ЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Здания электростанций обычно состоят из двух основных помещений — котельной и машинного зала. Иногда машинный зал называют турбогенераторным залом. В котельной расположены водотрубные или жаротрубные котлы и следующее вспомогательное оборудование: транспортеры для подачи угля сверху или бункера, весы для угля, дробилки для угля, штокеры для подачи угля в топки, дымососы, насосы, устройства для нагревания воды и воздуха, устройство для удаления золы, устройства для предварительной обработки воды, измерительная и контрольная аппаратура, аппараты для анализа воды, поступающей в котлы, борова и т. д. Вне котельных расположены дымовые трубы.
Машинные залы имеют меньшую высоту, чем котельные. В машинных залах, кроме одной или нескольких паровых турбин, могут находиться один или несколько генераторов, распределительный щит, трансформаторы, воздушные компрессоры, добавочные охладители, регуляторы скорости турбин, измерительная и контрольная аппаратура, выключатели, мостовые краны или другое соответствующее оборудование для переноски тяжелых машин и необходимые санитарно-гигиенические обустройства для рабочих и служащих электростанций.
В машинном зале помещается небольшая контора.
Строительные элементы зданий электростанций.
Стены зданий делаются из различных материалов. Перекрытия делаются из стальных ферм или из железобетонных балок, изготовленных на заводе или на месте. Обычно под котельными и машинными залами располагаются подвальные помещения такой высоты, чтобы в них можно было разместить трубопроводы, насосы, подогреватели для воды, поступающей в котлы, устройства для уборки золы и форсунки для угольной пыли под теми котельными, которые используют такой вид топлива.
Верх железобетонного перекрытия подвала является полом котельной и машинного зала. Для обеспечения больших удобств при обслуживании всех агрегатов пол во всех помещениях электростанции находится на одном уровне. В необходимых местах устраивают лестничные клетки. Особенное внимание при проектировании электростанций обращается на размещение пульта управления и конторы так, чтобы они были в стороне от шума и к ним не проникала пыль и грязь. В районах с жарким климатом иногда не устраиваются помещения для котельных, а вместо них делаются только укрытия в тех местах, где нужно защитить обслуживающий персонал от непогоды. Дымовые трубы, расположенные вне зданий электростанций, делаются из кирпича или бетона, облицованного кирпичом, также устраиваются железные трубы на растяжках.
Местоположение дымовых труб определяется общей планировкой котельных топок, местом выхода дымовых газов, устройствами для подогрева воздуха, типами дымососов и сборщиков зольной пыли и имеющейся свободной площадью.
Для экономии и упрощения конструкций зданий, перекрытия подвальных помещений в электростанциях и основания под котлы поддерживаются колоннами.
Связи между колоннами не должны мешать свободному проходу между агрегатами и, кроме того, должно оставаться достаточно свободного места для монтажа оборудования при его ремонте. При проектировании ферм для перекрытия зданий электростанций, перекрытий подвальных помещений и др. следует учитывать, что, кроме своей основной задачи, перекрытия должны поддерживать все трубопроводы и оборудование для установки и ремонта всех вспомогательных устройств.
Мостовой кран.
В машинном зале должен быть мостовой кран, который устанавливается при постройке электростанции, как это станет только возможным. Такой кран совершенно необходим в процессе построечных работ, а также в дальнейшем при эксплуатации электростанций. Грузоподъемность мостового крана должна быть такой, чтобы переносить статор генератора, который является наиболее тяжелой частью оборудования. В качестве перекрытия подвальных помещений машинного зала обычно используются съемные сплошные бетонные, решетчатые или сплошные металлические плиты. Это позволяет использовать мостовые краны также для работы с оборудованием, находящимся в подвальных помещениях. Перед началом монтажных работ в котельных в них тоже устанавливается крановое оборудование, которое в дальнейшем с большой эффективностью используется в процессе эксплуатации котельных.
Фундаменты турбин.
Железобетонные фундаменты турбин должны быть массивного жесткого типа, без связей, со строительными конструкциями выше пола подвальных помещений. До проектирования фундаментов должны быть произведены детальные инженерно-геологические обследования мест их установки. На основании данных обследований определяется несущая способность грунтов основания и выбирается тип фундаментов, например сваи, кессоны, сплошные уширенные фундаменты и т. д.
Стальные фундаменты турбин должны иметь прочные связи. При этих типах фундаментов облегчается монтаж трубопроводов, но стальные фундаменты не так хорошо поглощают вибрацию, как массивные железобетонные. Фундаменты для распылителей угля и воздушных компрессоров устанавливаются на толстых железобетонных плитах, составляющих одно целое с перекрытиями подвальных помещений.
Конструктивно пол электростанции делается из двух слоев литого бетона. На первом слое устанавливаются плиты под машины, укладываются трубопроводы, водоотводные трубы и устраиваются каналы. Второй слой делается такой толщины, чтобы предохранить уложенные трубопроводы и другие коммуникации.
