чтобы
их можно было прочистить прямой стальной про-
волокой.
В котлах с высоко расположенными верхними
барабанами применяются сниженные указатели
уровня специальной конструкции, передающие
показания положения уровня к рабочему месту
кочегара.
Манометры служат для измерения избы-
точного давления пара или воды в котле и при-
меняются двух типов: трубчатые и пластинчатые.
Трубчатый манометр (рис. 58) имеет изогнутую овального
сечения полую трубку /, которая одним своим концом сообщается
с камерой 2. Другой закрытый конец трубки при помощи тяг свя-
зан с зубчатым сектором 3, вращающимся вокруг оси. С этим
сектором находится в зацеплении зубчатое колесико, на оси кото-
рого насажена стрелка 5 манометра, указывающая на шкале ве-
личину давления пара. Манометр присоединяется к барабану
котла посредством изогнутой сифонной трубки б, эта трубка
вследствие конденсации в -ней пара всегда заполнена водой. Та-
ким образом, на трубчатую пружину 1 манометра воздействует
не горячий пар, а охлажденная вода. Это предохраняет пружину
от порчи и температурных деформаций. При увеличении давле-
ния трубка деформируется, причем радиус кривизны ее сечения
уменьшается, а сама трубка выпрямляется. В результате стрелка
манометра будет передвигаться по направлению движения часо-
вой^ стрелки. Чем больше давление внутри трубки, тем больше
будет перемещение свободного конца трубки и стрелки мано-
метра. При уменьшении давления пара трубка будет сгибаться,
165
а стрелка 5 под действием пружины 4 двигаться направлении,
обратном направлению движения часовой стрелки.
На шкале манометра наносятся деления, соответствующие
величине давления пара.
У плас т и н ч а т ого манометра вместо трубчатой пружины
имеется стальная пластинка- мембрана, которая с одной сто
роны сообщается с атмосферой, а с другой с паровым про-
Трубчатый манометр.
странством котла. Под действием разности давлений пластинка
прогибается и посредством связанных с нею рычажков поворачи-
вает стрелку манометра.
Наивысшее рабочее давление пара отмечается на шкале ма-
нометра красной чертой.
Манометр присоединяется к сифонной трубке обязательно при
помощи трехходового крана с фланцем диаметром 38 мм
(рис. 59). Этот фланец предназначен для укрепления контроль-
ного манометра. Пробк? крана имеет два канала, положение
которых указывается рисками, нанесенными на переднем торце
пробки. Трехходовой крап может быть в следующих положениях
(рис. 59, в) 1 — рабочее положение манометра; 2 — положение
при продувке манометра; 3 — положение при продувке сифонной
трубки; 4 — положение при проверке контрольным манометром
прав явности показания рабочего манометра.
1Манометр котла должен иметь шкалу; предельное давление
шкале манометра должно быть на 2 атм больше гидравличе-
ского '[явления, которому подвергается котел при испытании.
Не реже одного раза в год должна производиться проверка
исправности всех манометров с опломбированием их в организа-
циях Главного управления по делам мер и измерительных при-
боров.
Фланец для
контрольного
Пробка кран о
Рис. 59. Трехходовой кран манометра:
собранно?, виде; б — кран в разобранном виде; в — четыре
положения крана.
Предохраните л ь и ы е л а п а и ы служат для авто-
матического выпуска пара из котла в атмосферу при повышении
давления пара сверх допустимой, разрешенной величины.
Предохранительные клапаны применяются двух типов: ры-
чажные и пружинные. Стационарные котлы снабжаются рычаж-
ными предохранительными клапанами, число которых не должно
быть меньше двух. Один из установленных предохранительных
клапанов должен быть контрольным, для чего он снабжается ко-
жухом с откидной крышкой, запирающейся на замок (рис. 60).
Проверить действие этого 'лапана можно только при помощи
цепочки. Диаметр клапанов рассчитывается согласно требова-
ниям правил Котлонадзора.
Рычажные предохранительные клапаны могут быть с малым
тъемом, равным ’Ли диаметра клапана, пли большим подъ-
емом, равным ’/-i диаметра клапана (рис. 61).
Положение груза на рычаге клапана должно быть отрегули-
ровано таким образом, чтобы клапан открывался при давлении
пара, величина которого приведена в табл. 21.
Для безопасного выпуска пара в атмосферу к боковому
фланцу клапана присоединяют трубу, которую выводят выше
крыши котельной.
Рис. 60. Контрольный предохранительный клапан:
Надо помнить, что предохранительный клапан, кроме основ-
ной, предохранительной, функции, выполняет задачу сигнализации
и контроля. Предохранительные функции клапана заключаются
в том, что он выпускает в атмосферу некоторое количество пара
и тем самым предохра-
Рис. 61. Рычажный предохранительный
клапан с большим подъемом.
няет котел от опасного по-
вышения в нем давления.
Кроме того, выпуском па-
ра в атмосферу предохра-
нительный клапан сигна-
лизирует персоналу ко-
тельной об опасности ро-
ста давления в котле, а
также контролирует пока-
зания манометра.
Проверка исправности
предохранительных кла-
панов должна произво-
* диться не реже одного
раза в смену. Для проверки исправности действия предохрани-
тельного клапана следует его рычаг слегка приподнять легким
нажатием пальцами руки. Для проверки контрольного клапана
служит металлическая цепочка, присоединенная к концу рычага
клапана и пропущенная через кожух.
Непосредственно к барабану котла или к прикрепленному
к нему штуцеру питательной линии устанавливается питательный
запорный вентиль, к которому присоединяется пита-
тельный обратный клапан (рйс. 62). Вода в пита-
тельный клапан должна поступать под его тарелку а. Если подача
168
Таблица 21
Давление при начале открытия предохранительного клапана
1 Рабочее давление котла Рк в ати Давление при’начале открытия предохранительных клапанов в ати
контрольные клапаны рабочие клапаны
До 7 Р^+0.2 /\ + 0,2
От 7 до 13 Рж + 0,2 Рк’ + 0,3
Свыше 13 1.03 рк 1,05
воды в котел происходит непрерывно, тарелка обратного клапана
находится в поднятом положении. При пульсирующей подаче воды,
как это бывает при работе поршневого питательного насоса, та-
релка обратного клапана
во время хода нагнетания
насоса поднимается, а во
время хода всасывания
под давлением пара в кот-
ле опускается. Обратный
клапан предохраняет от
возможности обратного
движения воды из котла
в питательный трубопро-
Рис. 62. Питательный обратный клапан.
вод в момент остановки
насоса или в случае раз-
рыва трубопровода.
Спускная арматура служит для продувки котла и
спуска из него воды; она устанавливается на продувочных ли-
ниях непосредственно у котла и у нижних коллекторов экранов.
Применение npoj5KOBbix кранов на спускных и продувочные
X линиях вновь }^ащу^ив^е^ запрещается. При откры-
тии такого крана его пробка _ нагревается сильнее, чем корпус,
и может заклиниться. Наиболее рационально устанавливать на
\> продУТОЭДо!Г^лш{ии спускные вентили с прямым проходом проду-
вочной воды. У котлов, работающих при давлении свыше 8 ати,
за спускным вентилем должен быть установлен второй дополни-
тельный запорный- вентиль, которым пользуются в случае неплот-
ного закрытия спускного приспособления.
От каждого котла прокладывается самостоятельная спускная
линия до общей продувочной магистрали котельной. На спуск-
ных линиях никаких запорных органов, кроме указанной выше
спускной арматуры, не ставят.
Парозапорные органы (задвижки, клапаны, вен-
тили) предназначены для отключения котла от паровой маги-
страли. Они присоединяются непосредственно к котлу или к его
169
патрубку. Открывать и закрывать запорные клапаны и задвижки
следует медленно и постепенно.
К категории арматуры котла относятся также автомати-
ческие регуляторы питания, воздействующие на за-
движки питательной линии котлов и автоматически поддержи-
вающие уровень воды в барабане котла в соответствии с его
нагрузкой. В Советском Союзе применяются достаточно надеж-
ные автоматические регуляторы питания (например, регуляторы
системы лауреата Сталинской премии инженера Трубкина), ос-
вобождающие персонал от обязанности регулирования подачи
воды в котел и обеспечивающие экономичную и безопасную экс-
плуатацию установок.
Требования, предъявляемые к арматуре паровых котлов с
давлением пара, не превышающим 0,7 ати, несколько понижены.
Эти котлы должны иметь: водомерные стекла (для чу-
гунных котлов допускается постановка только одного стекла),
манометр, питательные клапаны, спускную ар-
матуру и парозапорные вентили. Присоединяется
эта арматура к котлу так же, как и к котлам более высокого
давления.
Предохранительным устройством у паровых
котлов с давлением пара не свыше 0,7 ати служит выкидное при-
способление (гидравлический затвор), показанное в правой части
рис. 47 (см. стр. 144). Это приспособление выполняется так,
чтобы давление пара в котле не могло превысить рабочее давле-
ние более, чем на 0,1 атм. Труба Di присоединена к участку паро-
провода, расположенному между котлом и парозапорным венти-
лем. Между котлом и предохранительным устройством, а также
на самом этом устройстве, не допускается установка каких-либо
запорных приспособлений.
Труба D2 соединяет верхний бак с нижним коллектором и
имеет высоту, равную:
Я=Юр + 1 м,
где р — давление пара в котле, выраженное в ати.
При отсутствии давления пара в котле выкидное устройство
заполняется водой до уровня h\ 0,56 Н. Вода в трубах D} и D2
создает водяной затвор. При наличии давления пара в котле уро-
вень воды в трубах D? и D3 будет выше, чем в трубе Db При по-
вышении давления пара сверх допустимого вода в трубе будет
вытеснена паром, водяной затвор нарушится, пар попадет в
трубу D3 и выйдет наружу через верхний бак и трубу Dr, вслед-
ствие этого давление в котле снизится. Для предохранения лю-
дей от ожогов паром и водой, выбрасываемыми из трубы D4,
последняя ограждается или отводится в безопасное место, на-
пример, в дымовую трубу. Вода, выброшенная из трубы D3., воз-
вращается из верхнего бака в затвор по трубе D2,
170
После снижения давления пара действие водяного (гидравли-
ческого) затвора восстанавливается. Диаметр трубы Ь4 обычно
принимается равным 17/'; диаметры остальных труб (Рь^2иРз)
установлены правилами Котлонадзора Министерства коммуналь-
ного хозяйства РСФСР, утвержденными 18 января 1950 г., и
приведены в табл. 22.
Таблица 22
Минимальные диаметры труб предохранительных выкидных
приспособлений паровых котлов
В тех случаях, когда вследствие недостаточности высоты по-
мещения котельной или невозможности устройства прия-мка
нельзя выполнить гидравлический затвор необходимой высоты,
применяют специальный петлеобразный затвор, имеющий неболь-
шие габариты по высоте.
Арматура водогрейных котлов
Водогрейные котлы, работающие с температурой воды до
115° С, должны иметь предохранительные устройства, термо-
метры, манометры- и задвижки.
В качестве предохранительных устройств у водогрейных кот-
лов применяются предохранительные клапаны и предохранитель-
ные линии.
Каждый водогрейный котел должен иметь, как правило, не
менее двух предохранительных клапанов, из которых один дол-
жен быть контрольным и находиться в кожухе, запирающемся на
замок.
Грузы предохранительных клапанов, а также сами клапаны,
должны быть рассчитаны и отрегулированы так, чтобы давление
в котле не могло подняться более чем на 0,2 ати сверх макси-
мально возможного, давления, создаваемого статическим и дина-
мическим напорами воды.
В том случае, когда на водяной линии от задвижки у котла
до расширительного бака отсутствуют другие задвижки, вместо
одного из предохранительных клапанов допускается устройство
предохранительной линии — обвода с обратным клапаном,—
включенной в магистраль до и после задвижки котла.
Термометры со шкалой до 130° вставляются в гильзы
трубопроводов на входе и выходе воды из котла. Если в котель-
171
Рис. 63. Установка топочного
и дифференциального тягомеров:
/ — топка; 2 — котел; 3 — шибер; 4 — боров.
Для учета количества воды и
ной установлено больше двух котлов, следует, кроме того, из-
мерять температуру воды на общей подающей и обратной линиях.
В том случае, когда система работает с естественной циркуляцией,
на котле или между котлом и задвижкой на линии горячей воды
должен быть установлен манометр. Если циркуляция в системе
осуществляется принудительно при помощи насоса, манометр
ставится перед насосом и после него.
Задвижки у водогрейных котлов размещают в начале
подающей линии, а также на обратной линии. Кроме того, водо-
грейный котел снабжают за-
движкой или вентилем для
спуска воды и грязи.
Контрольно-измерительные
приборы
Одним из наиболее суще-
ственных условий правиль-
ной эксплуатации котельной
установки является четкий
учет и контроль на всех
звеньях технологического
процесса.
Во-первых, должен быть
правильно организован учет
топлива. Для этого котель-
ная должна иметь регулярно
проверяемые весы. Все топ-
ливо, потребляемое котель-
ной, необходимо взвешивать;
измерение расхода топлива
по объему допускать нельзя,
даже в небольших котель-
ных.
iapa устанавливают водо-
меры и паромеры, показания которых следует система-
тически записывать в журнал котельной. Опыт показывает, что
даже в малых котельных персонал успешно осваивает уход за
измерительными приборами. Установку приборов для учета рас-
хода пара и воды следует -считать обязательной для всех ко-
тельных.
Кроме измерения температуры питательной воды и пара, не-
обходимо контролировать температуру дымовых газов за котлом.
Для этой цели применяются термоэлектрические пи-
рометры.
Весьма целесообразно оборудовать котельную автомати-
ческими газоанализаторами для контроля содер-
жания RO2 за котлом и в целях премирования персонала
172
соблюдение экономического режима горения. Если установка
автоматических газоанализаторов по каким-либо причинам за-
труднительна, следует применять ручные химические газоанали-
заторы, пользование которыми безусловно доступно каждому.
Необходимо также оснастить котлы тягомерами (рис. 63),
по показаниям которых можно судить о газовом сопротивлении
котла. Это сопротивление возрастает при засорении газоходов,
при увеличении нагрузки, а также при возрастании избытка воз-
духа. Таким образом, располагая измерительными приборами,
персонал может судить о режиме работы котла.
Для осуществления теплового контроля за работой котельной
установки нужно добиться исправной работы контрольно-измери-
тельных приборов и систематической обработки их показаний. На
основании системы контроля и учета может быть введена пре-
миальная система оплаты персонала за экономию топлива. Сле-
дует ежедневно w заполнять доску показателей работы смен за
истекшие сутки. Крайне важно систематически обсуждать на
производственных совещаниях результаты работы соревнующихся
смен.
Эксплуатация котлов
Эксплуатация котлов должна осуществляться с обязательным
соблюдением правил техники безопасности, правил обслуживания
котельных установок и инструкций о правах и обязанностях пер-
сонала. Соблюдение этих правил и инструкций является необхо-
димым условием для безаварийной, надежной и экономичной
работы.
Персонал котельной установки должен хорошо знать свои
права и обязанности, а также эксплуатационные инструкции по
обслуживанию оборудования. Руководящий персонал котельной
установки обязан регулярно проверять знания обслуживающего
персонала и непрестанно заботиться о повышении квалификации
всех работников. Следует непрерывно развивать и поддерживать
рационализаторскую и изобретательскую деятельность рабочих и
инженерно-технических работников, проводить в жизнь органи-
зационно-технические мероприятия, обобщающие опыт новаторов
и способствующие повышению технического уровня оснащения и
эксплуатации установки.
Немаловажное значение имеет обучение эксплуатационного
персонала ремонтным операциям, чтобы он мог принимать уча-
стие в проведении ремонта обслуживаемого им оборудования в
порядке совмещения профессий.
На видном месте должен быть вывешен утвержденный
годовой график планово-предупредительного
ремонта оборудования с указанием сроков проведения
работ и их объема.
73
Вопросы устройства и эксплуатации котельных установок ре* |
гламентируются правилами Котлонадзора, которые подразделяют,’
котлы, в зависимости от параметров теплоносителя, на две ка- ;
тегории: а) паровые котлы с давлением пара свыше 0,7 ати и <
водогрейные котлы с температурой нагретой воды свыше 115°; :
б) паровые котлы с давлением пара не свыше 0,7 ати и водо-
грейные котлы с температурой нагретой воды не свыше 115°.
Правила Котлонадзора, относящиеся к котлам группы ‘a), {
утверждены Министерством коммунального хозяйства РСФСР ;
5 июля 1950 г., а относящиеся к котлам группы б)— 18 января !
1950 г. Эти правила распространяются на все установки, имею- •
щие указанные выше параметры, и обязательны при проектиро- \
вании новых установок, а также при их эксплуатации.
Для установки и эксплуатации паровых и водогрейных кот- ’
лов в жилых зданиях или на предприятиях коммунального хозяй-
ства требуется получить предварительно разрешение от инспекции ’
Котлонадзора, которая регистрирует установку котлов и произ- 1
водит их освидетельствование и гидравлические испытания. 1
.Для записей результатов освидетельствования на каждый ко- |
тел ведется шнуровая книга установленной формы. В виде исклю-
чения для отопительных котельных с разрешения инспекции Кот- 1
лонадзора допускается иметь одну шнуровую книгу на несколько
(до пяти) котлов.
Инспекция Котлонадзора проводит следующие очередные
освидетельствования котлов:
а) наружный осмотр котла без прекращения его ра-
боты — не реже одного раза в год с целью проверки состояния
топки, наружных частей котла, арматуры, питательных устройств,
а также контроля знаний обслуживающим персоналом своих
обязанностей;
___ б) внутренний осмотр котла — не реже одного раза
в три года. Для внутреннего осмотра котел освобождается от
воды, очищается от накипи, грязи, золы и сажи и надежно от-
ключается заглушками от других работающих котлов. При внут-
реннем осмотре производится тщательное выяснение состояния
стенок и всякого рода соединений котла как с внутренней его
стороны, так и с наружной. В том случае, когда по своей кон-
струкции котел недоступен для внутреннего освидетельствования,
последнее заменяется гидравлическим испытанием;
в) гидравлическое испытание в совокупности с
внутренним осмотром котла — не реже одного раза в шесть лет.
Гидравлическое испытание производится пробным давлением
воды, для чего котел, из которого предварительно выпускается
воздух, полностью заполняется водой. При "гидравлическом испы-
тании на котле должна быть установлена вся полагающаяся ар-
матура. По требованию инспектора Котлонадзора котел частично
или полностью оголяют от обмуровки и изоляции. Пробное давле-
174 "
ние воды выдерживается в течение пяти минут согласно нормам,
указанным в табл. 23.
Таблица 23
Пробное давление при гидравлическом испытании котлов
(Рраб— рабочее давление в котле в ати)
Система котла
Величина пробного давления
Паровой котел:
с Рраб свыше 5 ати
Рраб более 0,7 ати, но не свы-
ше 5 ати . .
