Кип и а на промышленных котлах. Автоматизация котельных установок: описание, устройство и схема

По назначению арматуру можно разделить на четыре груп­пы: 1) для управления работой котла – стопорные, питатель­ные, топливные клапаны, клапаны отбора насыщенного и охлаж­денного пара; 2) для защиты котла – предохранительные кла­паны, быстрозапорное устройство; 3) для физико-химического контроля – клапаны отбора, проб, ввода присадок, продувания и др.; 4) для выпуска воздуха, дренажа, присоединения к кон­трольно-измерительным и регулирующим приборам – дополни­тельная арматура.

На рис. 7.22 показана примерная схема размещения арма­туры на водотрубном котле. На пароводяном коллекторе котла (Рис. 7.22, а , в ) установлена следующая арматура: два питатель­ных клапана 5 и 17 для регулирования подачи питательной воды в котел вручную; питательные невозвратные клапаны 4 и 18 для пропуска питательной воды только в одном направле­НИИ – в котел; сдвоенные предохранительные клапаны – глав­ный 19 и импульсный 20 ; клапаны 10 и 11 пароохладителя, рас­положенного в водяном пространстве коллектора; водоуказателыше приборы 6 и 12 ; клапан верхнего продувания 23 и клапан 3 продувания пароохладителя; спускные клапаны 16 ; воз­душные клапаны 7 и 24 для выпуска воздуха из перепускной трубы 25 , соединительной трубы конденсационного сосуда и па­роохладителя; клапан 1 для отбора проб котловой воды на хи­мический анализ; клапаны 22 манометров, импульсные клапаны 2 и 21 для подачи сигналов к регулятору питания; клапан 9 отбора насыщенного пара.

На коллекторе пароперегревателя (Рис. 7.22, б ) размещены главный стопорный клапан 13 , клапан дренажа (осушения) 15 и главный предохранительный клапан 14 пароперегревателя (импульсные клапаны 8 , 9 установлены на пароводяном кол­лекторе). Клапаны нижнего продувания, предназначенные для удаления воды и шлама, имеются на всех водяных коллекторах котла. Их размещают аналогично клапану 15 .

Главный стопорный клапан (ГСК) служит для со­общения котла с главной паровой магистралью, по которой пар поступает к основным потребителям. На рис. 7.23 показана конструкция ГСК с сервомотором системы аварийного отключе­ния котла. Тарелка 10 клапана перемещается с помощью махо­вика 1 и зубчатой передачи 2 .

Последняя вращает ходовую гайку 16 , благодаря чему движется вверх и вниз втулка 14 , имеющая винтовое соединение с гайкой 16 и шпоночное – со стопором-указателем 13 , который передвигается по направляю­щим стоек 15 клапана и не позволяет втулке 14 вращаться. При подаче втулки 14 вверх тарелка 10 отходит от седла 9 клапана и клапан открывается. В этом случае пар свободно проходит че­рез ГСК. Однако при давлении в котле ниже давления в паро­проводе (например, при разрыве парообразующей трубы) пар не пойдет из паропровода в котел, так как тарелка клапана вместе со штоком опустится и перекроет проход. Таким образом, ГСК является невозвратно-запорным клапаном.

Клапан закрывается при ходе вниз втулки 14 , которая пере­мещает шток); последний прижимает тарелку 10 к седлу 9 . Шток 11 соединен с втулкой 14 прессовой посадкой.

Рис. 7.23. Главный стопорный кла­пан

Рис. 7.24. Главный питательный клапан

При неисправности зубчатой передачи 2 для перемещения тарелки 10 можно использовать квадрат в верхней части штока. Квадраты на валике маховика 1 служат для присоединения при­водов дистанционного управления.