Конструкции крыш.
Крыши обычно устраивают из теплоизоляционных материалов, а сверху покрывают кровельным материалом. Эксгаустеры, вентиляторы и другие вытяжные приспособления обычно устанавливают на крышах котельных. Наиболее целесообразно для дневного освешения машинного зала полностью от пола до потолка застеклять одну стену. Это придает зданию электростанции красивый вид.
Типы котлов
Водотрубные котлы.
Водотрубные котлы обычно применяются на электростанциях и в других силовых установках мощностью свыше 1 000 л. с. Такая мощность может быть получена при производительности котлов свыше 2 т пара в час. В водотрубных котлах вода циркулирует по трубам, которые нагреваются газообразными продуктами горения. Обычно давление пара в водотрубных котлах бывает от 42 до 150 ти. Температура в котлах может доходить до 1150° С.
Топки водотрубных котлов представляют собой устройства в виде вертикально установленных труб, которые соединяются внизу в кольце огневой коробки котла, а вверху — в барабане. Эти трубы образуют как бы стенки топок. Горячие топочные газы омывают снаружи трубы, наполненные водой. Вследствие относительно большой площади нагревания у труб, можно быстро давать форсировку котлам и получать высокое рабочее давление пара. Водотрубные котлы можно сильно форсировать, не боясь повреждения труб, для быстрого получения пара в требуемом количестве. Более сложные конструкции водотрубных котлов требуют большего наблюдения за ними и должны обслуживаться более квалифицированным штатом. Это является одним из недостатков таких типов котлов. Совершенствование водотрубных котлов шло по линии индивидуального изобретательства, поэтому почти каждый тип водотрубного котла выпускается только одной какой-нибудь компанией.
Жаротрубные котлы.
Жаротрубные котлы изготовляются вертикального или горизонтального типа. Диаметр горизонтальных котлов бывает от 0,9 до 1,8 м, длина — от 2,4 до 5,4 м и мощность — от 20 до 100 л. с. Диаметр вертикальных котлов бывает от 0,75 до 1,2 м, высота —от 2 до 3 м и мощность — от 10 до 45 л. с. (рис. 1).
Жаротрубные котлы имеют металлическую обшивку или кирпичную облицовку или то и другое в комбинации. Котлы паровозного типа состоят из прямоугольной огневой коробки, окруженной водой, и жаровых труб, которые соединяют огневую коробку с дымовой коробкой, из которой продукты горения поступают в дымовую трубу. Обычно в жаротрубных котлах имеются сухопарники для перегрева пара. Котлы часто делают полупередвижными, устанавливая их на полозьях, однако в большинстве случаев на небольших станциях и в отдельных пунктах, где требуется пар, эти котлы устанавливаются как стационарные.
Вырабатываемый пар подается к паровым молотам, используется для отопления зданий и вагонов, а также применяется для подогревания воды и очистки с помощью пара загрязненных деталей машин перед их ремонтом
Рис. 1 . Автоматические паровые котлы фирмы Вапор-Кларсон, работающие на натуральном газе.
Горизонтальные стационарные паровые котлы отличаются от паровозных тем, что вода в них превращается в пар от сжигания топлива непосредственно в облицованной кирпичом огневой коробке и прохождения продуктов горения через жаровые трубы, практически проходящие во всю длину котлов. В некоторых конструкциях котлов топка расположена в нижней половине котла, в то время как в верхней части находится циркулирующая вода. Водяная рубашка котла обычно расположена между огневой коробкой, наружным кожухом котла и задней стенкой его, где по топочным ходам горячие газы поступают в верхние жаровые трубы.
Секционные паровые котлы. Секционные паровые котлы делаются водотрубного типа и полностью автоматизированными. Водяные трубы имеют небольшой диаметр. В котлах сжигаются тяжелые или легкие сорта жидкого топлива, газ или комбинация из этих видов топлива. Для создания тяги применяются вентиляторы, в связи с чем отпадает необходимость в сооружении специальных дымовых труб. Продукты горения 4 раза проходят через котел, в связи с чем теплотворная эффективность топлива превышает 80%. Большинство секционных котлов выпускается производительностью от 20 до 600 л. с. и давлением пара от 1 до 17,5 ати.
ДЫМОВЫЕ ТРУБЫ
Конструкции дымовых труб.
Дымовые трубы электростанций делаются из клинчатого и обычного кирпича, железобетона или листового железа. Клинчатый перфорированный кирпич формуется так, чтобы при кладке труб образовывалась правильная круглая гладкая поверхность труб с тонкими ровными швами. Обычный кирпич применяется в тех случаях, когда это необходимо по архитектурным или экономическим соображениям.