с Рраб не свыше 0,7 ати
Водогрейный чугунный котел
Водогрейный стальной котел
Отключаемый водяной .экономайзер
l>25Ppfldt но не менее Рраб-\3атм
1£Рраб> н0 не менее 3 ати
3 ати
2Ррабг но не менее 4 ати и не бо-
^лее 6 ати
Рраб~\-3 атм, но не менее 6 ати
1,25Рраб+р атм
Котел считается выдержавшим испытание, если пробное дав-
ление, измеряемое контрольным манометром, не снижается в
течение всего времени испытания и если последующий осмотр
наружных поверхностей котла, находящегося под рабочим дав-
лением воды, не выявит каких-либо деформаций, трещин и течи.
Результаты освидетельствований котла заносят в котловую
книгу.
В особых случаях проводятся внеочередные или досрочные
гидравлические испытания и внутренние осмотры котла.
Перед растопкой котла обязательно проверяется исправность
всех предохранительных и питательных устройств, а также кон-
трольно-измерительных приборов; должно быть проверено и на-
личие воды в котле.
Если котел работает на газовом топливе, то перед растопкой
необходимо тщательно в течение 15 мин. (не менее) провенти-
лировать газоходы, пользуясь тяговыми устройствами котла. Если
произойдет обрыв (погасание) горящего факела, следует закрыть
доступ газа к горелке, провентилировать газоходы и затем вновь
растопить котел.
Обслуживание котлов может быть поручено кочегару (истоп-
нику) в возрасте не моложе 18 лет, прошедшему медицинское
освидетельствование и имеющему свидетельство о сдаче экзамена
квалификационной комиссии с участием представителя инспекции
Котлонадзора. При обслуживании паровых котлов в смене дол-
жно быть не менее двух кочегаров; таким же должно быть ко-
175
Лйчество истопников При обслуживании водогрейных котлов, ра-
ботающих на газе. Если в котельной с водогрейными котлами
работает в смене только один истопник, должна быть предусмот-
рена возможность его немедленной замены в случае надобности.
Кочегар или истопник не имеет права оставлять котел без над-
зора и отлучаться из котельной при наличии в топке огня. На
видном месте в котельной должны быть вывешены правила для
кочегаров и правила внутреннего распорядка.
Кочегар обязан немедленно остановить паровой котел и уда-
лить топливо из топки в следующих случаях:
а) при упуске воды ниже наинизшего допустимого уровня
воды по водомерному стеклу;
б) в случае прекращения действия всех питательных при-
боров;
в) при возрастании давления в котле выше рабочего давле-
ния, если оно продолжает расти, несмотря на уменьшение тяги
и дутья и усиление питания котла водой;
г) при повреждении или выходе из строя всех водоуказатель-
ных приборов или всех предохранительных клапанов;
д) при перекачке воды выше водомерного стекла;
е) при обнаружении у котла отдулины, трещины или течи;
ж) при разрушении кладки или ненормальном’ нагреве кар-
каса;
з) при горении топлива в газоходах хвостовой части котла
или взрыве газов в дымоходах.
Аварийная остановка водогрейного котла должна произво-
диться истопником в следующих случаях: а) если температура
воды в котле или давление в системе резко повышается^- не-
смотря на уменьшение тяги и прекращение подачи воздуха в
топку; б) в случае, когда при подпитке системы долго не появ-
ляется вода из сигнальной трубки расширителя; в) если будет
обнаружено повреждение котла с сильной утечкой воды из места
повреждения; г) при взрыве газов в дымоходах.
При остановке парового или водогрейного котла на продолжи-
тельное время (например, на летний период после окончания ото-
пительного сезона) следует спустить воду, тщательно очистить
дымоходы и наружную поверхность котла от золы и сажи,
а внутреннюю поверхность — от накипи, заполнить котлы до
верха водой и прогреть ее до 80° С в целях удаления воздуха
через воздушные краны, после чего плотно закрыть все люки.
Для длительной консервации котла его поверхность необхо-
димо тщательно очистить от накипи и сажи и окрасить с .обеих
сторон — наружной и внутренней — суриком, разведенным на
олифе. При наличии у котла стальных барабанов в них следует
поместить противни из оцинкованной стали с негашеной известью;
все люки и вентили котла после этого следует наглухо закрыть.
176
Автоматизация котельных установок
Автоматизация работы котельных установок в СССР осуще-
ствляется в широких масштабах.
Преимущества автоматизированных установок заключаются
в повышении экономичности и надежности их работы, в сокра-
щении штата и облегчении труда обслуживающего персонала.
В котельных установках, кроме автоматизации питания котлов
водой, важное значение имеет автоматизация процесса
горения топлива.
Рис. 64. Автоматическое устройство для регулирования температуры
воды в котле.
При автоматизации парового котла импульсом, воздействую-
щим на главный регулятор, является давление пара. При уста-
новившемся режиме работы топки в случае роста нагрузки котла
давление пара несколько снижается, а при падении нагрузки
котла — повышается. Главный регулятор посылает при помощи
пневматических или гидравлических устройств командные им-
пульсы одновременно на регуляторы топлива и воздуха. В соот-
ветствии с нагрузкой котла эти регуляторы изменяют количество
подаваемого топлива и воздуха, необходимого для его горения.
Для того чтобы после изменения нагрузки восстановилось
равновесие в системе регулирования, регуляторы топлива и воз-
духа снабжаются так называемыми обратными связями,
которые ограничивают ход регулирования при достижении тре-
буемого соответствия между нагрузкой котла и расходом топлива
и воздуха. Регуляторы тяги устанавливают требуемое положение
12 Зак. № 2043
177
дымовой задвижки; они получают импульс от разрежения в той
почной камере. j
Внедрение хотя бы простейших автоматических устройств
отопительных котлах создает возможность сокращения количества!
обслуживающего персонала и значительного улучшения условий
надежной и экономичной работы котлов; поэтому такие устройЗ
ства должны найти широкое рас*1
пространение в отопительных ко*,
тельных.
В качестве примера1 подобны^
автоматических устройств ниже
рассмотрены регуляторы темпера-
туры воды в котле и устрой-
ства, обеспечивающие непрерыв-
ную циркуляцию воды Через котел.
Автоматическое уст-
ройство по устранению
перегрева воды в котле
(рис. 64) состоит из герметиче-
ского стакана 1, заполненного
легко испаряющимся жидким аце-
тоном (С3Н6О), металлических
мехов (сильфона) 2, штока 3, свя-
занного с этими мехами, рычага 5
с грузом 4, находящимся в по-
ложении, установленном при регу-
лировке. В том случае, когда тем-
пература воды в котле по тем или
иным причинам превзойдет^ уста-
новленную величину, часть ацето-
на в стакане 1 испаряется, силь-
фон 2 сжимается, шток 3 подни-
мается. В результате этого опу-
стится левый конец рычага 5, ко-
Рис. 65. Мембранный
исполнительный механизм.
торый при помощи троса и свя-
занного с ним механизма произведет прикрытие дверцы или за-
движки, регулирующей подачу воздуха в топку. В связи с сокра-
щением поступления воздуха в топку уменьшится интенсивность
горения топлива и тепловыделения в топке, в результате чего
температура воды в котле снизится.
На рычаге 5 нанесена Шкала, деления которой указывают
температуру подогретой воды. При установке груза 4 йа опреде-
ленном делении рычага автоматическое устройство поддерживает
в котле температуру, указанную против этого'деления.
Автоматическое устройство, обеспечивающее не-
прерывную циркуляцию воды через водогрейный котел, вступает
в действие в случае временного перерыва в подаче электроэнергии
178
циркуляционным насосам отопительной системы. Остановка цирку-
ляционных насосов может привести к прекращению циркуляции
воды через отопительную систему и котел, что чревато серьез-
ными последствиями из-за
отопительной системы и пе-
регрева воды в котле.
Мембранный исполни-
тельный механизм, устанав-
ливаемый на обводной линии
циркуляционных насосов, по-
казан на рис. 65. Этот меха-
низм представляет собой
двухседельный клапан 1,
соединенный посредством
штока 2 с грибком 3 и мем-
браной 4, которая зажата
между дисками 5 и б. По-
лость над мембраной сооб-
щается с нагнетательным
трубопроводом насоса; по-
лость под мембраной — со
всасывающим патрубком на-
соса. Когда насос находится
в работе, давление над мем-
браной превышает давление
под нею на величину напора,
создаваемого насосом. Это
превышение давления не-
возможности замораживания труб
Рис. 66. Автоматическое устройство,
обеспечивающее непрерывную цирку-
ляцию воды через котел:
/ — мембранный механизм; 2 —насос; 3 —
водомер; 4 — задвижка; 5 — водогрейный
котел.
ляется достаточным для пре-
одоления натяжения пружины 7, вследствие чего клапан 1 при-
жимается к своим гнездам.
Схема всего автоматического устройства показана на рис. 66.
В случае остановки насосов давления воды по обе стороны
мембраны 1 становятся одинаковыми; под воздействием пружины
клапан мембранного механизма отжимается от своих гнезд,
открывая проход воде по обводной линии и обеспечивая, таким
образом, естественную циркуляцию воды через котел 5 и систему
отопления.
12*
ГЛАВА IX
ТОПЛИВОПОДАЧА И ЗОЛОУДАЛЕНИЕ
Склады топлива
Место для склада топлива выбирается в соответствии с рас-
положением котельной и общей планировкой прилегающей к ней
территории. Обычно склад размещается в подвальном этаже
здания или*на поверхности земли. В последнем случае пло-
щадку для склада следует выровнять, обеспечив отвод дождевой
воды. * р л 1
Следует иметь на складе бетонную площадку или настил,
а также навес для защиты топлива от увлажнения. Если котель-
ная расположена в подвале здания, то здесь же допускается раз-
местить склад топлива, отделив его от ,котельной несгораемой
стеной.
Площадь склада твердого топлива определяется по формуле:
S = z- м2, (78)
где: В— расход топлива в к,г)сутки\
z— число суток расхода топлива, на которое рассчиты-
вается запас топлива на складе; обычно принимается
z = 30, т. е. запас топлива на складе должен быть
равен месячному его расходу котельной;
7— насыпной вес топлива в кг/ле3, принимаемый по дан-
ным табл. 24 (см. ниже);
h — высота штабеля топлива на складе в м. приведенная
в той же табл. 24.
При выборе высоты штабеля топлива на складе необходимо
руководствоваться свойствами топлива и в первую очередь его
склонностью к выветриванию и самовозгоранию. Мелкие сорта
топлива с повышенным выходом летучих веществ, а особенно при
повышенном содержании серы, обладают склонностью к самовоз-
горанию при хранении в штабелях, имеющих высоту свыше 1,5 м.
Особенно склонны к самовозгоранию такие виды топлива, как,
например, мелкие сорта подмосковного бурого угля. При хранении
180
такого топлива на складе следует вести систематический контроль
за температурой внутри штабеля. В случае обнаружения повы-
шения температуры угля его перелопачивают; если температура
поднимается до 60°, уголь необходимо убрать со склада и раз-
бросать по площадке с целью охлаждения.
Для того, чтобы предотвратить самовозгорание или снижение
теплотворной способности таких топлив их следует при хранении
правильно штабелевать, с выравниванием поверхности штабелей,
укаткой их катками, заливкой тонким слоем глиняного раствора.
Не следует допускать чрезмерно длительного хранения угля на
складе.
Допускаемые величины максимальной высоты штабеля ука-
заны в табл. 24.
Таблица 24
Насыпной вес и высота штабелей различных топлив
Вид~топлива Насыпной вес топлива в кг!м3 Максималь- ная высота штабеля в м
от—до средний
Дрова 360 ч- 800 4,0
Торф влажный 550 650 4,0
Торф воздушно-сухой 325 ч- 410 — 4,0
Бурый уголь 700-?- 800 750 1,5
Каменный уголь 750 ч- 1000 1000 2,0
Антрацит сортированный 800 ч- 950 900 >4,0
Антрацит АШ 900 ч- 1000 1000 2,5
Склад топлива следует оборудовать механизмами для раз-
грузки и погрузки, выравнивания штабелей и пр. Открытые
склады снабжаются передвижными ленточными транспортерами
и узкоколейными путями для транспортирования топлива в ваго-
нетках. Для обслуживания более крупных складов топлива с ча-
совым расходом угля 20—25 т/час и более целесообразно иметь
грейферный кран или углепогрузочную машину какого-либо дру-
гого типа>
Между открытым расходным складом топлива и зданиями или
сооружениями должны быть выдержаны противопожарные раз-
рывы, величина которых устанавливается в зависимости от
емкости склада и степени огнестойкости здания или сооружения.
Например, разрыв между открытым складом каменного угля
емкостью от 500 до 5000 т и зданием I и II степени огнестойкости
должен быть не менее 8 м, зданием с огнестойкостью III сте-
пени — 10 х, зданием с огнестойкостью IV и V степени— 14 м.
181
Противопожарные разрывы до складов дров необходимо имет^
примерно в два раза больше.
Склады топлива следует оборудовать средствами огнетуше-
ния в соответствии с противопожарными нормами.
Газоснабжение
газа с воздухом при некоторых их соотноше-
взрывоопасной. Например, природный газ,
Смесь горючего
ниях может быть
примешанный к воздуху в количестве от 4 до 15%, образует
взрывчатую смесь. Поэтому к устройствам, служащим Для газо-
снабжения и сжигания газа, предъявляются особые требования
безопасности.
Трубопроводы, подающие горючий газ в котельную, выпол-
няются из стальных бесшовных труб, удовлетворяющих требова-
ниям ГОСТ 301— 41. Особые меры безопасности .принимаются при
устройстве котельных, работающих на газе и расположенных в
жилых или общественных зданиях. Такие котельные могут при-
соединяться только к газовой сети низкого давления (не более
200 мм вод. ст.). На газопроводе перед вводом его в котельную
устанавливается на расстоянии не менее 2 м от ее стены за-
движка. В помещении котельной задвижку или кран ставят перед
счетчиком и перед каждым котлом. Газопровод у котла обо-
рудуют предохранительными устройствами (см. стр. 93).
Газораспределительную и контрольную аппаратуру следует
устанавливать в особом помещении, обеспеченном надежной вен-
тиляцией. В таком помещении искусственное освещение допус-
кается только эдектрическими лампами в специальной взрыво-
безопасной арматуре, а проводка выполняется по правилам,
установленным для помещений, опасных в отношении взрыва.
Курение в таких помещениях запрещается.
Газопровод следует располагать так, чтобы он был доступен
для систематической проверки его состояния. Места возможных
утечек и скоплений газа необходимо хорошо ве^илировать, для
чего устанавливают в случае необходимости устройства, обеспечи-
вающие их искусственную вентиляцию.
Часовой расход газообразного топлива подсчитывается по
формуле:
\нк)
В =--------\ к 1расч
(79)
где: S/У*— суммарная поверхность нагрева котлов в х2;
(-77—) —расчетное теплой апряжение поверхности нагрева
V “к f расч
в ккал/м2 час;
182
QPH—'низшая теплотворная способность газообразного
топлива в ккал/нм3\
—к. п. д. котла, который в среднем может быть при-
нят для отопительных котлов, применяющих газо-
образное топливо, равным ^=0,75.
В соответствии с подсчитанным расходом газа определяются
диаметры газопроводов и размеры всех деталей газовой сети.
Подача твердого топлива
При часовом потреблении топлива котельной, не превышаю-
щем 2000 кг/час, подача его в котельную может осуществляться
вручную с использованием вагонеток, перемещаемых по узкоко-
лейному пути.
Рис. 67. Подача топлива по монорельсовому пути:
1 — моноосльсовый путь; 2—котельная.
При большем часовом потреблении топлива надо предусмат-
ривать механизацию подачи его со склада >в котельную, а в преде-
лах котельной — к отдельным котлам. Чем больше часовой рас-
ход топлива, тем выше должна быть степень механизации топли-
воподачи.
Современные отопительно-производственные котлы работают
с механическими или полумеханическими топками, которые пи-
таются топливом через бункеры, причем последние размещаются
обычно выше уровня колосниковой решетки. Поэтому топливо
при подаче его со склада должно быть поднято в бункеры котлов
на отметку выше уровня земли. Вполне целесообразно осуще-
ствить подачу топлива со склада к котлам при помощи моно-
рельсового пути, как это показано на рис, 67.
183
Рис. 68. Подача топлива ски-
повым, подъемником и шнеками.
Рис. 69. Подъем узкоколейных вагонеток по наклонной эстакаде:
J — электрическая лебедка; 2 —вагонетка; 3~ ловители на случай обрыва троса;
4 — весы вагонеточные; 5— противовес; 6 — наклонная эстакада; 7— пути; в—'бун-
керная галерея; 9 — помещение для лебедок; 10 — помещение для противовеса.
.184
В Ътом ,случае над складом топлива, имеющим траншеи глу-
биной до 3 м, устраивается монорельсовый путь, по которому пе-
ремешается тележка с грейфером. Монорельсовый путь крепится
к колоннам на высоте, определяемой положением бункеров кот-
лов. Тележка транспортирует ковш грейфера, заполненный на
складе топливом, непосредственно к бункерам котлов, где грейфер
разгружается. Передвижение тележки, а также подъем и опуска-
ние грейфера осуществляются электродвигателями, управляе-
мыми с земли при помощи опускающихся вниз тросиков. При
большой производительности углеподачи тележкой управляет
машинист из кабины, пристроенной к тележке.
На рис. 68 показана подача угля к бункерам при помощи ски-
пового подъемника и шнеков. Уголь со склада подвозится к подъ-
емнику в вагонетках 4 по узкоколейному пути, разгружается в
скип подъемника /, затем поднимается и ссыпается в бункер 3,
откуда шнеками 2 распределяется по бункерам отдельных кот-
лов. Скиповый подъемник приводится в движение при помоши
лебедки 5.
На рис. 69 показана топливоподача, осуществляемая путем
подъема вагонеток по наклонной эстакаде при помощи электри-
ческой лебедки. Такая схема топливоподачи пригодна при пере-
мещении топлива на высоту до 10—25 м.
Систему топливоподачи выбирают в каждом отдельном слу-
чае с учетом местных условий и производительности котельной
vct3hobkh. f
\ / Золоудаление
Устройства золоудаления служат для уборки шлака, остаю-
щегося в топке котла после сгорания топлива, а также летучей
золы и уноса топлива, осевших в газоходах и боровах.
Если унос топлива имеет теплотворную способность выше
1800—2000 ккал/кг, то его весьма целесообразно возвращать
в топку для дожигания; таким образом достигают уменьшения
потерь тепла в котельной установке.
В отопительно-производственных котельных применяется руч-
ное, пневматическое или механическое шлако- и золоудаление.
Ручной способ удаления шлака и золы можно
считать удовлетворительным только в небольших котельных уста-
новках с количеством шлака и золы, не превышающим 200—
300 кг/час. Шлак и золу перед их выгрузкой из шлакового бун-
кера котла заливают водой, после чего вывозят из котельной
вручную в вагонетках по узкоколейному пути.
Если шлак и золу приходится поднимать из котельной вверх
на уровень земли, то устраивается специальная шахта, по которой
при помощи подъемника, ручной или электрической кошки, ваго-
нетки с золой и шлаком извлекаются из зольного помещения на
уровень прилегающей территории.