Для ускоренного закрытия клапана в случае аварии турбо­агрегата или главного паропровода применяют сервомотор 7 . Шток 5 сервомотора через приставку 4 и рычаг 3 соединен с по­перечиной 17 . Рычаг 3 имеет опору 12 на крышке клапана и мо­жет поворачиваться вокруг этой опоры. При открытом клапане в верхнюю и нижнюю полости сервомотора поступает пар. Пор­шень 8 находится в верхней полости 6 сервомотора поскольку площадь поршня вверху меньше на величину площади попереч­ного сечения штока и сила давления на поршень снизу больше, чем сверху. Для быстрого закрытия клапана достаточно соеди­нить нижнюю часть сервомотора с паровой магистралью низкого давления или с конденсатором. При этом поршень сервомотора пойдет вниз, крестовина 4 надавит на рычаг 3 , который повер­нется относительно опоры 12 , и поперечина 17 переместит шток 11 вниз. При этом шток опустит вниз тарелку клапана и при­жмет ее к седлу 9 .

Питательный клапан служит для управления подачей питательной воды в котел. Этот клапан тоже невозвратно-за­порный, что исключает утечку воды из котла в случае аварии питательной системы (Рис. 7.24). Тарелка клапана 4 с запрессо­ванной латунной втулкой 2 может свободно перемещаться по концу штока 1 вверх и вниз. Отверстие 3 предотвращает разре­жение в полости между концом штока и тарелкой клапана, что препятствует присасыванию тела клапана к штоку. При откры­вании клапана с помощью маховика и пары шестерен шток под­нимается вверх, при закрывании – опускается вниз. После подъема штока тарелка клапана поднимается под действием давления воды в питательном трубопроводе.

Топливный клапан предназначен для управления по­дачей топлива к форсункам котла. Конструктивно он подобен питательному клапану.

Предохранительные клапаны (ПХК) обеспечивают защиту котла от чрезмерного повышения давления пара. Со­гласно действующим нормативам, ПХК должен открываться при повышении давления пара на 5% от номинального значе­ния. При давлении в котле < 4 МПа используют ПХК пря­мого действия, при > 4 МПа – предохранительные устрой­ства непрямого действия, состоящие из импульсных и главных ПХК.

Предохранительный клапан прямого действия представляет собой пробку в стенке пароводяного коллектора котла. На одну сторону этой пробки давит пар, на другую – пружина или груз. При давлении свыше нормативного сила давления пара на пробку превысит силу сжатия пружины или веса груза, пробка поднимется и выпустит часть пара в атмосферу.

Схема предохранительного устройства непрямого действия показана на рис. 7.25. Тарелка 1 клапана в корпусе 2 главного ПХК сидит на штоке 3 и давлением пара прижимается к седлу. Шток проходит в цилиндре 4 и несет на себе пригнанный к этому цилиндру поршень. На правом конце штока навинчена втулка, отжимаемая вправо небольшой пружиной 5 . Эта пру­жина обеспечивает начальное прижатие клапана к седлу, которое усиливается давлением пара. Тарелка 11 импульсного клапана прижимается к седлу пружиной 8 через нижнюю втулку 10 и шток 9 . При давлении выше номинального значения пар припод­нимает клапан 11 и по импульсной трубе устремляется в пра­вую полость цилиндра главного предохранительного клапана. Площадь поршня в нем больше площади тарелки 1 клапана, и поэтому шток перемещается влево, открывая выход пара из коллектора в атмосферу. Силу сжатия пружины 8 регулируют с помощью нарезной втулки 6 , при вращении которой переме­щается верхняя втулка 7 , изменяющая высоту пружины, а сле­довательно, и ее силу сжатия.

При резком повышении давления (внезапном прекращении отбора пара из котла) срабатывание главных ПХК обезопасит котел от разрушения. Однако пароперегреватель котла, не по­лучающий пара, но еще обогреваемый газами, может быть по­врежден. В связи с этим главный ПХК ставят также на собирающем коллекторе ПП,

а импульсный – на пароводяном кол­лекторе. В этом случае избыточный пар перед выпуском в ат­мосферу омывает трубы пароперегревателя, защищая их от пе­регрева дымовыми газами.

Для обеспечения надежности как импульсный, так и главный ПХК выполняют сдвоенными. Как правило, в общем корпусе устанавливают два однотипных ПХК. Один из импульсных кла­панов является контрольным. Его регулируют на определенное давление и затем пломбируют. Другой импульсный клапан ра­бочий. Он не пломбируется; при необходимости силу нажатия его пружины можно ослабить и тем самым гарантировать ра­боту котла на сниженном давлении.

