Раздел пятый
КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Глава I
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ
§ 5-1. Назначение котельной установки на железнодорожном транспорте
Котельной установкой называется совокупность устройств, используемых для превращения химической энергии топлива в тепловую энергию водяного пара или горячей воды. Водяной пар и горячая вода удобны для практического использования. Они как теплоносители применяются в централизованном снабжении потребителей теплом.
Водяной пар для целого ряда технологических процессов на железнодорожном транспорте является более универсальным теплоносителем, чем горячая вода, поэтому на железных дорогах применяют котельные, отпускающие потребителям (за исключением пассажирских вагонов) только пар.
Водяной пар используют в стационарной энергетике транспорта и в транспортном строительстве для различных целей: как теплоноситель в разнообразных технологических процессах, связанных с пропаркой, вываркой, промывкой, сушкой и т. д.; для отопления, вентиляции и бытовых нужд; как рабочее тело для паровых двигателей.
Если пар нужен только для производства механической или электрической энергии в паросиловых установках, то котельную установку можно назвать энергетической. Обычно давление пара в этих установках равно (104-25) 105 Н/м2.
Производственно-отопительные котельные установки, отпускающие пар давлением (3-г 15)105 Н/м2, обслуживают потребителей пара для технологических процессов и отопления. Этот вид установок является наиболее рациональным для железнодорожного транспорта и поэтому широко распространен. Необходимое давление пара для каждого потребителя может быть достигнуто применением редукционных клапанов, автоматически снижающих давление пара до определенной величины.
Отопительные котельные имеют давление в котлах (1,24-3)х105 Н/м3. В качестве теплоносителя от отопительных котельных используется или пар или горячая вода.
Кроме перечисленных типов, встречаются и котельные смешанного назначения, одновременно снабжающие паром различного давления паровые двигатели, потребителей тепла для технологических нужд, а также и отопительно-вентиляционные установки служебных и жилых зданий.
Основными характеристиками котельных установок являются: паропроизводительность, измеряемая в кг пара, вырабатываемого в 1 с;
параметры пара, т. е. давление и температура для перегретого пара и давление для влажного пара;
удельная паропроизводительность, или паронапряжение поверхности испарения, выражаемая в килограммах пара на 1 м2 поверхности в единицу времени.
Для водогрейных котлов к числу основных характеристик относятся:
теплопроизводительность, измеряемая в киловаттах или в ваттах;
удельное тепловое напряжение поверхности нагрева, измеряемое в кВт/м2;
температуры входящей и выходящей воды, ° С.
Характеристикой экономичности как паровых, так и водогрейных котлов является к. п. д. котельной установки.
§ 5-2. Общая схема котельной установки
Общая схема котельной установки средней мощности приведена на рис. 5-1. В верхней части парового котла расположен горизонтальный цилиндрический барабан, вмещающий кипящую воду и насыщенный пар. Под барабаном находится топочная камера с механической топкой 2. Испаряющая поверхность нагрева котла состоит из кипятильных труб 1, соединенных с барабаном. В кипятильных трубах происходит нагрев воды до температуры кипения и частичное превращение ее в насыщенный пар.
Поскольку смесь воды и пара имеет меньшую плотность, чем котловая вода, то в кипятильных трубах происходит движение пароводяной смеси снизу вверх по направлению к барабану. В свою очередь вода из барабана идет вниз по опускным трубам, не показанным на схеме.
В результате создается устойчивая циркуляция воды в котле по контуру: барабан — опускные трубы — кипятильные трубы — барабан. Эта циркуляция способствует увеличению теплопередачи и более спокойному парообразованию.
Внутри барабана происходит разделение пароводяной смеси, выходящей из кипятильных труб. Вода остается в барабане, а пар выходит в змеевик пароперегревателя 8, сначала подсушивается, а затем перегревается за счет теплоты продуктов сгорания. За пароперегревателем пар направляется к потребителю по трубопроводу 10. Паровые котлы с испаряющей поверхностью нагрева из кипятильных труб принято называть водотрубными.
Вода для питания котла подается питательным насосом Q в экономайзер 4, где подогревается за счет теплоты продуктов сгорания, и далее подается в барабан.
За экономайзером продукты сгорания поступают в воздухоподогреватель 5, где их теплота используется для подогрева воздуха, идущего в топку.
После воздухоподогревателя продукты сгорания отсасываются вентилятором-дымососом 6 и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 7. Воздух в воздухоподогреватель подается из окружающей среды дутьевым вентилятором 8.
На схеме вверху слева видно устройство топливоподачи с ленточными транспортерами 11 и бункером 12, от которого топливо опускается к топке по наклонному рукаву.
Топочные остатки: зола и шлак из бункера удаляются по рельсовым путям вагонеткой 13.
Для снижения тепловых потерь и предотвращения подсоса воздуха в поток продуктов сгорания котлоагрегат имеет теплоизолирующую обмуровку 14.
Для большей плотности обмуровки котлы могут иметь снаружи и металлическую обшивку.
Большие габариты и массы отдельных элементов котлоагрегата, значительная масса воды и обмуровки требуют установку котлоагрегата на прочном каркасе 15, который обычно выполняется из составных металлических колонн и поперечных балок, образующих рамную конструкцию.
Рис. 5-1. Схема котельной установки
Основными элементами котельной установки принято считать: котел, топочное устройство, пароперегреватель, экономайзер и воздухоподогреватель. Обычно экономайзер и воздухоподогреватель вместе называют хвостовой поверхностью нагрева.
К вспомогательным элементам котельной установки относят: тягодутьевые устройства: дымосос, дымовую трубу, дутьевой вентилятор; питательный насос с трубопроводами; топливоподачу — устройства для подачи топлива со склада в котельную; золоудаление при использовании твердого топлива — устройства для удаления топочных остатков и их транспорта на отвалы; водоподготовку — устройства для удаления или обезвреживания вредных примесей в питательной воде; золоулавливающее устройство для отделения летучей золы и уноса топлива от продуктов сгорания (на рис. 5-1 не показано).
Паровые и водогрейные котлы малой тепловой мощности могут не иметь хвостовой поверхности нагрева, дымососа и вентилятора, механизированных топливоподачи и золоудаления. При наличии указанных элементов улучшается использование топлива, увеличивается теплопроизводительность, но резко возрастает стоимость всей установки.