185
Пневматическое золоудаление находит все бо-
лее широкое применение благодаря трудам Уралсибэнергочермета
и Всесоюзного научно-исследовательского института топливо-
использования (ВНИИТ). При этом способе зола и шлак транс-
портируются воздушным потоком из золовых бункеров или мест
накопления золы в газоходах по трубам к бункеру, расположен-
ному вне котельной над железнодорожным или автогужевым
путем (рис. 70).
Рис. 7Q. Система пневматического золоудаления:
/ — шлаковый бункер котла; 2 —затвор; S — шлаковая дробилка;
4 — насадка; 5 — патрубок входа атмосферного воздуха; 6 — золо-
шлакопровод; 7 — циклон; 8 — пылеуловитель; 9 — паровой эжектор;
10 — дымовая труба; 11 — кран; 12 — золовый бункер; 13— телескопи-
ческая насадка; 14 — кран; 15— задвижка; 16—мигалка; 17 — спуск-
ная труба; 18 — подвод пара; 19 — сборный бункер; 20 — задвижка
для спуска золы.
В котельной прокладывается система пневмозолопроводов,
присоединенных к местам накопления шлака и золы. Очаговые
остатки попадают в шлаковый бункер котла 1 с затвором 2, из
которого поступают в дробилку 3, измельчающую шлак на куски
размером не более 20—25 мм. В насадку 4 под влиянием разре-
жения, создаваемого в системе эжектором или вакуум-насосом 9,
через патрубок 5 всасывается атмосферный воздух. Этот воздух
подхватывает в насадке 4 измельченные куски шлака и транспор-
тирует их по трубопроводу 6 в циклон 7 По этому же трубопро-
воду проходит и золовоздушная смесь, образующаяся в н^адках
золовых бункеров 12 при выпуске из них золы. В конце золо-
шлакопровода 6 над сборным бункеров 19 устанавливаются цик-
лон 7 и включенный последовательно с ним пылеуловитель 8, в
186
которых происходят отделение золы и шлака и очистка транспор-
тирующего воздуха. Очищенный воздух проходит затем через
паровой эжектор 9 или вакуум-насос, которые служат для созда-
ния необходимого разрежения в*системе. После выхода из эжек-
тора воздух вместе с рабочим паром, подведенным в эжектор по
трубе 18, выбрасывается в дымовую трубу 10.
Очаговые остатки и зола из циклона и пылеуловителя выпу-
скаются через мигалки 16 в сборный бункер 19. Мигалки пред-
ставляют собой клапаны,
открывающиеся по мере на-
копления золы.
Отсос шлака и золы из
бункеров осуществляется по-
очередно: после удаления
шлака из бункера 1 насад-
ка 4 отключается краном 1Г,
затем открываются кран 14
и задвижка 15 для включе-
ния золоотсасывающего уст-
ройства эолового бункера 12.
Телескопическая насадка
(рис. 71), служащая для
всасывания золы, состоит из
двух концентрических труб,
вставленных одна в другую,
между которыми движется
атмосферный воздух, входя-
щий через регулируемую
щель а. При повороте потока
воздуха из кольцевого про-
странства в центральную
трубу происходит подсасывание золы, заполняющей трубу, рас-
положенную под золовым бункером. Производительность насадки
регулируется скоростью воздуха в ней и величиной смещения
конца наружной трубы насадки по отношению к внутренней трубе.
Важной деталью установки является эжектор, создающий
разрежение в системе за счет кинетической энергии струи пара,
вытекающего из сопел. Для эжектора требуется пар давления
10—12 ати. Сопротивление, преодолеваемое эжектором, состав-
ляет в действующих системах пневмозолоудаления от 160 до
280 мм рт. ст.
Эжектор очень прост по устройству и не имеет движущихся
частей; но он потребляет много пара, количество которого до-
стигает 150—170 кг на 1 т транспортируемой золы. Значительно
экономичнее эжекторов работают вакуум-насосы, которые обычно
применяются в котельных, не вырабатывающих пар нужных па-
раметров.
Рис. 71. Телескопическая насадка.
187
Рис. 72. Установка для пневмотранспорта шлака и золы:
1 — шлаковый бункер; 2 — пневмозолопровод; 3 — циклон: 4 — пылеуловитель: 5 — паровой эжектор; 6 — резервный скиповый
подъемник для подъема шлака и золы в бункеры; 7 — бункеры для шлака и золы; 8 — разгрузочные рукава; 9 — железнодо-
рожный путь; 10 — главный паропровод; // — котел.
Для надежной работы пневмотранспорта скорость воздуха в
трубопроводах, по которым перемешаются шлак и зола, должна
составлять J0—15 м/сек (на горизонтальных участках). Пневмо-
золопроводы, а особенно их колена и тройники, подвергаются
сильному износу. Поэтому необходимо принимать меры к удлине-
нию срока службы трубопроводов. Для этого пневмозолопроводы
делают из труб с утолщенными до 10—12 мм стенками и перио-
дически поворачивают их на некоторый угол, так как на гори-
зонтальных участках трубы подвергаются наибольшему износу
по нижней образующей.
Применение пневмозолоудаления взамен ручного позволяет
сократить штат зольщиков до одного человека в смену и снизить
затраты на уборку шлака и золы в 1,7—2,0 раза.
Удаление золы при помощи пневматического транспорта мо-
жет быть осуществлено на расстояние от наиболее удаленного
шлакового или эолового бункера котла до циклона, не превыша-
ющее 150 м.
Одна из установок для пневмотранспорта шлака и золы по-
казана на рис. 72.
Недостатком способа пневматического золоудаления надо
считать трудность получения в циклоне и пылеуловителе доста-
Рис. 73. Система скреперного золоудаления:
/ — подземный канал; 2—стальные листы; 3 — колосниковая решетка; 4 — наклонный
канал; 5 — трос; 6 — бункер; 7 — автомашина.
точно полной очистки воздуха от пыли и частичный вынос в ды-
мовую трубу транспортируемой золы вместе с воздухом.
Механическое золоудаление применяется в раз-
личных вариантах? Отличается простотой система скреперного
золоудаления (рис. 73). Эта система предусматривает устройство
под топками котлов канала /, выложенного стальными листами 2
и заполненного водой. Шлак и зола спускаются в канал, по дну
которого перемещается ковш-скрепер, перемещающий их по ка-
налу к бункеру 6.
Иногда применяются схемы золоудаления, в которых для уда-
ления золы и шлаков используются механизмы топливоподачи,
как это может быть выполнено в установке, изображенной на
189
CO
Рис. 74. Золоудаление при помощи скребкового конвейера:
/ и 2 — скребковые конвейеры; 3 — бункер; 4 — прицеп к автотягачу; 5 — золошлаковый бункер; 6 — металлическая эстакада;
7 — туннель для конвейера.
рйс. 67 (см. стр. 183). Шлак и зола подаются узкоколейными
вагонетками к специальной золовой яме; из последней они заби-
раются тем же грейфером, который подает топливо, и доставля-
ются к местам погрузки шлака и золы на автомобильный или же-
лезнодорожный транспорт.
Схема удаления золы и шлака при помощи скребкового кон-
вейера представлена на рис. 74.
Золоулавливание
Устройства золоулавливания служат для очистки дымовых га-
зов от летучей золы и являются неотъемлемым элементом ко-
тельного агрегата. Запыленность дымовых газов зависит от вида
применяемого топлива и типа топок; при сжигании топлива на
ручных колосниковых решетках она составляет от 1 до 5 г/ла;
при полумеханических топках с механическими или пневматиче-
скими забрасывателями запыленность достигает 6—7 г/лР.
Применение очистки дымовых газов вызвано тем, что зола,
выбрасываемая с дымовыми газами в атмосферу, загрязняет воз-
дух и прилегающую местность, что ухудшает, особенно в про-
мышленных городах, санитарно-гигиенические условия. Нужно
также иметь в виду, что летучая зола, содержащаяся в дымовых
газах, истирает поверхности котла, экономайзера и ротора ды-
мососа.
Особенно важное значение золоулавливание имеет для ко-
тельных установок, потребляющих многозольное топливо. В на-
стоящее время в СССР запрещено утверждать проекты про-
мышленных котельных, если в них не предусматриваются устрой-
ства по золоулавливанию.
В отопительно-производственных установках применяются
механические золоуловители: простые циклоны, ба-
тарейные циклоны и жалюзийные золоуловители.,
Эффективность работы золоуловителей оценивается коэффи-
циентом обеспыливания, называемым иначе к. п. д. золоулови-
теля и представляющим собой отношение весового количества
уловленной золы ко всему весовому количеству золы, поступив-
шему в золоуловитель.
Нужно сказать, что частицы золы различной крупности уда-
ляются при помощи золоуловителей не одинаково. Механические
золоуловители очищают дымовые газы от крупных зерен золы
полнее, чем от мелких (размерами в 0—20 рь).
Циклон (рис. 75) представляет собой стальной цилиндри-
ческий сосуд, в который газовый поток поступает по трубе А со
скоростью 10—12 м/сек по касательной к верхней цилиндриче-
ской части циклона. Частицы летучей золы отбрасываются цен-
тробежной силой к стенке циклона и под действием тяжести по-
степенно опускаются к нижней трубе циклона. Дополнительная
очистка газов от золы осуществляется при повороте газового по-
191
тока к верхней выходной части циклона. Плотность нижней
эоловой течки у циклона, необходимая для предупреждения под-
соса воздуха, достигается устройством клапана — мигалки, пока-
занного на рис. 76.
Фланец 5 Как только в течке накопится до-
статочное по весу количество золы,
клапан 1 открывается и зола высы-
пается из течки, после чего противо-
вес 2 заставляет клапан закрыться и
прижимает его к стенкам течки. К. п. д.
Рис. 75. Золоулавли-
вающий циклон.
Рис. 76. Клапан-мигалка.
циклона составляет около 40—50%. В котельной устанавливают
по два циклона на 1—3 котла.
Батарейные циклоны (рис. 77) состоят из рядов
небольших стальных цилиндров 1. Внутри циклонов имеются чу-
гунные или стальные винтовые лопасти 4, которые обеспечивают
завихрение газового потока перед его поворотом в выхлопные
трубы 3. Отделившаяся зола спускается через патрубки 2. К. п. д.
батарейных циклонов в среднем можно считать равным 65%.
Гидравлическое сопротивление этих циклонов равно 30—40 мм
вод. ст. при нормальной нагрузке котла.
Батарейные циклоны устанавливают при котлах паропроизво-
дительностью до 10 т!час только в тех случаях, когда к чистоте
воздуха предъявляют особо повышенные требования.
Жалюзийные золоуловители (рис. 78) системы
ВТИ имеют две камеры: входную 1 и выходную 2, разделенные
жалюзийными перегородками. Выделение золы происходит при
повороте газового потока из входной камеры в жалюзийную ре-
192
щетку; при этом зола Поступает через щель 3 в циклон 4, где
она отделяется от той части дымовых газов, которая вместе
с нею попадает в циклон 4. К- п. д. такого
опытным данным, определяется в 70—75%.
работы Золоуловителя очень важное
значение имеет правильный выбор со-
отношения его размеров; эти соотноше-
ния определены в работах ВТИ.
Сопротивление жалюзийного золо-
уловителя обычно составляет 40—50 мм
вод. ст. Золоуловители, изготовленные
из чугунных лопастей, надежно рабо-
тают при температуре газов, достигаю-
щей 450° С. При более высоких темпе-
золоуловителя, по
Для эффективной
Рис. 78. Жалюзийные
золоуловители.
Рис. 77. Батарейные циклоны.
ратурах дымовых газов к. п. д. золоуловителя может снизиться
вследствие коробления лопастей.
Жалюзийные золоуловители в сочетании с циклонами приме-
няются в случае необходимости более совершенной очистки ды-
мовых газов.
13 Зак. № 2043
Глава х
ОБРАБОТКА ПИТАТЕЛЬНОЙ И КОТЛОВОЙ ВОДЫ
Понятие о качестве питательной воды
В котельной установке вода является «сырьем» и рабочим
телом. Исходная вода (речная, морская, ключевая и пр.) содержит
примеси, а именно: а) механические — песок, органические
вещества и т. д., обычно находящиеся во взвешенном состоянии;
б) растворенные в воде органические и минеральные соли,
часть которых при нагревании воды выпадает из раствора, обра-
зуя на поверхности нагрева твердые отложения, называемые на-
кипью; в) растворенные в воде газы: кислород, угле-
кислоту, азот.
О количестве солей, растворенных в воде, можно судить по
величине так называемого сухого остатка. Для определе-
ния сухого остатка пробу воды после ее тщательной фильтрации
полностью выпаривают, а остающийся после этого осадок высу-
шивают при температуре 105—110° С до сохранения им постоян-
ного веса. Вес этого осадка (в мг), приходящийся на 1 л воды,
характеризует содержание сухого остатка в мг/л. Таким образом,
в сухом остатке содержатся все соли, растворенные в воде и
остающиеся в пробе после выпаривания воды.
Соли кальция и магния, растворенные в воде, при ее нагре-
вании отлагаются на поверхностях нагрева, образуя- накипь. Со-
держание этих солей, способных образовать накипь, характери-
зует жесткость воды. Согласно ГОСТ 6055—51 жесткостью
воды называется содержание в ней растворимых солей кальция
и магния, выраженное в миллиграмм-эквивалентах на 1 л воды
(мг-экв/л).
Один миллиграмм-эквивалент жесткости отвечает содержанию
20,04 мг/л Са или 12,16 мг]л Mg. Для измерения малых жест-
костей применяется тысячная доля миллиграмм-эквивалента, так
называемый микрограмм-эквивалент в 1 л воды (мкг-экв/л).
Раньше Жесткость воды измеряли в градусах; одному градусу
жесткости соответствует содержание в 1 л воды 10 мг окиси
кальция СаО (т. е. одной части СаО в 100 000 частей воды) или
7,19 мг окиси магния (MgO). Эти градусы именовались «немец-
кими» (°Н) в отличие от французских, английских и амери-
канских.
191
Для определения Жесткости воды в градусах весовой состав
солей', содержащихся в воде, должен быть пересчитан по хими-
ческим эквивалентам на вес окиси кальция согласно формуле:
Я = (—4~—4^ 5-^-°Н. (80)
\ Н Из 1 И/ / 10 v ’
Один градус жесткости равен 0,35663 мг-экв в литре, и на-
оборот, 1 мг-экв в литре соответствует 2,804 градуса. Отсюда сле-
дует, что жесткость воды, выраженная в миллиграмм-эквивален-
тах на литр, может быть найдена по следующей формуле:
— -+- -4- — | *2 мг-экв!л.
\ Н. 1 1 1 14 /
(81)
В формулах (80) и (81):
Si> S2> • • • Si — веса отдельных солей в -мг/л-,
Pi» р2> - • • Нт — их молекулярный вес;
56,1 — молекулярный вес СаО, причем 10 мг СаО со-
ответствует 1 °Н.
Пусть, например, в 1 л воды содержится 80 мг углекислого
кальция (СаСОз), 11 мг углекислого магния (MgCO3) и 22 мг
сернокислого кальция (CaSO4). Тогда жесткость воды будет:
и / 80 . 11 . 22 \ о о 1О ,
H — I-----------------1 *2 = 2,18 мг-экв л
\100,1 1 84,3 1 136,2/ '
или 2,18 X 2,804 = 6,12° (градуса), так как молекулярные веса
солей соответственно равны:
Н'сасОа=== Ю0,1; pMgCo3 — 84,3; pCaS0> = 136,2.
Различают жесткость временную (карбонатную) и по-
стоянную (некарбонатную). Сумма временной и постоянной
жесткостей воды называется общей жесткостью.
Временная жесткость воды определяется содержанием в воде
двууглекислых солей кальция и магния, называемых бикарбона-
тами кальция Са(НСО3)2 и магния Mg (НСОз)2. Эти соли рас-
падаются при нагревании воды до 100° С; при этом в виде осадка
выпадают углекислая соль кальция СаСО3 и гидрат окиси маг-
ния Mg(OH)2 согласно формулам:
Са (НСО3)2 = + СО2 + Н2О;
4-
Mg (НСО3)2 = MgCO3 4- СО2 + Н2О,
при этом MgCCb взаимодействует с водой с образованием
Mg(OH)2:
MgCO3 + Н2О = 4- СО2.
13*
195
В этих формулах знак 7Г показывает, что данное Соединений
выделяется из раствора в осадок.
Соли временной жесткости отлагаются уже на начальных уча-
стках поверхностей нагрева (считая по ходу подогрева воды),
например, в водяных экономайзерах, в барабанах котлов или на
участках труб и секций, которые находятся в начале пути подо-
грева воды.
Постоянная жесткость определяется содержанием
в воде соединений кальция и магния с соляной (хлориды), серной
(сульфаты), кремневой (силикаты) кислотами и т. д. Эти соли
некарбонатной жесткости выпадают из раствора при испарении
воды или при ее кипении, когда их концентрация превысит пре-
дел насыщения.
Для суждения о качестве воды важно знать как общую жест-
кость, так и постоянную жесткость воды.
По содержанию содей жесткости условно считают воду:
мягкой — при общей жесткости ее до 3 мг-экв/л (8° Н);
средней жесткости — от 3 до 6 мг-экв/л (от 8 до 16° Н);
жесткой —свыше 6 мг-экв/л (свыше 16° Н).
Накипь, отлагающаяся на поверхности нагрева, уменьшает
теплопроводность стенок; это приводит к ухудшению передачи
тепла от газов к воде, к увеличению потерь тепла с уходящими
газами, а следовательно, к перерасходу топлива. Слой накипи
на поверхности нагрева толщиной в 1 мм соответствует перерас-
ходу топлива примерно в 1,5%. Таким образом, при отложении
накипи толщиной, например, 5 мм, перерасход топлива дости-
гает 7,5%.
Кроме того, отложения накипи служат причиной повышения
температуры стенок котла, в результате чего уменьшается их
механическая прочность и могут образоваться отдулины, выпу-
чины и трещины.
Температуру чистой стенки трубы, не покрытой накипью,
можно принять равной температуре воды в котле. В том случае,
когда на стенке имеются отложения накипи толщиной м
с коэффициентом теплопроводности ккал!м час град, разность
температуры стенки tcm и котловой воды tK определяется из рас-
четной формулы теплопроводности (38):
Я = т5 ккал!мг час,
где q — количество тепла, передаваемое в 1 час через 1 м2 по-
верхности нагрева.
Отсюда;
t —t = Q—.
ст к
196
Если, например, 8Я = 5 мм = 0,005 м\ >.к= 0,2 ккал/м час град,
то при q = 12 000 ккал/м2 час град
t-t = 12 000 • = 300°
Мы видим, что превышение температуры стенки пропорцио-
нально величине теплового потока q. Тепловой поток в области
топки может намного превышать приведенное в примере значе-
ние средней величины теплонапряжения водогрейного котла. Для
таких теплонапряженных частей поверхности нагрева, располо-
женных в топке, отложение накипи становится чрезвычайно опас-
ным, так как угрожает разрушением стенки и аварией котла.