К арматуре защиты котла относят систему быстрозапорного устройства (Рис. 7.26). Ее используют в тех случаях, когда требуется быстро (за 1–2 с) вывести котел из действия. В состав быстрозапорного устройства входят ГСК (слева) с сер­вомотором 4 , главный топливный клапан 9 (справа) с сервомо­тором 12 и переключающий клапан (в центре). Пар из паро­перегревателя через клапан 1 по трубам проходит к верхним штуцерам 3 и 11 сервомоторов. Нижние штуцеры 5 и 13 серво­моторов получают такой же пар через штуцеры 8 и 7 переклю­чающего клапана. Если тарелка этого клапана находится в верх­нем положении, то давление в верхних и нижних полостях сер­вомоторов будет одинаковым.

В аварийной ситуации маховик переключающего клапана поворачивают на полоборота. При этом штуцер 7 сообщается с атмосферой через штуцер 6 . В результате давление в нижних полостях сервомотора падает, оба поршня идут вниз, опуская концы рычагов 2 и 10 , которые, поворачиваясь вокруг оси, пе­ремещают штоки клапанов и отсекают котел от парового и топ­ливного трубопроводов.

Котлы рассчитаны на безвахтенное обслуживание, поэтому снабжены надежными средствами защиты и сигнализации. Ав­томатическая система защиты котла срабатывает при чрезмер­ном давлении пара, при уровне воды ниже критической отметки, недопустимом снижении давления воздуха перед топкой, само­произвольном затухании факела. Системы защиты различны по конструкции, независимо от этого их основной функцией являет­ся прекращение подачи топлива к форсункам. Для этой цели служит электромагнитный запорный клапан (Рис. 7.27). При нормальной работе котла по обмотке катушки 1 проходит элек­трический ток и магнитное поле катушки втягивает сердечник с запорной иглой 5 , которая, поднимаясь, открывает доступ топ­лива к форсунке через седло 4 , запрессованное в корпусе кла­пана 3 .

В случае появления одной из вышеперечисленных неисправ­ностей катушка обесточивается, пружина 2 прижимает запорную иглу к седлу клапана, закрывая доступ топлива к форсункам.

Арматура физико-химического контроля служит для управле­ния водным режимом котла. В состав систем отбора проб, ввода присадок, продувания входят клапаны и краны, конструкция кото-

Рис. 7.27. Электромагнитный быстрозапорный топливный клапан

Рис. 7.28. Клапан нижнего продувания

рых не отличается от стандартной, исключением является клапан нижнего продувания . Нижним продуванием из водяных коллекторов удаляется скапливающийся там шлам, который мо­жет засорить клапан. Поэтому клапан нижнего продувания оснащен двумя маховиками (Рис. 7.28). Большой маховик 2 служит для перемещения штока и связанного с ним тела кла­пана 5 вдоль оси с помощью винтовой втулки 3 . Малый махо­вик 1 позволяет только проворачивать тело клапана 5 вокруг оси с целью очистки его посадочных поверхностей. Для облег­чения вращения штока во втулке смонтирован подшипник 4 . Конструкция клапанов дополнительной арматуры также яв­ляется стандартной.

К контрольно-измерительным приборам относятся: мано­метры, термометры, водоуказательные приборы, газоанализа­торы, солемеры и др.

Манометры предназначены для измерения давления. Со­гласно требованиям Правил Регистра СССР на каждом котле должно быть не менее двух манометров, соединенных с паро­вым пространством отдельными трубками, с запорными клапа­нами и сифонами. Один манометр устанавливают на переднем фронте котла, другой – у пульта управления главными меха­низмами. Исключение допускается для утилизационных котлов и котлов с производительностью менее 750 кг/ч, которые мо­гут иметь один манометр. На выходе из экономайзера также устанавливают манометр. Манометры на котле должны иметь шкалу, на которой рабочее давление отмечено красной чертой.