Железобетонные дымовые трубы представляют собой конического вида сооружения из бетона, усиленного в вертикальном или горизонтальном направлении стальной арматурой. Внутренняя и наружная опалубки для бетонных работ обычно изготовляются из листового железа. Железные дымовые трубы изготовляются из листового железа соответствующей толщины, согнутого по диаметру труб и сваренного или склепанного в горизонтальных и вертикальных швах. Трубы имеют один диаметр до самого верха. С внутренней стороны трубы обычно облицовываются кирпичом или торкретом, последний при толщине б см является достаточной защитой при не сильно агрессивных газах.
Особое внимание при проектировании труб должно быть обращено на их размеры. В некоторых случаях при проектировании труб может оказаться необходимой консультация теплотехников.
Типы боровов.
Топки котлов могут быть присоединены к дымовой трубе одним общим боровом или у каждой топки может быть своя дымовая труба и соответствующий индивидуальный боров. Выбор типа боровов определяется следующими факторами:
а) относительной стоимостью,
б) необходимостью установки золоуловителей,
в) требованием к тяге.
При применении дымососов обычно проектируют небольшие дымовые трубы с учетом больших скоростей выходящих газов. При проектировании дымовых труб особое внимание должно быть обращено на возможное перспективное увеличение производительности котельных, с чем связана необходимость увеличения размеров и высоты дымовых труб для удаления большого количества продуктов горения.
Борова горизонтальных котлов обычно располагаются в верхней задней части котлов. Борова больших водотрубных котлов укладываются на специальных основаниях и снабжаются тепловыми компенсаторами. Верх боровов делается в виде арки для создания большей жесткости. Борова устанавливаются на некотором расстоянии от котла так, чтобы оставалось достаточно места для установки регулятора тяги. В боровах устраиваются заслонки для возможного периодического их осмотра. Все изменения в размерах боровов, связанные с присоединением к ним топок от дополнительных котлов, должны быть сделаны так, чтобы не нарушать однотипности тяги.
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ТОПКИ
В настоящее время существуют разнообразные устройства для подачи топлива в топки. Обычно уголь доставляется в хопперах и выгружается в находящиеся под путями бункера, из которых уголь, пройдя дробилки, поступает в верхние бункера. Запасы угля в верхних бункерах рассчитываются не меньше чем на 24 ч работы котлов, а загрузочные устройства должны наполнять бункера углем в течение одной восьмичасовой смены. При использовании пылевидного угля распылитель должен быть расположен непосредственно около топки во избежание опасных скоплений угольной пыли в помещении котельной.
Жидкое топливо должно храниться в цистернах под землей или вне котельных. Из этих цистерн топливо подается в форсунки насосами или сжатым воздухом. Густое жидкое топливо предварительно разогревается.
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
На железнодорожных электростанциях применяются различные устройства для подачи угля в топки котлов. Типы этих устройств определяются расположением угольных бункеров и сортом углей. С помощью разбрасывающих штокеров можно очень производительно сжигать все сорта битуминозных, полубитуминозных и бурых углей. Достоинством разбрасывающих штокеров является то, что разбрасываемый ими механически или пневматически уголь быстро сгорает без образования клинкера. В котлах с очень большой производительностью уголь подается в топки выталкиванием его снизу или со стороны. Очень совершенными для сжигания пылевидного угля являются циклонные топки, в которые угольная пыль поступает с первичным воздухом, а дополнительный воздух, пропускаемый с большой скоростью над горящим углем, обеспечивает полное его сгорание и полное удаление золы из топок. Эта зола в расплавленном состоянии попадает в бак с водой, где она превращается в гранулированный шлак. В циклонных топках также можно сжигать газообразное и жидкое топливо.
В состав вспомогательного оборудования входят обустройства для автоматического управления топками, водоподогреватели, насосы для питания котлов, баки и насосы для обработки воды и воздушные компрессоры. В настоящее время применяются электрифицированные и моторизованные компрессоры, которые устанавливаются непосредственно около мест потребления воздуха, что сильно уменьшает расходы на устройство воздухопроводов.
Уборка золы.
Уборка золы может производиться сухим и мокрым способами. В одном устройстве для удаления золы используется струя пара для выдувания золы из поддувал и зольных ям в резервуары, из которых зола поступает в полувагоны или на грузовые автомобили для вывозки.
В некоторых случаях местными законами и правилами запрещается выбрасывать в воздух зольную пыль и копоть. В таких случаях должны устанавливаться для зольной пыли и копоти специальные пылеуловители, из которых эти материалы поступают в топку. Пылеуловители различных конструкций особенно эффективны, если их устанавливают между топками и дымососами, сильно уменьшая коррозионное воздействие зольной пыли на лопасти дымососов и облицовку боровов и дымовых труб. При большом содержании серы и зольной пыли она может быть использована как добавка к портланд-цементу. Однако такая добавка разрешается после соответствующего химического анализа зольной пыли и если это допускается соответствующими техническими условиями.