В чугунных котлах наличие накипи в секциях служит причи-
ной появления горизонтальных трещин в секциях на уровне рас-
положения раскаленного топлива, т. е. выше колосниковой ре-
шетки на 150—300 мм.
По указанным выше причинам ни в коем случае нельзя ми-
риться с образованием на стенках котла накипи, хотя бы даже
самой небольшой толщины. Особенно вредна накипь, состоящая
из силикатов, извести и магнезии, так как она отличается боль-
шой твердостью и весьма небольшой теплопроводностью. Харак-
теристика разных составов накипи приведена в табл. 25.
Таблица 25
Характеристика накипи разных составов
Характеристика накипи по составу Коэффициент теплопроводности в ккал-м час град Характер отложений
Карбонатная, с содержанием От аморфного порошко-
СаСО3 более 50% 0,2ч-5,0 образного налета до
Гипсовая, с содержанием CaSO4 более 50% 0,5ч-2,0 плотного котельного камня Твердые, плотные
Силикатная, с содержанием SiO2 более 20—25% 0,07-г-0,2 Твердые
Смешанная, из гипса, карбо- натов и силикатов. — Твердые, плотные
(при преобладании гипса или силикатов)
Пропитанная маслом 0,1 —
Наличие в котловой воде взвешенных веществ, масла, а также
повышенная концентрация в ней солей создают условия, благо-
приятные для появления вспенивания и бросков воды, особенно
при больших или резко меняющихся нагрузках котла.
197
Присутствие в воде кислорода и углекислоты сказывается на
образовании разъеданий (коррозии) поверхностей нагрева котлц,
Поэтому качество воды, предназначенной для питания котлов,
нормируется в отношении жесткости, сухого остатка, щелочности,
содержания кислорода и масла.
Нормы качества питательной и котловой воды
Вода, поступающая на питание отопительно-производственных
паровых котлов, составляется из конденсата, образующе-
гося при использовании пара в отопительных и производственных
объектах и возвращаемого в котельную, и добавки сырой
воды. Если бы конденсат пара, отпущенного паровыми котлами,
полностью возвращался в котельную для питания котлов, то пи-
тательная вода состояла бы из чистого дистиллята, жесткость
которого не превышала бы 0,1° Н, а содержание сухого остатка —
5 мг/л. Однако в действительности каждая тепловая установка
имеет потери пара и конденсата.
Потери пара появляются вследствие наличия разного рода
неплотностей и утечек, работы паровых насосов на выхлоп, рас-
хода пара на обдувку поверхностей нагрева и пр. Конденсат пара
теряется главным образом вследствие применения технологиче-
ской аппаратуры, в которой пар смешивается с нагреваемой
средой, и отсутствия устройств, возвращающих конденсат от
потребителей в котельную. Потери пара и конденсата надо воз-
мещать, добавляя сырую воду, что, как правило, приводит к ухуд-
шению качества питательной воды.
В отопительно-производственных котельных величина этой до-
бавки обычно составляет от 10 до 30%. Эксплуатацию теплового
хозяйства нужно наладить так, чтобы потери пара и конденсата
были сведены к минимуму.
Для того чтобы предохранить поверхности нагрева котло-
агрегата от отложений накипи и коррозии, а также обеспечить
требуемую сухость насыщенного пара, сырую воду, добавляемую
к конденсату, подвергают химической и термической обработке.
Эта обработка может проводиться или до поступления питатель-
ной .воды в котел или же в самом котле.
В случае применения докотловой обработки добавочной воды
ее качество должно быть таким, чтобы общая жесткость пита-
тельной воды не превышала:
а) в неэкранированных котлах с малой поверхностью нагрева
и с чугунными экономайзерами при рабочем давлении пара ниже
22 ати — 0,5 мг~экв/л\ содержание масла должно быть не
больше 5 мг/л\
б) в экранированных котлах — 0,1 мг-экв!л (0,3° Н).
В случае применения внутрикотловой обработки воды при
надежном удалении шлама питательная вода должна иметь
198
Таблица 26
Нормы качества котловой воды неэкранированных котлов с рабочим давлением менее 15 ати
Тип котлов Сухой остаток в мг/л Солевой состав в мг/л Щелочность в мг-экв/л Шламосодержание в мг/л
Жаротрубные котлы: без пароперегревателя 16000-н 20000 9000 4- 12000 25 4-28 70004-8000
с пароперегревателем 12000-5-16000 7000-т- 9000 20 4-25 6000 4-7000
Водотрубные котлы без нижних барабанов и грязевиков: без пароперегревателя 2500-г-3000 15004-1800 9 4-12 20004-2500
с пароперегревателем 2000 ч-2500 1200 4-1500 7 4-10 1500 4-2000
Водотрубные котлы с нижними барабанами: без пароперегревателя 4000 ч-5000 2500 4-3000 124-20 120004-15000
с пароперегревателем 3500ч-4000 2000 4-2500 104-16 100004-12000
Водотрубные котлы с грязевиками: без пароперегревателя 4500ч-6000 2700 — 3600 14 4-20 20000 4-25000
с пароперегревателем 4000 4-4500 2500 4-2700 12 4-18 15000 4-20000
Дымогарные котлы (локомобильные, паровозные И др.): без пароперегревателя 4000ч-5000 2500 4-3000 16ч-18 5000 4-6000
с пароперегревателем 3500 ч- 4000 2000-4-2500 124-14 4000ч-5000
следующую общую жесткость (при содержании масла не выше
5 мг/л):
а) у котлов с большим водяным объемом — не выше
20 мг-экв/л (примерно 60° Н);
б) у неэкранированных котлов с малым водяным объемом —
не выше 5 мг-экв/л (15° Н).
Предельное содержание кислорода в питательной воде для
котлов с рабочим давление пара до 18 ати не должно превышать:
а) 3 мг/л при общей жесткости воды до 0,35 мг-экв!л (1°Н);
б) 0,5 мг!л при общей жесткости воды от 0,2 до 0,35 мг-экв/л
(от 0,5 до 1°Н);
в) 0,1 мг/л при общей жесткости воды менее 0,2 мг-экв/л
(менее 0,5° Н).
Питательная вода, поступающая в котел, при ее испарении
выделяет растворенные в ней соли; поэтому в котловой воде
происходит накапливание солей, нарастание их концентрации.
Для того чтобы поддерживать внутренние поверхности нагрева
котлоагрегата в чистоте, не допускать уноса солей с паром, пред-
отвратить возможность коррозии стенок котла и образование
трещин, необходимо обеспечивать поддержание концентрации со-
лей в котловой воде не выше значений, указанных в табл. 26.
При пользовании табл. 26 следует иметь в виду, что меньшие
значения показателей относятся к работе котла с паронапряже-
нием поверхности нагрева до 30 кг/м2 час, а большие значения —
к работе с паронапряжением, не превышающим 20 кг/м2 час.
В случае применения докотлового химического умягчения до-
бавочной воды нормы качества воды по сухому остатку и щелоч-
ности, указанные в табл. 26, могут быть повышены на 25%.
Поддержание качества котловой воды в пределах, указанных
нормами, обеспечивается продувкой котла, т. е. периодическим
или непрерывным спуском из котла некоторого количества кот-
ловой воды.
Продувка котла
При продувке из котла спускают некоторое количество котло-
вой воды, а вместе с нею удаляют и часть солей, содержащихся
в котловой воде. Очевидно, что солесодержание и щелочность
котловой воды будут поддерживаться на некотором постоянном
уровне в том случае, если при продувке соли выводятся из котла
в таком же количестве, в каком они поступают в котел за то же
время вместе с питательной водой.
Величина продувки подсчитывается по величине сухого
остатка в котловой воде или по шламосодержанию в продувочной
воде в соответствии со следующим балансовым уравнением:
а — -А,
юо . юо
200
где; <7 — величина потерь пара или воды в процентах от паропро-
изводительности котла; при питании котла сырой водой
<7 = 100%;
р — величина продувки в процентах от паропроизводитель-
ности котла;
D — паропроизводительность котла в кг/час-,
а — показатель качества добавочной воды по сухому остатку
или шламу в мг/л\
А — концентрация сухого остатка или шлама в котловой
воде в мг/л.
Левая часть написанного уравнения представляет собой коли-
чество сухого остатка или шлама, которое вводится в котел в те-
чение часа с питательной водой; правая часть — количество
сухого остатка или шлама, которое удаляется из котла за то же
время с продувочной водой. Для поддержания заданной концен-
трации солей в котловой воде эти количества должны быть
равны друг другу.
Таким образом получаем величину продувки котла в про-
центах:
Р = ~~ % (82)
А — а
При пользовании этой формулой показатель допустимой кон-
центрации солей в котловой воде А следует брать из табл. 26,
а количество шлама, выделяющегося в котле из добавочной сы-
рой воды, подсчитывать по эмпирической формуле:
а = \§Ho6^S мг/л, (83)
где: Ноб — общая жесткость сырой воды в °Н (если жесткость
выражать в мг-экв/л, коэффициент в формуле будет
равен 45);
.S — содержание взвешенных веществ в сырой воде в мг/л.
Продувка котла производится при помощи продувочных уст-
ройств, имеющихся в нижней части водяного объема котла; во
многих случаях одновременно с этой периодической нижней шла-
мовой продувкой применяют периодическую или непрерывную
продувку котла из верхней части его водяного объема, вблизи
зеркала испарения.
Продувка котлов осуществляется также при помощи специаль-
ных-шламоудалителей, включенных в термосифонный контур, о ко-
торых сказано ниже. Такой способ удаления шлама особенно не-
обходим в котлах, не имеющих нижних барабанов или грязевиков.
Пример 1. Подсчитать величину продувки котла системы
Шухова-Берлина, не имеющего пароперегревателя, работающего
с паронапряжением ----=30 кг/м2 час, если добавка сырой воды
Н к
q = 25% при ее общей жесткости 7,5°Н и незначительном
загрязнении взвешенными веществами.
201
Решение. Величину продувки котла в процентах подсчиты-
ваем по предельному шламосодержанию в котловой воде.
Котел системы Шухова-Берлина принадлежит к типу водо-
трубных котлов без нижних барабанов и без грязевика. Согласно
табл. 26 принимаем:
А = 2000 мг/л.
Шламосодержание добавочной сырой воды подсчитываем по
формуле (83):
а = 16Я0(?+5= 16-7,5 = 120 мг/л.
Тогда величина продувки по формуле (82) равна:
120-25 . с
р = —— = ~ 1 ,Ь% от паропроизводительности котла.
Пример 2. Подсчитать величину продувки жаротрубного
котла без пароперегревателя, работающего с паронапряжением
---=20 кг/м? час, если котел питается сырой водой с общей
Н к
жесткостью 8 мг-экв/л.
Решение. По табл. 26 находим норму предельного шламо-
содержания котловой воды:
А = 8000 мг/л.
Далее:
а = 45/Уоб- = 45-8 = 360,0 мг/л.
Следовательно, величина продувки будет:
aq 360-100 .
р— ——- =-------------= 4,7% от паропроизводительности котла.
А — а 8000 — 360,0
Внутрикотловая обработка воды
Применение докотловой подготовки воды связано с необходи-
мостью установки специального оборудования. В паровых отопи-
тельно-производственных котельных установках, работающих
с давлением пара до 12 ати, в целях удешевления и упрощения
установки обычно применяют внутрикотловую обработку воды.
Сущность такой обработки воды заключается в том, что в
котловую воду вводят так называемые осадители, представляю-
щие собой антинакипины или коррекционные вещества, которые
переводят накипеобразующие соли в шлам, легко удаляемый
из котла при продувке.
Антинакипинами называются дисперсные, мелко раз-
дробленные вещества как органического, так и минерального
202
’происхождения, образующие при их введении в котловую воду
центры кристаллизации солей, вследствие чего уменьшается сте-
пень кристаллизации этих солей на стенках котлов и осаждение
их в виде накипи.
Коррекционными веществами называются реактивы,
которые вводятся в котловую воду для ее умягчения и осажде-
ния солей жесткости в виде шлама, а не накипи. В качестве та-
ких реактивов используется едкий натр (каустическая сода),
кальцинированная сода и тринатрийфосфат. В качестве замени-
теля каустической и кальцинированной соды иногда применяется
вытяжка из древесной золы. Коррекционные вещества предназна-
чаются в основном для осаждения солей некарбонатной жестко-
сти (CaSO4; MgSO4; СаС12; MgCl2), причем реакции протекают
по химическим формулам, которые приведены ниже при описании
способов докотловой обработки воды.
Соли карбонатной жесткости [Са(НСОз)2’> Mg(HCO3)2] выпа-
дают в виде шлама под влиянием температуры воды без приме-
нения коррекционных веществ.
Шлам, образующийся в котловой воде под воздействием кор-
рекционных веществ, необходимо непрерывно удалять из паро-
вого котла, так как в противном случае будет происходить на-
копление его в котле и связанное с этим загрязнение поверхностей
нагрева со всеми вытекающими отсюда последствиями. Поэтому
внутрикотловая обработка воды должна со-
провождаться организованным непрерывным
шламоудалением из котла, которое должно отли-
чаться простотой устройства, надежностью действия, при незначи-
тельных потерях тепла и реагентов. Удаление шлама перио-
дической продувкой недостаточно эффективно и влечет за собой
большие потери тепла и реагентов с котловой водой.
Организованное экономичное шламоудаление лучше и проще
всего достигается в результате применения термосифон-
ного контура, схема которого представлена на рис. 79.
В этот контур ABCDEFG котловая вода поступает из места А
с наибольшим скоплением шлама, поднимается по трубе АВС
и поступает затем в сепаратор (шламоотделитель) EF, из кото-
рого шлам удаляется продувкой, а осветленная вода возвра-
щается по трубе FG в котел. Таким образом, в этом контуре про-
исходит циркуляция котловой воды, которая вызывается и уста-
навливается вследствие разности весов столбов среды в опускном
участке CG и подъемном участке АС, Гидравлические сопротив-
ления, возникающие при движении воды и пара в контуре, пре-
одолеваются имеющимся в нем циркуляционным напором, обус-
ловленным указанной разностью весов среды в опускном и
подъемном участках контура. Этот циркуляционный напор под-
считывается по формуле:
P=h^o—qQ кг[м% (или мм вод. ст.), (84)
203
где: h — высота контура в м\
70—средний удельный вес среды в опускном участке
в кг!м3\
— то же, в подъемном участке в кг/м3.
Формула показывает, что чем выше контур, чем больше
удельный вес среды в опускном участке и меньше в подъемном
участке, тем значительнее величина циркуляционного напора,
а следовательно, тем больше скорость течения воды и пара в
контуре и тем энергичнее идет процесс удаления шлама. С целью
Рис. 79. Схема термо сифонного контура:
/ — барабан котла; 2 — сухопарник; 3— паровая рубашка; 4 — отбор
пробы; 5 — шламоотделнтель; 6 — трубопровод питательной воды; 7 —
дозатор; 8— продувка.
уменьшения удельного веса среды в подъемном участке контура
вертикальную трубу ВС покрывают тепловой изоляцией или даже
обогревают паром, устраивая паровую рубашку (рис. 79).
Опускной участок контура не изолируется с целью охлаждения
его для увеличения удельного веса 70: кроме того, горизонталь-
ный или наклонный участок CD выполняется длиной до 3—4 м.
На этом горизонтальном участке происходит конденсация пара,
образующегося в подъемном участке, вследствие некоторого
падения давления, происходящего при подъеме воды в вертикаль-
ном участке ВС.
Таким образом, пар не попадает в вертикальный опускной
участок контура DB, что неизбежно привело бы к уменьшению
7о и циркуляционного напора Р.
Коррекционные вещества вводятся в котел через дозатор 7,
устанавливаемый на питательной линии вблизи котла; иногда он
ставится на обратном участке циркуляционного контура (рис. 80).
Устройства для внутрикотловой обработки воды с термоси-
204
фонным ШЛамоудалёнием Можно применять в том случае, когда
соблюдено соотношение:
DHo6
а — —<3 тонноградусов жесткости на 1 м3/час, (85)
где: D — паропроизводительность котла в т)час;
W — водяной объем котла в м3;
Но6—общая жесткость питательной воды в градусах.
Если Ноб выражена в мг-экв!л, то общее солесодержание вы-
ражается в грамм-эквивалентах на 1 м3 (г-экв/м3), причем
1 г-экв!м3 соответствует 2,804 т-гради В этом случае формула (85)
представится в следующем виде 1,1 г-же[час.
Величина з называется удельным напряжением водяного
объема котла по шламу и представляет собой количество солей
жесткости, поступающих в котел с питательной водой в течение
часа и приходящееся на 1 м3 водяного объема котла.
Пусть, например, в котельной установлен двухжаротрубный
котел с паропроизводительностью D = 2 т!час\ водяной объем
котла W = 21 л3. Тогда предельная общая жесткость питатель-
ной воды, при которой еще допустимо применение внутрикотло-
вой обработки, найдется из формулы (85):
„пред W - - UZ .
ъ ~ = 1 мг-экв/л
И _ Q1
Н™д = 1,1 • у- = 11,5 мг-экв/л.
Для котлов других систем эта величина предельно допусти-
мой общей жесткости питательной воды подсчитана в табл. 27.
Таблица 27
Предельно допустимая общая жесткость питательной воды
при внутрикотловой обработке
Тип котла Водяной объем котла W в м3 Удельный водяной объем котла W/D в jw3, tn, час Предельная общая жест- кость пита- тельной воды в мг-экв/л
Шухова-Берлина А-3 . 4,0 1,24 1,3
ВВД-4 6,7 1,67 1,8
ДКВ-4 5,7 1,42 1,7
КРШ-4 6,6 1,65 1,8
Т-4 9,0 2,25 2,4
Так как в отопительно-производственных котельных установ-
ках возврат конденсата, поступающего на питание котлов, обычно
составляет не менее 70%, то указанная в таблице общая жест-
кость питательной воды обычно может быть обеспечена и в этих
205
установках вполне целесообразно применять внутрикотЛовую об-
работку с термосифонным шламоудалением.
На рис. 80 приведена еще одна схема устройства внутрикот-
ловой обработки воды. Подъемный участок 2 контура покрыт
тепловой изоляцией; к верхней точке его присоединяется трубка
с вентилем для выпуска воздуха. От этой наивысшей точки про-
ложена опускная труба с уклоном от 5 до 10%, который должен
быть соблюден для того, чтобы шлам не смог отлагаться в трубе
и непрерывно смывался движущейся в ней водой. На опуск-
ном участке контура установлен шламоотделитель 4, в котором
происходит почти полное выделение
шлама. Опускной участок термосифон-
ного контура присоединен к продувоч-
ной линии котла. Для отключения кон-
тура от котла подъемный и опускной
участки снабжены вентилями. Надо от-
метить, что по условиям надежности и
безопасности эксплуатации термоси-
Рис. 81. Шламоотделитель
конструкции ВТИ.