Широко используют пружинные (Рис. 7.29, а ) и мембранные (Рис. 7.29, б ) манометры. В пружинных манометрах рабочей частью служит бронзовая трубчатая пружина 1 , имеющая овалообразное сечение, а в мембранных – гофрированная диско­вая мембрана 6 . В пружинном манометре один конец пру­жины 1 соединяется со штуцером 4 , по которому подводится пар, а другой запаян и связан с передаточным механизмом 3 . Давление пара, действующее внутри полой пружины 1 , стре­мится выпрямить ее, перемещает ее запаяный конец и через передаточный механизм стрелку 2 , которая указывает на шкале результат изменения давления. В мембранном манометре дав­ление пара действует на упругую мембрану 6 , которая в зави­симости от величины давления прогибается и при помощи стержня 5 и зубчатого механизма 3 перемещает стрелку 2 ма­нометра.

Для измерения малых перепадов давлений используют жид­костные дифференциальные манометры. Контроль работы котла за определенный промежуток времени осуществляют с помощью регистрирующих манометров.

Измерение температуры рабочих тел котла (пара, газа, воз­духа, воды, топлива) проводят с помощью термопар, термомет­ров расширения и сопротивления. Вторичные (показывающие) приборы термопар и термометров со­противления устанавливают на щите у переднего фронта котла, а также на центральном посту управления (ЦПУ) энергетической установкой.

Надежная и безопасная работа кот­лов с естественной циркуляцией воз­можна только при определенном уров­не воды в пароводяном коллекторе, не выходящем за пределы ВУВ и НУВ (см. рис. 7.4). Поэтому во время эксплуатации котла уровень воды в коллекторе необходимо поддерживать неизменным. Для наблюдения за уров­нем воды служат водоуказательные приборы (ВУП).

В основе работы ВУП лежит прин­цип сообщающихся сосудов. Схема установки ВУП приведена на рис. 7.30. Прозрачный элемент 1 ВУП соединен сверху и снизу соответственно с паро­вым и водяным пространствами кол­лектора 4 . В качестве прозрачного элемента для котлов при давлении ме­нее 3,2 МПа используют стекло, при более высоких давлениях – набор слюдяных пластин. Поверхность

стекла, обращенную к воде, делают рифленой. Благодаря этому световые лучи пре­ломляются таким образом, что нижняя часть стекла, контакти­рующая с водой, кажется темной, а верхняя – светлой.

В непосредственной близости к прозрачному элементу сверху и снизу установлены два быстрозапорных клапана 2 . Они со­единены между собой штангой 5 , которая оканчивается рукоят­кой 6 у площадки обслуживания. В случае разрыва прозрач­ного элемента вахтенному достаточно толкнуть штангу вверх, чтобы перекрыть оба быстрозапорных клапана. Затем закры­вают клапан 3 обычной конструкции.

Водоуказательные приборы монтируют на фланцах с по­мощью специальных удлиненных штуцеров под углом 15° к вер­тикали. При таком наклоне лучше виден уровень воды с площадки обслуживания. На каждый котел устанавливают не менее двух независимых ВУП одинаковой конструкции. При вы­ходе из строя одного из приборов котел следует вывести из действия. Работа котла с одним ВУП запрещается. Вспомога­тельные и утилизационные котлы могут иметь один ВУП. При его повреждении котел должен быть выведен из действия. Если котел полностью автоматизирован, то допускается замена ВУП без вывода котла из эксплуатации.

Для регулирования и оптимизации функционирования котловых агрегатов технические средства стали применяться еще на начальных этапах автоматизации промышленности и производства. Сегодняшний уровень развития этого направления позволяет значительно повысить рентабельность и надежность котельного оборудования, обеспечить безопасность и интеллектуализацию труда обслуживающего персонала.

Задачи и цели

Современные системы автоматизации котельных способны гарантировать безаварийную и эффективную эксплуатацию оборудования без непосредственного вмешательства оператора. Функции человека сводятся к онлайн-мониторингу работоспособности и параметров всего комплекса устройств. Автоматизация котельных решает следующие задачи:

Объект автоматизации

Как объект регулирования является сложной динамической системой со множеством взаимосвязанных входных и выходных параметров. Автоматизация котельных осложняется тем, что в паровых агрегатах очень велики скорости протекания технологических процессов. К основным регулируемым величинам относят:

• расход и давление теплоносителя (воды или пара);
• разряжение в топке;
• уровень в питательном резервуаре;
• в последние годы повышенные экологические требования предъявляются к качеству приготавливаемой топливной смеси и, как следствие, к температуре и составу продуктов дымоудаления.

Уровни автоматизации

Степень автоматизации задается при проектировании котельной или при капитальном ремонте/замене оборудования. Может лежать в диапазоне от ручного регулирования по показаниям контрольно-измерительных приборов до полностью автоматического управления по погодозависимым алгоритмам. Уровень автоматизации в первую очередь определяется назначением, мощностью и функциональными особенностями эксплуатации оборудования.

Современная автоматизация работы котельной подразумевает комплексный подход - подсистемы контроля и регулирования отдельных технологических процессов объединяются в единую сеть с функционально-групповым управлением.

Общая структура

Автоматизация котельных выстраивается по двухуровневой схеме управления. К нижнему (полевому) уровню относятся приборы локальной автоматики на базе программируемых микроконтроллеров, реализующие техническую защиту и блокировку, регулировку и изменение параметров, первичные преобразователи физических величин. Сюда же причисляют и оборудование, предназначенное для преобразования, кодирования и передачи информационных данных.

Верхний уровень может быть представлен в виде графического терминала встроенного в шкаф управления или автоматизированного рабочего места оператора на базе персонального компьютера. Здесь отображается вся информация, поступающая от микроконтроллеров нижнего уровня и датчиков системы, и производится ввод оперативных команд, регулировок и уставок. Кроме диспетчеризации процесса решаются задачи оптимизации режимов, диагностики технического состояния, анализа экономических показателей, архивирования и хранения данных. При необходимости информация передается в общую систему управления предприятием (MRP/ERP) или населенным пунктом.

Современный рынок широко представлен как отдельными приборами и устройствами, так и комплектами автоматики отечественного и импортного производства для паровых и водогрейных котлов. К средствам автоматизации относят:

• оборудование управления розжигом и наличия пламени, запускающее и контролирующее процесс горения топлива в топочной камере котлоагрегата;
• специализированные сенсоры (тягонапоромеры, датчики температуры, давления, газоанализаторы и т. д.);
• (электромагнитные клапаны, реле, сервоприводы, частотные преобразователи);
• панели управления котлами и общекотельным оборудованием (пульты, сенсорные мнемосхемы);
• шкафы коммутации, линии связи и энергообеспечения.

При выборе управления и контроля наиболее пристальное внимание следует уделить автоматике безопасности, исключающей возникновение нештатных и аварийных ситуаций.

Подсистемы и функции

Любая котельной включает в себя подсистемы контроля, регулирования и защиты. Регулирование осуществляется путем поддержания оптимального режима горения заданием разряжения в топке, расхода первичного воздуха и параметров теплоносителя (температуры, давления, расхода). Подсистема контроля выводит фактические данные о функционировании оборудования на человеко-машинный интерфейс. Приборы защиты гарантируют предотвращение аварийных ситуаций при нарушении нормальных условий эксплуатации, подачу светового, звукового сигнала или останов котлоагрегатов с фиксацией причины (на графическом табло, мнемосхеме, щите).

Коммуникационные протоколы

Автоматизация на базе микроконтроллеров сводит к минимуму использование в функциональной схеме релейных коммутаций и контрольных электролиний. Для связи верхнего и нижнего уровней АСУ, передачи информации между датчиками и контроллерами, для трансляции команд на исполнительные устройства используют промышленную сеть с определенным интерфейсом и протоколом передачи данных. Наибольшее распространение получили стандарты Modbus и Profibus. Они совместимы с основной массой оборудования, используемого для автоматизации объектов теплоснабжения. Отличаются высокими показателями достоверности передачи информации, простыми и понятными принципами функционирования.