Рис. 80. Установка дозатора на обратном
участке циркуляционного контура:
/ — барабан котла; 2 — подъемная труба; 3 —
опускная труба; 4 — шламоотделитель; 5 — до-
затор; 6 — сосуд для шлама; 7 — шайба; 8 —
продувочный вентиль.
фонный контур 'следует изготовлять из цельнотянутых труб
с внутренним диаметром 10 н- 25 мм. Осадительные (коррекци-
онные) вещества подаются в котел через питательную линию и
дозатор 5, установленный в данном случае на опускном участке
циркуляционного контура. Для контроля работы контура и
шламоотделителя на опускном участке до и после шламоотдели-
теля имеются пробоотборные трубки.
Важным элементом термосифонного контура является шламо-
отделитель, наиболее распространенная конструкция которого
изображена на рис. 81. Эта конструкция ВТИ отличается про-
стотой и высоким коэффициентом шламоотделения, достигающим
90—95%. Котловая вода поступает в шламоотделитель через
штуцер 1. Огибая козырек 2, она освобождается от укруп-
206
неннух частиц шлама, попадающих в отсек, образуемый в
корпусе шламоотделителя перегородкой 3. При дальнейшем дви-
жении воды, в результате поворота потока, создаваемого перего-
родкой 4, и зигзагообразному пути между козырьками 5 и 6
происходит отделение и осаждение мелких частиц шлама, ко-
торый собирается в воронке 8, а затем периодически выпускается
из шламоотделителя через штуцер 9. Осветленная вода через
штуцер 7 выходит из шламоотделителя и возвращается в котел.
Стрелкой 10 на рисунке по-
казан путь крупных частиц
шлама, стрелкой 11—мел-
ких частиц шлама.
Схема внутрикотловой
обработки воды с термоси-
фонным шламоудалением в
применении ее к вертикаль-
ному котлу системы Шухова
представлена на рис. 82. За-
бор котловой воды в контур
и подвод осветленной воды
из контура расположены в
диаметрально противополож-
ных точках котла. Поэтому
во время работы контура
создается ток котловой воды
к заборному отверстию подъ-
емной трубы. Контур 6 вы-
полнен с двумя наклонными
участками А и В для того,
чтобы приблизить к котлу
место установки шламоотде-
лителя.
Обслуживание термоси-
фонного контура во время
работы заключается в периодическом, через каждые 4—8 час.,
выпуске шлама из шламоотделителя и контроле за циркуляцией
воды в контуре. В случае засорения трубок контура циркуляция
воды в нем прекратится и трубки охладятся до температуры окру-
жающего воздуха. Это служит верным признаком прекращения
работы контура и необходимости его продувки.
Суточный расход осадителя может быть подсчитан по фор-
муле:
о кг! су тки, (86)
осад е-1000 ' v '
где: Нпост —постоянная жесткость сырой воды в мг-экв/л
или °Н;
Dgo6—расход (добавка) сырой воды в т/час-,
Рис. 82. Схема устройства онутрикот-
левой обработки воды вертикального
котла системы Шухова:
/ — паровой котел; 2 — шламоотд елитель;
3 — продувка; 4 — питание; 5 — паровая ру-
башка; б—циркуляционный контур.
207
К — количество (в г) химически Чистого Коррекциой-
ного вещества, необходимого на 1 г-экв/м2 или
1 т-град жесткости, равной для:
NaaCOs — углекислого натрия (кальцинированной соды)
53 г/г-экв/м3-,
NaOH—едкого натра (каустической соды) 27;
Na3PO4— тринатрийфосфата 55;
е — степень чистоты технического продукта, прини-
маемая е= 0,98;
1,1 —коэффициент, учитывающий унос щелочей с паром
и продувкой котла, и избыток коррекционных ве-
ществ в котловой воде.
Пример. Подсчитать суточный расход кальцинированной
соды, применяемой для внутрикотловой обработки воды, если за-
дано:
добавка сырой воды—Ddo6 = 3,Q т/час;
постоянная жесткость сырой воды — НПост = 3,45 мг-экв/л.
Решение. Суточный расход осадителя по формуле (87)
равен:
q _____ ^^пост ^доб_' 24 • 1,1
осад~ е-1000 —
53-3,45.3,0.24.1,1 ,
=-----а ™ -„а----= 14,8 кг сутки.
0,98-1000 '
Подготовка добавочной воды
Область применения термосифонного шламоудаления ограни-
чивается котлами, работающими с давлением не свыше 12 ати,
при удельном напряжении водяного объема котла по шламу не
свыше 1,1 г-экв/час. При иных параметрах пара или усло-
виях работы котла, а также в тех случаях, когда к качеству пара
предъявляются повышенные требования, применяют докотловую
подготовку добавочной воды.
В водогрейных котельных установках подпиточная вода, пода-
ваемая в котлы в связи с утечками, имеющимися в тепловых
сетях и системах отопления, до поступления в котел должна
быть соответственно подготовлена. Утечки составляют обычно
1—3% от часового количества циркуляционной воды. Докотло-
вую подготовку воды приходится применять также в том случае,
когда водогрейные котлы отпускают воду для горячего водоснаб-
жения.
Докотловую обработку (умягчение) добавочной сырой воды
можно осуществлять -методом осаждения или катион-
ным обменом. В случае применения метода катионного
обмена предварительно удаляют из сырой воды содержащиеся в
208
ней взвешенные и коллоидные вещества. Предварггельная филь-
трация может не производиться, если установка работает по ме-
тоду осаждения.
Докотловое химическое умягчение добавочпсй сырой воды
для отопительно-производственных котлов можю осуществлять
методом осаждения при любых соотношениях ка)бонатной и не-
карбонатной жесткости исходной сырой воды. Обработку методом
катионного обмена осуществляют при необходияости глубокого
умягчения воды.
Химическое умягчение воды по методу осаждения
состоит в том, что в обрабатываемую воду вводят едкую известь
Са(ОН)2 для осаждения в шлам карбонатные накипеобразо-
вателей и кальцинированную соду Na2CO3 для осждения в шлам
некарбонатных накипеобразователей. Взаимодействие извести
с карбонатными накипеобразователями протекав' по следующим
формулам:
Са(НСО3)2 Са(ОН)2 = 2^^-3Д2^2О;
Mg (НСО3)2 Д 2Са (ОН)2 = -аС-°3 Д Д 2Н2О.
I I
Таким образом, при химическом соединение едкой извести
с бикарбонатами кальция и магния образуются углекислый каль-
ций и гидрат магния, которые выпадают из раствора в осадок.
Взаимодействие соды с некарбонатными накигеобразователями
протекает следующим образом:
СаС12 Д Na2CO3 = —- Д 2NaCl;
I
MgCl2 Д Na2CO3 = MgCO3 Д 2N £1.
В свою очередь, MgCO3 переводится в шлам воздействием
едкой извести по реакции:
MgC03 Д Са (ОН)2 = СаС- Д MSh.
I I
В результате содо-известкового водоумягчешя вода освобож-
дается от накипеобразователей путем переводе их в шлам, со-
стоящий из углекислого кальция и гидрата ок<си магния. Этот
шлам удаляется из- аппаратуры при ее продувке
Схема содо-известкового водоумягчителя представлена на
рис. 83. Основными аппаратами являются сатуратор 9 и реак-
тор 4. Сырая вода, поступающая на умягчений проходит через
распределитель Л откуда она разветвляется натри потока: в по-
догреватель 2, сатуратор 9 и дозатор содового раствора 5. Сату-
ратор 9 предназначен для приготовления раствора извести в хо-
лодной воде; для ускорения приготовления раствора сатуратор
снабжен мешалкой.
14 Зак. № 2043
209
Химическое водоумягченйе осуществляется в реакторе 4, куд4
поступает по лотку 3 основной поток сырой воды, подогретой £
подогревателе 2, а также содовый раствор из дозатора 5 и из*
вестковый раствор из сатуратора 9. Чем выше температура сы-
рой воды, заливаемой в реактор, тем интенсивнее,-быстрее про-
текают химические реакции водоумягчения. Во всяком случае,
Вход сыоой воды
Рис. 83. Схема соло-известкового водоумягчителя:
/ — распределитель; 2 — подогреватель; 3 —- смешивающий лоток; 4 — реактор-отстойник;
5 —дозатор содового раствора; 6 — бачок содового раствора; 7 — сосуд для приготовле-
ния содового раствора; 8 — насос для перекачки содового раствора; 9 — сатуратор с ме-
шалкой; /0 —сосуд для приготовления и отстоя известковой воды; // — иасос для пере-
качки известковой воды; /2 —ящик для гашеной извести; 13 — бак умягченной воды;
/4 —бачок для известковой воды; /5 —фильтр из древесной шерсти.
температура сырой воды должна быть не ниже 80° С; жела-
тельно доводить ее до 90—95° С. Реактор-отстойник 4 снабжен
древесно-шерстяным фильтром 15 для механической очистки
умягченной воды от хлопьев и взвешенных веществ. Умягченная
и осветленная вода поступает в бак 13, откуда она направляется
к питательным или подпиточным насосам котельной. Уровень
воды в этом баке поддерживается автоматически в результате
воздействия на клапан, регулирующий количество сырой воды,
поступающей на водоумягчительную установку.
В распределителе 1 потоки воды, направляемые в подогрева-
тель 2, дозатор содЬвого раствора 5 и сатуратор 9, изменяются
210
пропорционально общему количеству сырой воды, поступающей
в установку. Таким образом, количество химических реагентов
(соды и извести) всегда остается пропорциональным количеству
сырой воды и заранее устанавливается путем перестановки вы-
соты водослива в распределителе в зависимости от химического
состава исходной сырой воды.
Объем отстойника 4 принимается равным полуторной или
двойной часовой производительности водоумягчителя.
Умягчение сырой воды методом катионного обмена
достигается путем ее фильтрации через слой так называемого
катионита, в качестве которого применяются вещества мине-
рального или органического происхождения, содержащие на по-
верхности своих частиц катионы натрия. При фильтрации воды
через слой катионита катионы солей жесткости, т. е. кальция и
магния, замещают катион натрия в катионите.
Если обозначить буквой R сложный состав катионита, не
растворимого в воде, то натрий-катионит будет иметь условную
формулу Na2R. При взаимодействии с ним солей жесткости про-
исходят следующие реакции:
Са (НСО3)2 + Na2R = CaR + 2NaHCO3;
Mg (HCO3) + Na2R = MgR + 2NaHCO3;
CaCl2 + Na2R = CaR + 2NaCl;
CaSO4 + Na2R = CaR + Na2SO4.
Эти формулы показывают, что катионы солей жесткости —
кальция и магния замещают в катионите катион натрия, в резуль-
тате чего в воде остаются растворенные натриевые соли. Эти соли
отличаются большой растворимостью в воде и не образуют на-
кипи на поверхностях нагрева котла.
В водоумягчительных установках применяются в качестве ка-
тионитов следующие вещества: глауконит, сульфо уголь
и некоторые искусственные смолы. Глауконит представляет со-
бой минерал, встречающийся в разных районах СССР и приго-
товляемый для водоумягчения в виде мелкозернистого песка. Он
принадлежит к натрий-катионитам.
Если бурый или каменный уголь обработать крепкой дымя-
щейся серной кислотой (олеумом), то образующийся продукт,
носящий название сульфоуголь, представляет собой так назы-
ваемый Н-катионит (H2R), в котором обменными катионами
являются катионы водорода.
В результате реакций обмена происходит постепенное истоще-
ние катионита, его способности к обмену катионами. Объем1’и
обменной способностью, или емкостью поглощения, катион
материала Е называется количество г-экв накипе^азоват '
лей, которые может 'поглотить 1 jw3 материала 1ак> емкост°
211
14*
поглощения глауконита Егорьевских месторождений состаьляец
125 г-экв/м3. Это означает, что 1 м3 глауконита может, например^
умягчить 125 т воды с исходной жесткостью в 1 мг-экв/л или
50 т воды с исходной жесткостью в 2,5 мг-экв/л.
Емкость поглощения сульфоугля равна:
Е = 280 н- 350 г-экв/м3.
Для восстановления обменной способности натрий-катионита
его обрабатывают 5—10-процентным раствором поваренной соли
(NaCl), который пропускают через слой катионита. В этом слу-
чае катион натрия поваренной соли вытеснит катионы кальция и
магния из катионита, который таким образом снова обогатится
Рис. 84. Схема натрий-катионитовой установки:
/ — катиоиитовый фильтр; 2 — солерастворитель; 3 — трубопро-
вод сырой воды; 4 — трубопровод умягченной воды.
катионами натрия и будет готов к действию. Такое восстановле-
ние обменной способности катионита называется регенера
ци е й.
Регенерация Н-катионита производится 1,5—2-процентным
раствором серной кислоты.
Наиболее простая схема натрий-катионитовой установки пред-
ставлена на рис. 84. Сырая вода проходит через фильтр сверху
вниз; умягченная вода отводится из нижней части фильтра.
Катиоиитовый фильтр (рис. 85) заполняется подстилочным
слоем высотой около 350 мм, состоящим из кварца разных фрак-
ций (от 20 до 1 мм), сверх которого насыпается слой глауконита
высотой примерно в 1,5 м. Водяная подушка над слоем глауко-
нита должна иметь высоту около 600 мм. Для регенерации
фильтр выключается из работы. После взрыхления слоя катио-
нита потоком сырой воды снизу вверх в течение 15—20 мин.
в катиоиитовый фильтр вводят раствор, поваренной соли, вытес-
о^его давлением воды из солерастворителя в фильтр. Затем
ной со107 ФИЛЬТР от продуктов регенерации и остатков поварен-
длитс Л/10 О™ывка осуществляется током воды сверху вниз и
я и Мин. Таким образом, процесс регенерации фильтра
212
продолжается 1,5—2 часа. В катионитовых фильтрах вода умяг-
чается" до жесткости 0,03 мг-экв/л.
В тех случаях, когда исходная вода содержит взвешенные и
коллоидные вещества, перед катионитовым фильтром включают
М50
Узел А
Рис. 85. Катионитовый фильтр:
1 — катионит; 2 — воздушник; 3 — контрольная трубка; 4 — по-
дача раствора соли; 5 — трубопровод сырой воды; 6 трубо-
провод умягченной воды; 7 — отбор проб.
кварцевый фильтр для фильтрации и коагуляции воды. Для во-
допроводной или артезианской воды надобность в фильтрации
через кварцевый фильтр может отпасть.
213
Деаэрация воды
Деаэрацией воды называется процесс ее
обработки, при котором удаляются растворен
ные в ней воздух и другие газы.
Деаэрация воды применяется в целях предотвращения разъ-
едания (коррозии) стенок котла и другого оборудования, вызы-
ваемого присутствием в воде кислорода и углекислоты, способ-
ствующих ускорению коррозионного воздействия на металл хло-
ридов, содержащихся в воде.
Применяют два метода деаэрации воды: термический и
химический.
Термическая деаэрация основана на том, что- рас-
творимость кислорода в воде при атмосферном, например, давле-
нии убывает с повышением температуры воды. Так, если при тем-
пературе 20° С содержание кислорода в воде составляет 8,9 мг/л,
то при температуре 40° С оно будет 6,0 мг[л\ при 80° С — 2,8 мг/л\
при температуре около 100° С содержание кислорода снижается
до гс О мг!л.
Таким образом, подогревая воду до 102—104° С при давлении
порядка 1,1 ат а, можно почти полностью освободить ее от кисло-
рода. В термических деаэраторах вода стекает многочисленными
мелкими струйками с одной тарелки на другую, сверху вниз, и
омывается потоком пара, движущимся в противоположном на-
правлении. Пар, встречая большую поверхность воды, равномерно
подогревает ее до температуры, соответствующей давлению
в деаэраторе. Выделившийся из воды воздух вместе с избытком
пара выпускается из деаэратора в атмосферу.
Деаэрированная вода должна храниться в плотно закрытых
баках для предохранения ее от поглощения кислорода. Путем
термической деаэрации удается уменьшить содержание кислорода
в воде до 0,05 мг[л.
Химическая деаэрация воды осуществляется путем
присадки в питательную воду до ее поступления в экономайзер
или котел сульфита -натрия (Na2SO3), который, отнимая из воды
растворенный в ней кислород, переходит в сульфат натрия по
формуле:
2Na2SO3 + О2 = 2Na2SO4.
Химическую деаэрацию воды рекомендуется применять после
предварительной термической деаэрации.
Нормы предельного содержания кислорода в питательной
воде были приведены выше.
Очистка поверхностей нагрева от накипи
В тех случаях, когда по каким-либо причинам на поверхности
элементов оборудования было допущено образование накипи, ее
приходится удалять механически или более эффективным химц-
214
ческим способом. Химическая очистка может быть осуществлена
в виде щелочной или кислотной промывки.
Щелочная промывка служит для удаления накипи, со-
стоящей из силикатов (CaSiO3) и сульфатов (CaSO4) кальция
и магния, и осуществляется раствором кальцинированной соды
(Na2CO3). После остановки и охлаждения котла в его водяной
объем вводят соду в количестве 10—20 кг!м\ Затем в течение
10—15 час. этот раствор соды подогревают в котле при давлении
1,5—2 ати. В результате накипь размягчается и после спуска
воды и охлаждения котла легко удаляется механическим путем.
Для щелочной очистки иногда применяют тринатрийфосфат.
Кислотная промывка применяется для очистки по-
верхности нагрева от карбонатной накипи и подслоя из закиси
железа (FeO), который скрепляет поверхность металла с на-
кипью. Установлено, что кислотная промывка дает больший эф-
фект при подогреве раствора кислоты, применяемого для про-
мывки, до 70° С.
Многократная кислотная промывка может привести к разъ-
еданию металла. Поэтому рекомендуется применять ее в одном и
том же котле не более 2—3 раз за все время его эксплуатации.
Для кислотной промывки используется раствор соляной кис-
лоты (НС1) следующей концентрации (в зависимости от толщины
слоя накипи):
Толщина слоя накипи (в мм) . . до 0,5 0,5—1,0 1,0—1,5
Концентрация соляной кислоты (в %) 3 3—4 4—5
Для защиты металла от воздействия кислоты в промывочный
кислотный раствор добавляют небольшие количества так назы-
ваемых ингибиторов или пассиваторов — веществ, тормозящих
процесс растворения металла в кислоте, но практически не пре-
пятствующих взаимодействию кислоты с накипью. Высокоактив-
ными ингибиторами являются уротропин, формалин и «уникод»,
выпускаемый заводами Министерства нефтяной промышленности.
Присадку этих ингибиторов в кислотный раствор рекомендуется
производить в количестве от 0,5 до 2,0 кг/м3. К числу ингибито-
ров, хотя и менее активных, принадлежит также столярный клей,
технический хинолин, КС (кровяная сыворотка), выпускаемая
Московским мясокомбинатом, и некоторые другие. Их вводят
в количестве 1 -ь- 4 кг)м\ в зависимости от температуры рас-
твора, которая может меняться от 20 до 70° С.
Кислотная промывка длится обычно около 8 -н 10 часов.
В котлах простой конструкции она осуществляется без циркуля-
ции раствора, в котлах экранированных более сложной кон-
струкции — с принудительной циркуляцией. После кислотной
промывки применяют еще щелочение котла в течение 10 час.,
а затем промывку его водой.
Кислотная промывка может проводиться лишь под руковод-
ством и наблюдением квалифицированного специалиста, обла-
дающего опытом в этом деле.
ГЛАВА XI
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОТЕЛЬНОЙ
Дутьевые устройства
Воздух, необходимый для горения топлива, поступая в топку,
преодолевает сопротивление колосниковой решетки, слоя шлака
и топлива, а при камерном сжигании топлива — сопротивление
горелок. В целях создания более благоприятных условий для ор-
ганизованного и интенсивного горения топлива в современных
установках воздух подается в топку принудительно при
помощи дутьевых устройств. С этой целью применяются: паро-
вые и вентиляторные дутьевые устройства.
Как уже упоминалось ранее, паровое дутье осуществляется
посредством засасывания и нагнетания воздуха за счет кинети-
ческой энергии струи пара, вытекающего из сопла парового
эжектора. Воздух при этом поступает под колосниковую решетку
в смеси с дутьевым паром, т. е. увлажненным, что благоприятно
сказывается при сжигании каменных углей и антрацитов, обла-
дающих легкоплавкой золой. Паровое дутье полезно также при
растопках котла и после чистки топки, когда требуется создать
на решетке слой пористого шлака.
Однако использование парового дутья неэкономично, так как
оно связано с расходом значительного количества пара, состав-
ляющего до 3—5% от паропроизводительности котла. Поэтому
всегда следует отдавать предпочтение вентиляторным дутьевым
устройствам, имея простые пародутьевые приборы в качестве ре-
зервных, а также на случай их комбинированного использования
совместно с вентиляторным дутьем.
Установка для искусственного дутья состоит из вентиляторных
агрегатов и воздуховодов, разводящих воздух в топки котлов.
Обычно отопительно-производственная котельная снабжается не
менее чем двумя дутьевыми вентиляторами, каждый из которых
должен обладать возможностью работы с полными расчетными
напором и производительностью. Один из этих вентиляторов
обычно находится в резерве.
Котельные агрегаты, имеющие паропроизводительность свыше
4 т/час, целесообразно оборудовать индивидуальными дутье-
выми устройствами. При наличии воздухоподогревателей дутье-
вые вентиляторы следует располагать на холодной стороне воз-
216
духоподогревателей для того, чтобы при их помощи воздух на-
гнетался через воздухоподогреватели в топки.
Расчет дутьевой установки производится с целью выбора на-
пора и производительности дутьевого вентилятора и определения
сечений воздуховодов, подающих воздух от вентиляторов к топ-
кам паровых котлов.
Производительность вентилятора подсчитывается по формуле:
273 I t
V = в а <и •------------------- мЧчас,
вент 'пр макс т о 273
(87)
где: ts—температура воздуха, подаваемого вентилятором, в °C;
“Vg — теоретическое количество воздуха, минимально необ-
ходимое для сжигания 1 кг топлива, в нм?/кг, опре-
деляемое по формулам (14), (15) и (16);
о.т — коэффициент избытка воздуха в топке, принимаемый
по данным табл. 9;
Вмакс—максимальный расход топлива в кг/час;
Кпр — коэффициент запаса по производительности, который
обычно принимается:
Полный напор дутьевого вентилятора должен быть равен:
//ве«т = ?<«(Лт + АвЛ + Авв) кг1м2 ИЛИ ММ В°Д- СТ- (88)
где: ^вв—потеря напора в воздуховодах в мм вод. ст.;
Авп—сопротивление воздухоподогревателя в мм вод. ст.;
hm—сопротивление топочного устройства в мм вод. ст.;
Кн—коэффициент запаса по напору вентилятора, который
может быть принят:
/<н=1,1-1,2.
Потеря напора в воздуховодах складывается из сопротивле-
ний трения, местных сопротивлений в воздуховодах и динамиче-
ского напора воздуха на выходе из воздуховодов в топку и рас-
считывается по схеме воздуховодов и скоростям воздуха в них.
Для упрощенных расчетов дутьевых устройств малых котель-
ных установок можно считать: hee = 20 мм вод. ст.
Воздушное сопротивление воздухоподогревателя hen опре-
деляется по формулам или графикам, рекомендуемым для вы-
бранного типа воздухоподогревателя.
.Сопротивление топочного устройства hm обусловливает ве-
личину давления, которое нужно поддерживать в зольнике слое-
вой топки, и принимается по данным табл. 9,
217
Мощность электродвигателя вентилятора подсчитывается по
формуле:
N =----------УвентЛвешп к к
венп 3600-102 ЛвЛяер 3
(89)
ne:VeeHm;fieeHrn — уже известные нам величины производительно-
сти и полного напора вентилятора;
у— коэффициент полезного действия вентилятора,
равный по полному напору для современных
конструкций примерно 0,60;
Vnp — коэффициент полезного действия передачи от
электродвигателя к вентилятору (для ременной
передачи ^пер ~ 0,92 н- 0,95);
К9—коэффициент запаса мощности электродвига-
теля, принимаемый:
К, = 1,15.
Для дутья применяются центробежные вентиляторы низкого
давления, максимальный напор которых не превышает 100 мм
вод. ст., и среднего давления с максимальным напором не более
200 мм вод. ст. Вентиляторы различаются по номерам, причем
номер центробежного вентилятора идентичен диаметру рабочего
колеса, выраженному в дециметрах.
Вентилятор следует выбирать с такой характеристикой,
чтобы его производительность, взятая по характеристике, отве-
чала потребности котла в воздухе, а напор, развиваемый при
этом вентилятором, равнялся газовому сопротивлению воздуш-
ного тракта всего котельного агрегата. При этом скорость воздуха
в выходном сечении вентилятора должна быть около 15 м/сек.
На рис. 86 приведена номограмма для подбора центробежных
вентиляторов низкого давления. В верхней части номограммы
нанесены характеристики вентиляторов, т. е. кривые полного дав-
ления Н мм вод. ст. или кг/м2, развиваемого вентилятором, в за-
висимости от скорости воздуха в выходном сечении вентилятора
в м/сек при разных величинах А, причем под величиной А подра-
зумевается произведение числа оборотов 'вентилятора на его
номер: А = п • №.
В той же верхней части помещены кривые к. п. д. вентиля-
тора. На нижней части номограммы показаны прямые, характе-
ризующие зависимость производительности вентилятора от ско-
рости воздуха в выходном сечении вентиляторов разных номеров.
Пусть требуется подобрать вентилятор для подачи воздуха
в количестве 30 000 мг[час при температуре 20° С с напором
60 мм вод. ст.; при этом вентилятор должен работать с наиболь-
шим к. п. д.— около 0,57.
213
Находим на оси ординат величину И = 60 мм вод, ст. и про-
водим от нее горизонталь до пересечения с кривой наибольшего
к. п. д., равного 0,57. Точка пересечения на этой кривой соответ-
ствует величине А = 4250. Для того чтобы найти номер вентиля-
тора, проводим горизонталь от ординаты Q = 30 000 м3/час в
нижней части номограммы до встречи ее с вертикалью, опущен-
ной от найденной выше точки, соответствующей к. п. д., равному
Рис. 86. Номограмма для подбора центробеж-
ных вентиляторов низкого давления.
0,57. Таким образом находим, что должен быть взят вентилятор
№ 9V2, которому соответствует диаметр рабочего колеса в 9,5 дм =
= 950 мм. Число оборотов вентилятора должно быть равно:
А 4250 л ,
п^=— =--------^450 об/мин.
№ 9,5
Это число оборотов можно получить при ременной передаче
от выбранного по каталогу электродвигателя путем подбора соот-
ветствующей величины диаметра шкива электродвигателя.
При непосредственном соединении вентилятора с электродви-
гателем число оборотов придется выбирать в соответствии с чис-
лом оборотов трехфазного электродвигателя.
219
Регулирование производительности вентиляторов отопительно-
производственных котельных может быть осуществлено двумя
способами: дроссельной задвижкой или направляющими аппара-
тами. Изменение производительности вентилятора при установке
на всасывающей стороне вентилятора дроссельной задвижки до-
стигается путем большего или меньшего прикрытия этой задвиж-
кой сечения всасывающего воздуховода. Таким способом дрос-
сельной задвижкой вводится на всасывании вентилятора допол-
нительное более или менее значительное сопротивление- При
Разрез по 1-1
Рис. 87. Направляющий аппарат осевого типа для регулирования
производительности центробежного вентилятора.
полном открытии задвижки ее дополнительное сопротивление
почти равно нулю; при полном ее закрытии поступление воздуха
в вентилятор и подача им воздуха прекращается. Такой способ
регулирования производительности вентиляторов — введением до-
полнительного сопротивления задвижки — неэкономичен, так как
на преодоление этого сопротивления бесполезно тратится энергия
электродвигателя.
Более экономичным, а потому и более рациональным спо-
собом регулирования производительности вентилятора, следует
признать регулирование при помощи направляющего аппарата.
Направляющий аппарат осевого типа (рис. 87) устанавли-
вается на всасывающем патрубке вентилятора. Он состоит из
радиальных лопастей которые могут поворачиваться вокруг
своих радиальных осей. При полном открытии лопастей они все
устанавливаются в радиальных плоскостях, проходящих через
ось патрубка, причем вентилятор развивает полную производи-
тельность. По мере прикрытия лопастей воздух поступает в вен-
220
тиЛЯтор заЬиХреНным Потоком, примем снижается Производитель-
ность и уменьшается напор вентилятора. Когда все лопасти будут
закрыты, т. е. будут находиться в одной плоскости, перпендику-
лярной к оси патрубка, всасывающее отверстие вентилятора ока-
жется полностью прикрытым и подача воздуха прекратится. При
половинной производительности вентилятора, достигнутой при
помощи направляющего аппарата, расход электроэнергии при-
мерно на 55% меньше, чем расход при той же производительно-
сти, но сниженной путем дроссельного
регулирования.
Завихривание потока и изменение
характеристики вентилятора могут
быть достигнуты и в упрощенных на-
правляющих аппаратах. На рис. 88
представлен упрощенный однолопаст-
ный направляющий аппарат. На пря-
мом участке всасывающего короба
вентилятора устанавливается направ-
ляющая поворотная лопатка, которая
может находиться в разных положе-
ниях — от полного открытия до полного
закрытия всасывающего короба. Уста-
новка такой лопатки не представляет
затруднений, а ее применение для ре-
Рис. 88. Однолопастный на-
правляющий аппарат цент-
робежного вентилятора.
пулирования производительности вен-
тилятора приводит к существенной
экономии электроэнергии по сравнению
с регулированием простой задвижкой.
При установке вентиляторов необходимо предусматривать
устройство направляющих аппаратов на всасывании хотя бы
упрощенного типа и заменять такими аппаратами дроссельные за-
движки там, где они имеются.
Дутьевые вентиляторы, как правило, устанавливаются вблизи
котлов.
Воздуховоды, по которым воздух от вентиляторов подается
в топки котлов, выполняются двух типов: подземные — из
кирпича или бетона и наземные.
Сечение воздуховода рассчитывается по скорости воздуха, ко-
торая принимается равной: w = 6—8 м/сек. Сечение определяется
по формуле:
у
р _
вв 3600W
(90)
Металлические воздуховоды изготовляются из листовой стали
толщиной 2—2,5 мм.
На ответвлениях воздуховодов к отдельным котлам устраи-
ваются задвижки. Для регулирования распределения воздуха по
221
дутьевым зонам топок отдельных котлов устанавливаются пово-
ротные заслонки.
Пример. Подсчитать производительность, напор и мощность
дутьевого вентилятора при следующих условиях работы:
топливо — подмосковный бурый уголь;
топка — колосниковая решетка с механическими забрасыва-
телями;
максимальный расход топлива: Вмакс =1420 кг/час;
теоретическое, минимально необходимое количество воздуха
= 2,89 нм31кг\
температура воздуха, подаваемого вентилятором, te = 30° С.
Решение. Выбираем«для данного топлива и топочного уст-
ройства коэффициент избытка воздуха в топке: ат= 1,40 и да-
вление воздуха под решеткой: Лот=50 мм вод. ст.
Необходимая производительность вентилятора определяется
по формуле (87):
^вент «пр ^иакс а т ‘ 273
= 1,1-1420-1,4-2,89- —+3° =7000 м*!час.
273 '
Полный напор вентилятора находим по формуле (88):
Нмкт = Кн (hm + hen + hj = 1,2 - (50 + 0 + 20) = 84 мм вод. ст.
(сопротивление воздуховодов принято: й8в = 20 мм вод. ст.).
Принимаем к установке центробежный вентилятор низкого
давления (Нвент< 100 мм вод. ст.).
По номограмме (см. рис. 86) находим, что для подсчитанных
условий работы (Vgeiin= 7000 м31час\ Ндент = 84 мм вод. ст.)
должен быть выбран вентилятор № 4 при к. п. д. ^8= 0,57.
Число оборотов вентилятора равно:
А 5100 . о_с л.
п = —---=-------= 1275 об/мин.
№дент
Мощность электродвигателя для привода вентилятора подсчи-
тываем по формуле (89):
7000-84-1,15
л/ -- agwm agwgl 8 —------------—:—<— % 3,4 кет.
вент 3600-102-7] т; 3600-102-0,57-0,95
Тяговые устройства
Во время работы котла необходимо обеспечить движение ды-
мовых газов по газоходам и удаление, их в атмосферу. При дви-
жении дымовых газов по газоходам возникают сопротивления
222
в результате трейия газового потока о поверхности нагрева и
стенки газоходов, а также местные сопротивления, в местах по-
воротов и изменений направления, сечения и формы потока. На
преодоление всех этих сопротивлений затрачивается работа.
Устройства, обеспечивающие движение дымовых газов по газо-
ходам котла, называются тяговыми. Они просасывают ды-
мовые газы через газоходы котла, создавая в газоходах разреже-
Ри'С. 89. Действие естественной тяги.
ние, или, как говорят, тягу. Величина полного разрежения,
создаваемого тяговыми устройствами, должна быть равна сумме
сопротивлений газового тракта котельной установки.
Тяговые устройства подразделяются на две группы: устройств
с естественной и устройств с искусственной (при-
нудительной) тягой.
Естественная тяга создается дымовой трубой, соеди-
няющейся с котлами посредством дымохода, именуемого боровом.
Дымовая труба создает разрежение или тягу вследствие раз-
ности весов столба наружного воздуха и столба дымовых газов
в трубе (рис. 89).
223
Если высота дымовой трубы равна Нтр и средний удельный
вес дымовых газов, заполняющих трубу, составляет кг/м3, то
давление у основания трубы будет:
Р6ар + ИтрЪ кг>м2 ИЛИ ММ В°А- СТ->
где Р3ар — атмосферное барометрическое давление на высоте
устья дымовой трубы в мм вод. ст.
С другой стороны, атмосферное давление на уровне основания
дымовой трубы равно:
Рбар +НтрЧв Кг1М* ИЛИ ММ В°Д- СТ->
где 7в— средний удельный вес наружного воздуха в кг!м\
Разность этих давлений вызывает перемещение дымовых га-
зов -по газовому тракту котла и преодолевает газовые сопротив-
ления дымоходов, создавая у основания дымовой трубы вели-
чину естественной тяги, равную:
$тр 'бар “Р Нпр Те) (Рбар 4” ^тр
= Нтр (Те”Ъ) ММ В°Д‘ Ст‘
Удельные веса наружного воздуха и дымовых газов можно
выразить в зависимости от температуры и давления по следую-
щим формулам:
7.= V
273 Ь , »
-------- — кглг,
273+/"--760
273 Ь , .
-------- ------- кг м3.
273 + % 760
В этих формулах:
7в; 7г — удельные веса воздуха и дымовых газов в кг!нм3 при 0°
и 760 мм рт. ст.;
— наружная температура воздуха в °C;
— средняя температура газов в трубе, в °C;
п—барометрическое давление в мм рт. ст.
Подставляя эти выражения в формулу для подсчета тяги
дымовой трубы, получим:
273 +
о
•ь \
273 +С/
•273-— мм вод. ст.
760
Допуская ничтожную ошибку, можно положить:
7° — 1,3 кг/нм3.
224
Тогда:
Smp — Нтр{---------------~• 1,3'273* мм вод. ст.
Р тр\273 + *нв 273 + *%,) 760
Отсюда получаем формулу для определения высоты дымовой
трубы:
//„,=2,15-—-----—------------- м. (91)
Ь /----—---------\
\273+<« 273 + *%,)
Эта формула показывает, что разрежение Smp, создаваемое
дымовой трубой, будет тем больше, чем ниже температура на-
ружного воздуха (О, чем выше температура дымовых газов,
проходящих в' трубе (tcpp) и чем больше показание бароме-
тра (Ь). Тяга увеличивается также с увеличением высоты дымо-
вой трубы Нтр. Таким образом, тяга дымовой трубы улучшается
зимой, когда температура наружного воздуха понижается,
а также в сухую погоду, когда устанавливается более высокое
барометрическое давление.
Высоту дымовой трубы отопительных котельных рассчиты-
вают по формуле (91) при температуре наружного воздуха
/" = +10° С, а производственных котельных — по летним ус-
ловиям работы.
Высота дымовой трубы должна быть во всяком случае не
ниже 14-г- 16 Mf а для котельных, потребляющих свыше 5 т топ-
лива в сутки (за исключением дров и газа), в соответствии с са-
нитарными нормами,— не менее 30 м.
Площадь выходного сечения дымовой трубы определяется из
уравнения расхода:
-ЗбОО-то ма/час.
В этом уравнении:
Утр—часовой объем дымовых газов у устья трубы в м3/час,
равный:
v =в^(273 + *^
fflp
при коэффициенте избытка воздуха и температуре
дымовых газов tmp,
Ртр—площадь выходного сечения трубы в .и2;
is) — скорость дымовых газов на выходе из трубы в м!сек.
Следовательно:
_ДИ,(273+<„,)
тР 3600-W-273 v 7
15 Зак. № 2043
225
При естественной тяге скорость дымовых газов на выходе из
трубы при наименьшей производительности котельной должна
быть не менее w == 4 м/сек.
При искусственной тяге может быть допущена скорость:
ни = 10 -н 20 м/сек.
Площадь сечения борова подсчитывается по той же фор-
муле (92). В отопительных котельных рекомендуется принимать
значения скоростей газов при естествен-
Рис. 90. Дымососная
установка косвенного
действия.
ной тяге:
в соединительном борове от котла к
сборному борову w ~ 2н-4 м/сек-,
в сборном борове w = 3^-4 м/сек.
Для обеспечения возможности очист-
ки сборный боров должен иметь сечение
не менее 600 X 800 мм. Стенки дымовой
трубы и борова выполняются толщиной
не менее чем в П/г кирпича.
Дымовая труба, как уже говорилось,
является устройством для создания есте-
ственной тяги. В тех случаях, когда для
получения необходимого разрежения тре-
буется сооружение дымовой трубы высо-
той свыше 50 м, а также в некоторых слу-
чаях, определяемых местными условиями,
устанавливают устройства для'искусствен-
ной тяги. К таким тяговым устройствам
принадлежат дымососные установки пря-
мого и косвенного действия.