Энергосберегающие и социальные эффекты автоматизации

Автоматизация котельных полностью исключает возможность аварий с разрушением капитальных строений, гибелью обслуживающего персонала. АСУ способна круглосуточно обеспечить нормальное функционирование оборудования, свести к минимуму влияние человеческого фактора.

В свете непрерывного роста цен на топливные ресурсы не последнее значение имеет и энергосберегающий эффект автоматизации. Экономия природного газа, достигающая до 25 % за отопительный сезон, обеспечивается:

• оптимальным соотношением "газ/воздух" в топливной смеси на всех режимах работы котельной, коррекцией по уровню содержания кислорода в продуктах сгорания;
• возможностью индивидуальной настройки не только котлов, но и ;
• регулированием не только по температуре и давлению теплоносителя на входе и выходе котлов, но и с учетом параметров окружающей среды (погодозависимые технологии).

Кроме того, автоматика позволяет реализовать энергоэффективный алгоритм отопления нежилых помещений или зданий, не используемых в выходные и праздничные дни.

Котельные установки малой и средней мощности широко применяются для различных технологических процессов, теплоснабжения, систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений, объектов промышленного и сельскохозяйственного строительства, предприятий общественного питания, технологических потребителей теплоты в банях, прачечных, на строительных площадках. В сельском хозяйстве пар, вырабатываемый котлами, используется на животноводческих фермах для запаривания кормов, а также для отопления теплиц и сушки зерна. В связи с освоением малообжитых и труднодоступных районов Севера и Востока значимость котельных установок различных мощностей возрастает.

В качестве топлива для котельных установок используются угли, торф, древесные отходы, газ и мазут. Газ и мазут - эффективные источники тепловой энергии. При их применении упрощаются конструкция и компоновка котельных установок, повышается экономичность, сокращаются затраты на эксплуатацию.

Котельное оборудование применяется для нагрева теплоносителя (чаще всего - воды), с помощью которого осуществляется передача тепла различным группам потребителей. Бытовое котельное оборудование используется для отопления сравнительно небольших помещений (квартир, магазинов, офисов), а промышленное - для крупных объектов (торговых центров, производственных цехов, жилых кварталов и т.п.).

Котельное оборудование - это разнообразные котлы, горелки, теплообменники, а также блок-модули и дымовые трубы.

Основа любой такой системы - котел, в котором осуществляется первичный теплообмен. Энергия сгорающего топлива передается теплоносителю (воде, пару, незамерзающей жидкости), которая в дальнейшем по магистральным трубам распространяется до конечных потребителей, где и осуществляется вторая фаза теплообмена: тепловая энергия носителя передается воздуху отапливаемых помещений, приводя температуру в них к показателям, благоприятным для человека.

Котельное оборудование. Виды

Все котлы, независимо от того, на каком топливе они работают, делятся на

• одноконтурные - рассчитаны лишь на подогрев теплоносителя;
• двухконтурные - способны также обслуживать систему горячего водоснабжения.

Котлы, являющиеся одним из самых важных видов котельного оборудования, разбиваются на группы в зависимости от используемого топлива:

• твердотопливные водогрейные котлы - являются наиболее распространенным видом котельного оборудования;
• водогрейные котлы на газе (газовые котлы) - дают сравнительно низкую себестоимость тепла, а экологическая чистота газовых котельных, позволяет размещать их даже в жилых кварталах. Вместе с тем газовое котельное оборудование имеет более высокую стоимость по сравнению с твердотопливным;
• дизельные котлы - другой вид котельного оборудования, предназначенного для выработки тепла. Подобные системы в качестве топлива используют мазут, для них необходимо применять дизельные горелки. Экологическая чистота дизельных котельных гораздо ниже, чем у газовых, но себестоимость тепла тоже довольно низка. Чаще всего котельные с таким оборудованием размещаются на окраинах населенных пунктов;
• электрические котлы - самый экологически чистый способ получения тепла осуществляется с применением именно этого котельного оборудования. Это котельное оборудование не зависит ни от каких магистралей подачи топлива, требуется лишь электричество, но и себестоимость вырабатываемого тепла выше, чем, допустим, у газовых котельных и угольных котельных.