Дымососная установка пря-
мого действия состоит из вентиля-
тора, именуемого в данном случае дымо-
сосом, который засасывает из борова все уходящие дымовые
газы и подает их в дымовую трубу. У дымососов, в отличие от
дутьевых вентиляторов, приходится устраивать водяное охлажде-
ние подшипников, а нередко и вала.
Дымососная установка косвенного дейст-
вия (рис. 90) состоит из вентилятора /, подающего под давле-
нием воздух в сопло 2, установленное в дымовой трубе 3. Воздух,
вытекающий из сопла с большой скоростью, подсасывает из бо-
рова 4 экономайзера дымовые газы, которые затем поступают
в дымовую трубу. Таким образом, через вентилятор проходит хо-
лодный воздух, и вентилятор работает в лучших температурных
условиях, чем дымосос прямого действия. Однако расход элек-
троэнергии на привод такого вентилятора вследствие низкого
к. п. д. описанного эжектирующего устройства примерно в 1 */гг-2
226’’
раза больше, чем расход на дымосос прямого действия. Поэтому
искусственные тяговые устройства косвенного действия приме-
няются сравнительно редко — в тех, например, случаях, когда в
дымовую трубу направляются дымовые газы с особо высокой
температурой свыше 350° С и дымовая труба не может создать
требуемой повышенной тяги.
Расчет дымососной установки прямого действия в основном
сводится к определению производительности и напора дымососа,
а также потребной мощности электродвигателя.
Производительность дымососа подсчитывается по формуле,
аналогичной (87), а именно:
974 1 t 7R0
Удым = КпрВмк V —м3/час, (93)
где попрежнему:
tyx—температура уходящих газов, проходящих через дымо-
сос, в °C;
Уг— объем дымовых газов перед дымососом в нм3/кг, тюк-
считываемый по формуле (29), (30) или (31);
5макс—максимальный часовой расход топлива в кг/час-,
Кпр—коэффициент запаса по производительности, обычно
составляющий Кпр= 1,05 -г- 1,15 и в среднем прини-
маемый Кпр=\,\.
Расчетный напор, создаваемый дымососом, при температуре
дымовых газов t°x равен:
наым = Кн^н-8тр} мм вод. ст.,
где: — суммарное сопротивление газового тракта при ма-
ксимальной нагрузке котла в мм вод. ст.;
Smp— тяга дымовой трубой в мм вод. ст.;
Кн — коэффициент запаса по напору, который может быть
принят: Кн = 1,2.
В заводских каталогах характеристики дымососов приводятся
для определенной температуры перемещаемых газов (обычно
200°С).
Для того, чтобы привести напор дымососа к номинальному
удельному весу, можно воспользоваться следующей формулой:
«•«>«. ст. (М)
Переводный коэффициент К определяется:
Т h
К — • 1 ух • °0 >
Т 7° Те *
где: 7° = 1,293 6о = 76О мм рт. ст., £в = 200°С.
15*
227
В формулах (93) и (94): — удельный вес дымовых газов
при 0° и 760 мм рт. ст. в кг/нм3;
Тух = 273 tyx — действительная абсолютная темпе-
ратура уходящих газов у дымо-
соса в °абс;
Тв = 273 te — абсолютная температура газов по
заводской характеристике в °абс;
b — барометрическое давление в мм
рт. ст.;
НдРым—напор дымососа при температуре
tgJ мм вод. ст.
Из формулы (94) видно, что чем выше температура газов,
тем меньше напор, который развивает вентилятор при одинаковой
его производительности.
Пусть, например, при заданной производительности центро-
бежного вентилятора (дымососа) и действительных условиях
его работы: т°гЛЗ= 1,34 кг!нм3\ tyx= 185° С; b = 730 мм рт. ст. на-
пор дымососа равен = 120 мм вод. ст.
Напор дымососа при той же производительности и темпе-
ратуре £в=200^С будет:
^Ze = W^ = 0,975.120 = 117 мм вод. ст.,
где
к _ 1,293 185Ц-273 760 _
1,34 200 + 273 730 ~
Мощность на валу дымососа подсчитывается по формуле:
*г ^дым^дым гл
дым - 3600402.^ ' Квт>
(95)
где: цдым— к. п. д. дымососа при полном напоре, имеющий, в за-
висимости от конструкции и характеристики дымо-
соса, значения в пределах 0,5—0,65; у дымососов
современных конструкций ^дим должен быть не
ниже 0,60;
Ка —' коэффициент запаса мощности, равный по нор-
мам 1,15.
Если несколько котлов котельной установки работают с об-
щим дымососом, то следует предусматривать резервный дымосос.
При параллельной работе двух или нескольких дымососов тяго-
вый режим котельной установки ухудшается; такой работы дымо-
сосов следует избегать.
Дымосос должен быть подключен к дымовой трубе таким
образом, чтобы дымовые газы можно было перепускать в дымо-
вую трубу помимо дымососа в случае его остановки. Заслонки,
228
устанавливаемые на обходном газовом канале, должны надежно
отключать обходной канал во время работы дымососа. Задвижки
у дымососа устанавливаются как на всасывающей, так и на на-
гнетательной сторонах. Следует предусматривать меры против
возникновения вибраций во время работы дымососа; для предот-
вращения вибрации фундамент должен иметь необходимую
массу. При расположении дымососа должна предусматриваться
возможность его свободного обслуживания.
Пример. Подсчитать высоту и диаметр дымовой трубы,
если требуется создать разрежение Smp = 25 мм вод. ст. для
следующих условий работы:
средняя температура дымовых газов в трубе—^ = 280° С;
температура наружного воздуха—/" = 25° С;
барометрическое давление — b = 745 мм рт. ст.;
расход топлива (подмосковного угля) — В = 1290 кг/час-,
объем дымовых газов — И, = 6,2 нм31кг.
Решение. Высота дымовой трубы определяется по фор-
муле (91):
Smn
77=2,15-------------------------- =
тр b / 1________1 \
273 + t“ 273 + tcPp )
= 2,15-----------—----------- -45,0 м.
745 7--?---------?---)
\ 273 + 25 273 + 280/
Сечение устья дымовой трубы определяется согласно фор-
муле (92):
= 5Уг (273 + <г) = 1290-6,2-(273+ 280) = Q 755 ^2.
тР 3600-W-273 3600.6-273 ’
при круглом сечении трубы ее диаметр будет:
d = 1/ J^£=1/<2J^^o,98 л« = 980 мм.
тР V 0,785 \ 0,785
Газовое сопротивление котельного агрегата
Газовое сопротивление котельного агрегата (A/7J, которое
должна преодолеть тяга, создаваемая тяговыми устройствами,
складывается из сопротивлении элементов котельного агрегата:
= ДЛт + ДЛК + ДЛЭК 4- ДЛвп + Л h6 + bha + Дйэу + ДЛтр,
229
где: Дйт— газовое сопротивление топки, равное разрежению
в топке, которое в дутьевых топках составляет
2-нб мм вод. ст.;
ДйЛ — газовое сопротивление котла, определяемое аэроди-
намическим расчетом.
Для приближенных расчетов газового сопротивления котлов
малой производительности можно принять:
bhK= A f—С мм вод. ст. (96)
I ** к I
Значения коэффициентов А и С указаны в табл. 28.
Таблица 28
Коэффициенты А и С для расчета газового сопротивления котла
Тип котла А С
Горизонтально-водотрубные котлы . 0,006 0
Вертикально-водотрубные котлы . 0,004 2
Жаротрубные котлы. . 0,006 0
Комбинированные котлы 0,009 0
Для расчета газового сопротивления водогрейных котлов
упрощенной конструкции можно считать ДйА, = 6н-8 мм вод. ст.
при ~^— = 12000 ккал/м2час.
Ик
MiaK — газовое сопротивление водяного экономайзера, ко-
торое определяется для ребристого водяного эконо-
майзера по формуле:
MiBK = 0,015 п wap мм вод. ст. (97)
В этой формуле, как и в последующих:
п— число труб по ходу газов;
— средняя скорость газов в м/сек;
khen—газовое сопротивление воздушного подогревателя, за-
висящее от конструкции подогревателя и выбранной
скорости газов в нем;
для трубчатых воздухоподогревателей может быть принято:
— мм вод. ст.,
(98)
где: I — длина трубы в м.
bh6 — газовое сопротивление боровов, которое можно при-
ближенно считать в 2 мм вод. ст. на каждые 25 м
длины борова при скорости газов 3—4 м/сек;
230
ДАа — сопротивление последовательно установленных газо-
вых задвижек, оцениваемое в 0,5-s-1,5 мм вод. ст.
для каждой задвижки;
ДАау — газовое сопротивление золоуловителя, зависящее от
конструкции и режима его работы; обычно сопроти-
вление механических золоуловителей не превышает
30—50 мм вод. ст.;
&hmp—сопротивление дымовой трубы, которое в зависимо-
сти от температуры и скорости газов, а также вы-
соты трубы, имеет значения в пределах &hmp =
= 2 15 мм вод. ст., причем бдлыпие значения со-
противлений относятся к дымовым трубам с искус-
ственной тягой.
Газовое сопротивление котлоагрегата можно считать, с неко-
торым приближением, пропорциональным квадрату величины
нагрузки котла. Если теплопроизводительность котла уменьшится
в 1,5 раза, то его газовое сопротивление, а следовательно и по-
требная тяга, уменьшится примерно в 1,52 = 2,25 раза.
Питательные насосы
Воду в паровые котлы подают питательные насосы. Если ра-
бочее давление паровых котлов превышает 0,7 ати, то в отопи-
тельно-производственных котельных по правилам Котлонадзора
надо установить не менее двух питательных насосов с незави-
симым приводом, причем один или оба насоса должны быть
паровыми. Производительность каждого насоса (GHac) должна
быть не менее 1,5 DMaKC> где £>макс— наибольшая паропроизво-
дительность котлов.
Если в котельной устанавливаются три и более питательных
насосов, то полную производительность всех насосов необходимо
выбрать так, чтобы при выходе из работы самого мощного на-
'соса полная производительность остальных насосов была не ме-
нее 1,2 £>макс. Производительность всех паровых насосов при
этом должна быть не менее 1,2 D„aKC.
Для питания котлов применяются электрические цен-
тробежные и поршневые паровые насосы. По-
следние обычно находятся в резерве и включаются в работу при
повреждении электронасосов или нарушении подачи к ним элек-
троэнергии.
В качестве второго питательного прибора, при наличии элек-
трического или парового насоса, можно использовать ручной на-
сос, но только в тех случаях, когда произведение Нк Рк < 200,
где Нк—поверхность нагрева котла в ж2, а Рк—рабочее давле-
ние в котле, исчисляемое в ати.
231
Вместо ручного насоса можно использовать водопровод, если
давление в нем превышает рабочее давление котла более, чем
на 1,5 атм.
Число и производительность насосов, необходимых для пита*
ния паровых котлов низкого давления (с рабочим давлением
Р 0,7 ати), выбирают по табл. 29.
Таблица 29
Число и производительность питательных насосов,
устанавливаемых в котельных низкого давления
Суммарная поверхность нагрева котлов в м* Число питательных приборов Из общего числа питательных приборов
ручные насосы центробежные насосы
число диаметр всасывающего патрубка в мм число производи- тельность в кг/час
До 25 1 1 25 — —
25--100 2 1 32 1
| 2£>макс
>100 3 1 >38
Напор, создаваемый насосом, определяется по формуле:
Ннас =10Р)Г4-(10-ь 20) м вод. ст.
Мощность на валу двигателя насосного агрегата должна быть
равна: ДГ = К _ квт (99) нас э 3600.102.^,
где: GHac—производительность насоса в кг/час\
Ннас—напор, создаваемый насосом, в м вод. ст.;
т)к—к. п. д. насоса, зависящий от его типа и размера,
в среднем равный для центробежных насосов
0,55-н 0,65;
— к. п. д. ременной передачи, принимаемый равным
0,90 — 0,92;
Ка— коэффициент запаса по мощности электродвигателя,
оцениваемый величиной/С, =1,10.
Высота всасывания питательного насоса зависит от его типа
и от температуры питательной воды. Поршневые насосы могут
всасывать холодную воду на высоту до 7 м при хорошей плотно-
сти всасывающей линии. Центробежные насосы могут всасывать
с глубины 3—5 м‘, их всасывающую линию перед пуском следует
заливать водой. При температуре воды, превышающей 70° С, на-
232
дежное всасывание обеспечить трудно, особенно у центробежных
насосов, так как цри большом разрежении во всасывающей ли-
нии при этой температуре будет происходить парообразование,
которое приводит к обрыву столба воды на всасывании. Поэтому
горячую воду в насосы следует подавать под напором, создавае-
мым питательным баком. Высота расположения бака по отноше-
нию к насосу находится в зависимости от температуры питатель-
ной воды.
Циркуляционные насосы
У водогрейных котлов, обслуживающих системы водяного отоп-
ления с искусственной циркуляцией, устанавливается не менее
двух циркуляционных насосов, предназначенных для поперемен-
ной работы. Производительность каждого насоса выбирается по
расчетному количеству воды, циркулирующей в системе. Точно
так же выбираются насосы водогрейной котельной, включенной
в систему горячего водоснабжения.
Расчетный напор насосов в метрах водяного столба должен
быть равен сумме гидравлических сопротивлений в местной си-
стеме отопления, наружных водоводах и циркуляционных трубо-
проводах в пределах котельной.
Циркуляционные насосы обязательно снабжают обводной ли-
нией, которая обеспечивает возможность регулирования количе-
ства воды, циркулирующей в системе отопления. Эта же линия
может служить для поддержания естественной циркуляции
в системе при остановке насосов. Диаметр обводной линии при-
нимается равным диаметру общей обратной линии перед
насосом.
Мощность циркуляционных насосов подсчитывается по фор-
муле (99).
Нужно отметить, что мощность циркуляционных насосов со-
ответствует напору, необходимому только для перемещения воды
по замкнутой системе отопления, полностью заполненной водой.
Трубопроводы
Паровые котельные установки снабжаются питательными ба-
ками, емкость которых принимается равной двухчасовому рас-
ходу воды при питании -всех работающих котлов. Обычно уста-
навливают два бака или один бак, разделенный перегородкой
на две части. Это позволяет очищать или ремонтировать один
из баков.
Весьма часто питательные баки служат также местом сбора
конденсата, возвращаемого в котельную от потребляющих пар
аппаратов. В этом случае баки необходимо располагать в под-
вальных помещениях котельной. Иногда они располагаются сна-
ружи котельной ниже уровня земли, что необходимо для обеспе-
чения стока конденсата. В эти же баки подводится добавочная
233
очищенная или сырая вода в зависимости от системы ее обра-
ботки. Центробежные питательные насосы следует устанавливать
на такой отметке, чтобы они находились под напором воды пи-
тательного бака. Как уже отмечалось, это необходимо для надеж-
ной работы центробежных насосов, особенно в том случае, когда
насосы подают горячую воду.
Рис. 91. Система питательных линий при установке группового водяного
„ экономайзера:
1 — котлы: 2 — экономайзер; 3 — электронасос; 4 — паровой питательный насос; 5 —
питательные баки; 6 — задвижки; 7 — обратные клапаны; 8 — водомеры; 9— предо-
хранительные клапаны; 10 — воздухоотводчик; 11 — термометр; 12 — манометр.
Питательные баки необходимо снабжать водомерными стек-
лами, спускными линиями для опоражнивания и переливными
линиями для предохранения от переполнения.
Особое внимание нужно обратить на защиту воды в питатель-
ных баках от поглощения ею кислорода из воздуха. Для этого
надо оборудовать баки герметическими крышками, снабженными
воздушными трубками с кислородными фильтрами из стальных
стружек. Кроме того, если это возможно по местным условиям,
следует над поверхностью воды в баках иметь паровую подушку
под небольшим давлением.
В паровых котельных, работающих с давлением пара выше
0,7 ати, в целях обеспечения большей надежности питания кот-
лов питательные линии выполняются двойными из цельнотяну-
тых труб. В случае установки водяного экономайзера, например,
группового, как это показано на рис. 91, схема должна преду-
сматривать возможность питания котлов водой как через эконо-
майзер, так и помимо него.
234
Скорость воды в главных питательных линиях выбирается
в пределах от 1,5 до 2,0 м/сек.
Если паровые котлы имеют рабочее давление пара, не пре-
вышающее 0,7 ати, питательные линии могут быть одинар-
ными.
Главный паропровод отопительно-производственных котель-
ных выполняется одинарным. Он должен иметь небольшой уклон
по направлению движения пара. Необходимо также предусмот-
реть установку на паропроводе водоотделителей с конденсацион-
ными горшками (водоотводчиками) для автоматического удале-
Рис. 92. Схема трубопроводов водогрейной котельной:
/— циркуляционный насос; 2— грязевик; 3— термометр; 4 — манометры;
5 — воздушник; 6 — линии к котлцм; 7 — спускная линия.
ния конденсата, который образуется в паропроводе вследствие
охлаждения пара. В настоящее время конденсационные горшки за-
меняют более надежными и экономичными подпорными шайбами.
При нагревании паропровод удлиняется; это удлинение рав-
няется 1,1 мм на каждый* погонный метр при повышении
температуры трубы на 100° С. Для того чтобы в паропроводе
при термических удлинениях не возникали большие напряжения,
на нем устанавливают так называемые компенсаторы, воспри-
нимающие удлинения. Такими компенсаторами могут служить
разного рода Колена и отводы в паропроводах или же спе-
циально согнутые в виде буквы П трубы. Паропровод, а также
.все его фасонные части, необходимо покрыть тепловой изоляцией,
толщина которой обычно бывает около 50 мм.
Диаметр паропровода определяется по следующей формуле:
D = 3600 • w •[ кг/час,
235
откуда:
1/—®—
|/ 3600-0,785-w 1
(100>
где: D — расход пара в кг/час',
7 — удельный вес пара в кг/м3, определяемый по таблицам
при данных давлении и влажности насыщенного пара
или давлении и температуре перегретого пара;
iso — скорость пара в паропроводе, принимаемая в следую-
щих значениях:
для насыщенного пара w = 20-г- 30 м/сек:
для перегретого пара w = 30-4- 50 м/сек.
Схема трубопроводов водогрейной котельной представлена на
рис. 92. По этой схеме предусматривается установка двух центро-
бежных насосов, снабженных задвижками на всасывающей и на-
порной линиях в целях регулирования подачи воды и отключения
насосов. Производительность насоса следует, как правило, регу-
лировать задвижкой на всасывающей стороне насоса. На всасы-
вающей и напорной линиях насосов устанавливаются манометры.
Пример. Подсчитать диаметр паропровода отопительно-
производственной котельной, если известны:
расход насыщенного пара D = 4 т/час;
давление пара Р = 8 ати.
Решение. Удельный вес сухого насыщенного пара при дав-
лении 9 ата по таблицам для насыщенного водяного пара равен:
7" = 4,56 кг/м\
Выбираем скорость пара:
•w - 20м/сек.