Котельная установка состоит из котельного агрегата и вспомогательного оборудования.

Основное котельное оборудование это - котёл, топочное устройство, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, каркас с лестницами и помостами для обслуживания, обмуровка, тепловая изоляция, обшивка, арматура, гарнитура и газоходы.

Вспомогательное котельное оборудование - это дутьевые вентиляторы, дымососы, питательные, подпиточные и циркуляционные наносы, водоподготовительные и пылеприготовительные установки, системы топливопередачи, золоулавливания и шлакозолоудаления, газоходы котельной и дымовые трубы. При сжигании жидкого топлива к вспомогательному оборудованию относится мазутное хозяйство, при сжигании газообразного топлива - газорегуляторный пункт или газорегуляторная установка.

Котельное оборудование. Перечень

Паровой котел - устройство, состоящее из топки, испарительных поверхностей для испарения пара, потребляемого вне этого устройства, с давлением выше атмосферного за счёт теплоты, выделяющейся при сжигании топлива.

Водогрейный котел - теплообменное устройство, в котором за счёт источника энергии (топлива) нагревается вода, находящаяся под давлением выше атмосферного и используемая в качестве теплоносителя вне самого устройства.

Топочное устройство котла предназначено для сжигания топлива и превращения его химической энергии в теплоту. Обмуровка котла - это система огнеупорных и теплоизоляционных ограждений или конструкций котла, предназначенных для уменьшения тепловых потерь и обеспечения газовой плотности.

Каркас - котла несущая металлическая конструкция, воспринимающая вес котла с учётом временных и особых нагрузок и обеспечивающую требуемое взаимное расположение элементов котла.

Пароперегреватель - устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле. Он представляет собой систему змеевиков, соединенных на входе насыщенного пара с барабаном котла и на выходе - с камерой перегретого пара.

Водяной экономайзер - устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для подогрева или частичного испарения поступающей в котёл воды.

Воздухоподогреватель - устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания топлива перед подачей его в топку котла.

Арматура котла - специальные устройства, предназначенные для регулирования расхода транспортируемого вещества, отключения и включения потоков газа, пара и воды. По направлению арматуру подразделяют на запорную, регулирующую, предохранительную, контрольную и специальную. Запорная арматура (вентили, задвижки и краны) предназначена для периодического включения или отключения отдельных участков трубопроводов. Регулирующая арматура (регулирующие вентили и клапаны) служит для изменения или поддержания в трубопроводах давления и расхода транспортируемого вещества. Предохранительную арматуру (грузовые, пружинные и обратные клапаны) применяют для автоматического открытия прохода, если давление превысит допустимое значение, а так же для предотвращения обратного движения жидкости или газа. Контрольную арматуру (контрольные краны, указатели уровня, трехходовые краны для манометров) используют для проверки наличия вещества в трубопроводе и определения его уровня. Специальная арматура (конденсатоотводчики и влагомаслоотделители) служит для удаления конденсата, отделения масла и других продуктов от газа.

Гарнитура котла - устройства для обслуживания газоходов и топки котла: лазы, гляделки, затворы шлаковых и золовых бункеров, газовые и воздушные клапаны и заслонки, взрывные клапаны, а так же обдувочные аппараты. Лазы предназначены для осмотра и ремонта поверхностей нагрева, гляделки - для визуального осмотра топки и газоходов с наружной стороны котла, затворы шлаковых и золовых бункеров - для периодического удаления золы и шлака из бункеров, газовые и воздушные клапаны и заслонки - для отключения газоходов, регулирования тяги и дутья. Взрывные клапаны выпускают дымовые газы при повышении давления в топке или газоходе котла, предохраняя их от разрушения. Обдувочные аппараты применяют для удаления с поверхностей нагрева золы и шлака (струей пара или сжатого воздуха).