Тогда по формуле (100) диаметр паропровода (в свету) дол-
жен быть:
У 3600•0,785-w 7"
« I /---------4000------«0,125 л= 125 мм.
У 3600.0,785.20.4,56
ГЛАВА XII
КОМПОНОВКА ОТОПИТЕЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
КОТЕЛЬНЫХ
Под компоновкой котельной установки подразумевается раз-
мещение котельных агрегатов и вспомогательного оборудования
в помещении котельной. Компоновка должна обеспечить удоб-
ство и безопасность обслуживания котельного оборудования и
надлежащие условия труда, но не должна вызывать неоправдан-
ных излишеств при размещении оборудования, удорожающих
стоимость строительной части и монтажа установки.
Различают индивидуальные и центральные котельные уста-
новки.
Индивидуальные котельные установки предназнача-
ются для обслуживания лишь одного отопительного или произ-
водственного объекта (здания, бани и пр.).
Центральные котельные установки обслуживают группу
отопительно-производственных объектов; обычно они размеща-
ются вблизи наиболее теплоемких потребителей. Такие установки
связываются с потребителями посредством теплопроводов, по
которым теплоноситель (вода, пар) передает тепло от котельной
потребителям. Центральные котельные имеют перед индивидуаль-
ными ряд существенных преимуществ, к которым относятся:
укрупнение котельных агрегатов, большая экономичность работы,
меньший штат персонала, более высокий уровень механизации
и автоматизации производственных процессов, меньшее загряз-
нение местности золой и шлаком в связи с возможностью уста-
новки более совершенных золоуловителей и пр. Одним из преиму-
ществ центральной котельной является и то обстоятельство, что
она создает условия, благоприятствующие последующему присо-
единению теплопроводов к теплофикационной сети теплоэлектро-
централи. В связи с этим при проектировании всегда отдают
предпочтение сооружению центральных котельных.
Котельные агрегаты располагаются в здании котельной в один
или два ряда; в последнем случае фронты котлов обоих рядов
располагаются один против другого. При компоновке котельной
должны быть соблюдены наименьшие расстояния, диктуемые ус-
ловиями безопасности и удобства обслуживания котлов. Эти
расстояния указаны в табл. 30.
237
Таблица 30
Наименьшие расстояния, требующиеся при установке котлов
Характеристика расстояния
От фронта котла или выносных топок до противоположной
стены
Между расположенными друг против друга фронтами кот-
лов или выносных топок
От фронта котлов до установленного перед ним оборудования
Боковой проход между двумя котлами или котлом и стеной
здания .....
То же, в случае необходимости бокового обслуживания то-
пок котлов с поверхностью нагрева до 150 м*
То же, в случае необходимости бокового обслуживания
топок котлов с поверхностью нагрева более 150 м2
Боковой проход между выступающими частями котлов . .
Проход между задней стеной обмуровки котла и задней
стеной здания . . . . . .
Расстояние между боковой стеной обмуровки н стеной зда-
ния котельной при отсутствии прохода . . .
Расстояние от верха барабана или сухопарника котла до ниж-
них конструктивных частей покрытия . . . .
То же от верхней рабочей площадки котла до нижних кон-
структивных частей покрытия
Высота зольного помещения
Ширина проезда в зольном помещении
В котельных, оборудованных чугунными
секционными котлами с внутренней
топкой и. в е р т и к а л ь н ы м и котлами
Свободный проход перед фронтом
Ширина бокового прохрда .
Расстояние от верхнего днища котла до нижних конструк-
тивных частей покрытия . .
То же, от рабочей площадки котла до нижних конструктив-
ных частей покрытия
Наименьшее
расстояние
в м
3,0
5,0
1,5
1,0
1,5
2,0
0,8
1,0
0,07
'0,7
2,0
Не менее
2,0
Ширина
вагонетки
плюс 0,7 м
с каждой
стороны
2,0
1,0
0,7
2,0
Важное значение для эксплуатации котлов имеет правильное
и удобное размещение лестниц и площадок. Последние должны
быть шириной не менее 600 мм и снабжаются перилами высотой
в 1 м, Нижнюю часть перил, необходимо оградить сплошным
или сетчатым ограждением высотой 18 см. Площадки, отстоящие
от пола на высоту более 1,5^, должны быть сплошными. Уклон
лестниц к горизонту при их высоте более 1,5 м должен быть не
238
более 60 °; ширина лестницы — не менее 600 мм с площадками
через каждые 3 м по высоте.
Котельные помещения должны удовлетворять требованиям
Котлонадзора и противопожарных норм. В частности, при пло-
щади пола свыше 250 м2 в котельной устраивается не менее, чем
два выхода, причем двери выходов открываются наружу. У две-
рей, через которые подается в котельную топливо или вывозится
шлак, устраиваются тамбуры. Не разрешается устанавливать
в котельной машины или аппараты, не имеющие прямого отно-
шения к обслуживанию либо ремонту котлов или котельного
помещения.
Котельную оборудуют отоплением и вентиляцией.
239
Для искусственного освещения котельной пользуются элек-
трическими лампами накаливания напряжением 120 и 220 в при
условии подвески их на высоте не менее 2,5 м от пола или при-
менения арматуры, при которой доступ к лампе Невозможен без
особых приспособлений.
План
Фронт котлов
-------9670 -
Рис. 94. Размещение водогрейных котлов системы
И. С. Болотина.
Если эти условия не могут быть соблюдены, то должны при-
меняться лампы с напряжением 36 в.
Паровые котлы, имеющие рабочее давление свыше 0,7 ати,
можно устанавливать над или под производственными и другими
помещениями, в которых могут находиться люди, только в особых
случаях и по согласованию с органами Котлонадзора.
При котельной должны быть предусмотрены бытовые поме-
щения для обслуживающего персонала.
240
Для удешевления строительной части котельной в местностях
со средней температурой самого холодного месяца не ниже —5° С
целесообразно сооружать полуоткрытые котельные. Котлы в та-
ких котельных размещаются на открытом воздухе, а их фронт
закрывается строительной коробкой, предохраняющей арматуру
от замерзания и обеспечивающей нормальные условия для ра-
боты обслуживающего персонала.
16 Зак. м яма
241
В настоящей главе приведены несколько примеров компоно-
вок отопительных котельных.
Рис. 96. Компановка центральной отопительной котельной:
1 — водогрейные котлы; 2 — паровой котел низкого давления; 3 — сухопарник; 4 — дутье-
вой вентилятор; 5 — циркуляционный насос; 6 — бойлер; 7 — бак для конденсата.
Размещение водогрейных котлов проф. Л. К. Рамзина, тепло-
производительностью каждый 260 000 ккал/час, изготовленных
242
из труб диаметром 38/32 мм, показано на рис. 93. Расстояние от
фронта котла до противоположной стены выбрано 3500 мм-, вы-
сота котельной равна 3900 мм.
Размещение водогрейных котлов системы инж. И. С. Боло-
тина приведено на рис. 94. Длина котла при теплопроизводитель-
ности Q = 500 000 ккал/час составляет I = 3000 мм\ при Q =
= 300 000 ккал/час I = 2500 мм.
План и разрезы отопительной котельной с котлами Н. Н. Ре-
вокатова (рис. 95) дают представление о компоновке основного
и вспомогательного оборудования котельной. Насосы и дутьевые
вентиляторы установлены в отдельном помещении. Для отдыха
персонала предусмотрена комната площадью 12,4 м2. Уборка
шлаков и золы из котельной наружу осуществляется при помощи
крана-укосины.
Компоновка центральной котельной, расположенной в подваль-
ном помещении, предназначенной для отопления нескольких зда-
ний и горячего водоснабжения, представлена на рис. 96. Котель-
ная оборудована двумя водогрейными котлами НР(ч) системы
Н. Н. Ревокатова с поверхностью нагрева по 34 л<2 каждый и од-
ного парового котла НР (ч) с такой же поверхностью нагрева при
рабочем давлении 0,25 ати. Теплопроизводительность обоих водо-
грейных котлов равна 700 000 ккал/час, парового котла —
200 000 ккал/час. Годовое потребление котельной антрацита
марки АРШ составляет 450 т/год.
В отдельном помещении, примыкающем к котельной, установ-
лены два вентилятора среднего давления и два циркуляционных
насоса. Пар из парового котла поступает в паро-водяные бойлеры
со змеевиками. Конденсат пара из этих бойлеров стекает в кон-
денсатный бак, откуда он подается питательным насосом в паро-
вой котел. При котельной имеются санитарный узел, души, ма-
стерская и комната для истопника.
16*
ГЛАВА ХШ
СЕБЕСТОИМОСТЬ ОТПУЩЕННОГО ТЕПЛА
Итоговым технико-экономическим показателем эксплуатации
котельной является себестоимость 1 млн. ккал тепла, отпущен-
ного котельной установкой. Анализ годовых затрат на выработку
тепла в котельной установке позволяет выявить недостатки экс-
плуатации и наметить мероприятия, направленные к снижению
себестоимости тепла.
В качестве примера приводится калькуляция себестоимости
1 млн. ккал отпущенного тепла в двух отопительных котельных
установках (табл. 31).
Таблица 31
Калькуляция себестоимости 1 млн. ккал отпущенного тепла
Наименование затрат Котельная № 1 Котельная We 2
рубили. ккал % руб/млн. ккал %
Затраты на топливо . Зарплата персоналу Амортизация . Текущий ремонт . Затраты на электроэнергию . Прочие расходы . 44,3 10,7 6,8 4,3 1,0 2,2 63,9 15,5 9,8 и 3,2 31,5 9,3 5,2 3,6 0,5 1,5 60,9 18,1 10,0 7,0 1,0 3,0
Итого 69,3 1 100,0 1 | 51,6 100,0
Из этих калькуляций видно, что основными являются затраты
на топливо. В их состав входят: стоимость топлива на месте от-
пуска, перевозка и выгрузка его на складе. Более совершенное
использование топлива в котельной установке, бережное его хра-
нение на складе, механизация работ на топливном складе дают
в результате снижение затрат на топливо. Особенно серьезное
внимание должно б^ть обращено на достижение более высокого
коэффициента полезного действия котельной установки.
На успешное решение этой задачи должны быть направлены
усилия персонала котельной установки, который, идя по испы-
244
тайному пути социалистического соревнования, должен доби-
ваться образцовой постановки эксплуатации и, в частности, ис-
пользования топлива, а следовательно, и снижения себестоимости
отпущенного тепла.
Большую роль в себестоимости тепла играют затраты на за-
работную плату персонала котельной (прямую и дополнитель-
ную). Эти затраты можно сокращать, применяя механизацию и
автоматизацию процессов в котельной установке.
Существенной составляющей себестоимости являются ежегод-
ные отчисления на амортизацию оборудования и здания котель-
ной. Эти отчисления предназначаются для восстановления исправ-
ного состояния оборудования и зданий путем их капитального
ремонта. Затраты на капитальный ремонт в соответствии с утвер-
ждаемым в установленном порядке планом финансируются за
счет амортизационных отчислений, поступающих на специальный
счет предприятия. Для каждого вида оборудования и сооружений
установлены нормы амортизационных отчислений в виде некото-
рого процента от их первоначальной стоимости.
Затраты на текущий ремонт складываются из расходов на
заработную плату ремонтного персонала и оплату материалов,
инструментов и приспособлений, необходимых для выполнения
работ. Если ремонт проводится высококачественно, затраты на
его проведение снижаются, так как в этом случае установка будет
работать без аварий и неполадок, вызывающих необходимость
выполнения внеочередных аварийных работ.
Затраты на электроэнергию определяются по ее количеству,
потребному на привод насосов и тяго-дутьевых устройств котель-
ной. Снижения этих затрат можно добиться, обеспечивая эконо-
мичную работу оборудования котельной.
Прочие затраты складываются из оплаты воды, освещения,
вывозки шлака и золы, расходов на технику безопасности, охрану
труда и т. д.
Технико-экономические показатели эксплуатации котельной
надо систематически анализировать, а на основе этого анализа
намечать мероприятия по снижению себестоимости продукции
котельной установки и отпускаемого ею тепла.
Рассматривая калькуляции себестоимости 1 млн. ккал тепла,
приведенные в табл. 31 для двух котельных, находящихся в оди-
наковых условиях топливоснабжения, можно видеть, что котель-
ная № 1 эксплуатируется значительно менее удовлетворительно,
чем № 2. Объясняется это тем, что в котельной № 1 наблюдается
пережог топлива, не применяются передовые методы обслужи-
вания котлов и топок, не поддерживается строгий режим чи-
стоты поверхностей нагрева и плотность газоходов, отсутствуют
устройства для механизации топливоподачи, не разработан и не
выполняется график оптимального распределения нагрузок между
котлами. Все это и приводит к удорожанию топливной состав-
ляющей себестоимости 1 млн. ккал.
245
Плохая расстановка персонала и широкое применение руч-
ного труда нашли свое отражение в сумме затрат на заработную
плату персонала. Невысокая производительность котлов и недо-
статочная годовая выработка тепла вызвали рост затрат на за-
работную плату персонала и отчислений на амортизацию, прихо-
дящихся на 1 млн. ккал вырабатываемого тепла. Плохая органи-
зация труда, недоброкачественное проведение ремонтов и наличие
аварий оборудования повлекли за собой необходимость выполне-
ния внеочередных работ и завышение затрат на ремонт обору-
дования.
В котельной не соблюдается режим экономии электроэнергии
на собственные нужды. Питательные насосы и тяго-дутьевые уст-
ройства работают на неэкономичном режиме с неполной загруз-
кой; не внедрены устройства для экономичного регулирования
производительности этого оборудования.
В заключение нужно сказать, что удельные затраты на топ-
ливо и электроэнергию мало зависят от производительности
котельной. Остальные затраты на 1 млн. ккал, тепла снижаются
при увеличении выработки тепла в котельной. Отсюда становятся
ясными важность и необходимость возможно более полной цен-
трализации выработки тепла и укрупнения котельных, а также
более полного использования их оборудования.
Плановая калькуляция себестоимости 1 млн. ккал тепла дол-
жна составляться с учетом всех мероприятий, способствующих
уменьшению подовых эксплуатационных затрат.
ЛИТЕРАТУРА
Болотин И. С., Вознович П. Д. Упрощенные конструкции ото-
пительных котлов. М., Изд. НККХ РСФСР, 1948.
Г у р в и ч С. М. и Шапкин И. Ф. Справочник по обработке воды для
промышленных котельных низкого давления. М., Госэнергоиздат, 1950.
Гусев Ю. Л. Основы проектирования котельных установок. М., Строй-
издат, 1952.
Кашников С, П. и Цыганков В. Н. Расчет котельных агрегатов
в примерах и задачах. М., Госэнергоиздат, 1951.
Ковалев А. П. Котельные агрегаты. Ч. I. М., Госэнергоиздат, 1948.
Ковалев А. П. и Катковская К. Я. Котельные агрегаты. Ч. II.
М., Госэнергоиздат, 1950.
Коллектив авторов. Справочник по Котлонадзору. М., Госэнерго-
1здат, 1951.
Нипкевич Е. А. Проектирование котельных агрегатов малой и сред-
ней производительности. М., Госэнергоиздат, 1951.
Рев о катов Н. Н. Перевод отопительных котельных на подмосковный
уголь, торф и дрова. М., Изд. НККХ РСФСР, 1945.
Татищев Q. В. Тепловая «работа, конструкции и расчет ручных топок,
работающих на местном топливе. М., ИТЭИН Госплана СССР, 1945.
Щеголев М. М. Топливо, топки и котельные установки. М., Строй-
пздат, 1940.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
ХГлава I. Элементы котельной установки 5
/Глава II. Топливо 9
Состав топлива . . 12
Теплотворная способность топлива 16
_ Характеристики топлив СССР 21
Глава III. Горение топлива 28
Понятие о процессе горения топлива и химические реакции горения
Теоретическое и действительно необходимое количество воздуха
Полное и неполное горение
Объем и теплосодержание дымовых газов
Теоретическая температура горения
Теплообмен в котельном агрегате
X Глава IV. Баланс тепла котельной установки
Составляющие баланса тепла .
Потери тепла с уходящими газами
Потери тепла от химической неполноты сгорания
Потери тепла от механической неполноты сгорания
Потери тепла в окружающую среду ... . • .
Полезно использованное тепло. Коэффициент полезного действия
котельной установки
Испарительность топлива
Подсчет расхода топлива ...
Проеетный и эксплуатационный тепловые балансы. Передовые методы
рационализации теплового баланса
Пример составления теплового баланса отопительно-производствен-
ной котельной установки и подсчета расхода топлива
Глава V. Топки отопительно-производственных котлов
Классификация топочных устройств
Основные характеристики топок
Ручная колосниковая топка
Механизация слоевых топок
Шахтные топки для сжигания дров
Топки с механическими забрасывателями
Пневматические топки
Цепные решетки
Механическая топка с шурующей планкой .
Топки для сжигания жидкого и газообразного топлива
Камерное сжигание твердого топлива .
Понятие о выборе и расчете топочных устройств
Расчет теплопередачи в топке...............................
28
31
35
40
42
43
48
48
49
51
52
54
55
57
58
59
60
63
63
64
65
72
73
77
79
81
85
88
. 93
96
105
247
Глава VI. Паровые кЪтлы
Требования, предъявляемые к конструкции парового котла
Типы отопительно-производственных «паровых котлов
Горизонтально-водотрубные котлы
Вертикально-водотрубные котлы
Жаротрубиые котлы ...
Котлы с дымогарными трубами
Комбинированные котлы
Водяные экономайзеры и воздухоподогреватели
Расчет поверхностей нагрева котельного агрегата
Глава VII. Водогрейные н паровые котлы низкого давления
Требования, предъявляемые к водогрейным котлам
Чугунные секционные котлы .
Стальные водогрейные котлы
Расчетные параметры котлов
Глава VIII. Монтаж и эксплуатация котлов
Монтаж котлов ....
Арматура паровых котлов . .
Арматура водогрейных котлов .
Контрольно-измерительные приборы
Эксплуатация котлов
Автоматизация котельных установок
Глава IX. Топливоподача и золоудаление
Склады топлива
Газоснабжение
Подача твердого топлива
Золоудаление
Золоулавливание
Глава X. Обработка питательной и котловой воды
Понятие о качестве питательной воды .
Нормы качества питательной и котловой воды
Продувка котла ...
Внутрикотловая обработка воды
Подготовка добавочной воды
Деаэрация воды ....
Очистка -поверхностей нагрева от накипи
Глава XI. Вспомогательное оборудование котельной
Дутьевые устройства
Тяговые устройства ?
Газовое сопротивление котельного агрегата
Питательные насосы . .
Циркуляционные ' насосы
Трубопроводы
Глава XII. Компоновка отопительно-производственных котельных
Глава XIII. Себестоимость отпущенного тепла
Литература
109
109
114
118
120
127
129
131
131
138
141
141
142
148
157
159
159
163
171
172
173
177
180
180
182
183
185
191
194
194
198
200
202
208
214
214
216
216
222
229
231
233
233
. 237
244
. 246