Питательные и подпиточное котельное оборудование - насосы, баки, трубопроводы предназначены для подачи воды в котел или тепловую сеть (систему отопления).

Тягодутьевые устройства - предназначены для подвода в топку котла воздуха, необходимого для сгорания топлива, и отвода из котла продуктов сгорания. Состоят они из дутьевых вентиляторов, воздуховодов, газоводов, дымососов и дымовой трубы, при помощи которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку, движение продуктов сгорания по газоходам и удаление их в атмосферу.

Водоподготовительное оборудование котельной служит для подогрева и умягчения питательной воды и состоит из аппаратов и приспособлений, обеспечивающих очистку от механических примесей и растворенных в ней накипеобразующих солей, а также для удаления из неё газов.

Топливоподготовительное оборудование котельной, работающей на пылевидном топливе, предназначено для измельчения топлива до пылевидного состояния; в его состав входят дробилки, сушилки, мельницы, питатели, вентиляторы, грейферы, транспортеры и пылегазопроводы.

Топливоподготовительное оборудование мазутной котельной - включает в себя мазутные насосы, фильтры грубой и тонкой очистки, подогреватели мазута.

Оборудование золошлакоудаления котельной предназначено для удаления золы и шлака и состоит из гидравлических систем и механических приспособлений: транспортеров, вагонеток, бункеров и др.

Золоулавливающее котельное оборудование, циклоны, золоуловители предназначены для очистки дымовых газов от золовых частиц.

Топливный склад предназначен для хранения топлива; его оборудуют механизмами для разгрузки и подачи топлива в котельную или в топливоподготовительное оборудование.

К устройствам теплового контроля и автоматического управления относятся контрольно-измерительные приборы и автоматы, обеспечивающие бесперебойную и согласованную работу отдельных устройств котельной установки для выработки необходимого количества пара заданных параметром (температуры, давления).

Горелка - устройство для смешения воздуха (кислорода) с топливом с целью подачи смеси к выходному отверстию и сжигания её здесь с образованием устойчивого фронта горения (факела). Газовые горелки, горелки топочного мазута - мазутные форсунки, газообразного топлива и топочного мазута - комбинированные газомазутные горелки. При сжигании пылевидного топлива применяют пылеугольные горелки, газообразного топлива.

К арматуре котлов относятся: предохранительные устройства, водоуказательные приборы (ВУП), запорные и регулирующие устройства.

Предохранительные устройства.

Согласно Правил, каждый котел (сосуд под давлением) должен иметь предохранительное устройство, автоматически выпускающее пар или воду, если их давление превысило допустимую величину. Паровые котлы с давлением до 0,07 МПа защищаются выкидными устройствами в виде гидравлических затворов (рис.45).

Рис. 45. Выкидное приспособление:

1 спускная линия; 2, 3 - трубы гидрозатвора; 4 - контрольный кран; 5 - труба, сообщающаяся с котлом; 6 - отверстия для возврата воды в гидрозатвор; 7 - бак; 8 - труба для выброса пара в атмосферу; 9 - водопровод.

При работе котла с избыточным рабочим давлением 0,07 МПа уровень воды во внутренней трубе гидрозатвора должен быть равен 7 м. (точнее - на 1 м выше, чтобы избежать частых срабатываний затвора при колебаниях давления пара). При повышении давления в котле пар вытесняет воду из внутренней трубы гидрозатвора в бак и выходит из котла в атмосферу. После снижения давления в котле вода снова заполняет затвор, возвращаясь из бака через отверстия в трубе.

При давлении более 0,07 МПа применяются рычажно-грузовые и пружинные предохранительные клапаны прямого действия (рис.46).

Рис. 46. Предохранительные клапаны:

1 - корпус; 2 - седло; 3 - тарелка; 4 - патрубок для отвода пара; 5 - рычаг; 6 - груз; 7 - регулировочный болт; 8 - пружина.

В рычажно-грузовом клапане тарелка запорного органа находится в седле, если силы давления пара меньше сил, создаваемых грузом. При превышении допустимого давления тарелка приподнимается и пар выходит из котла в атмосферу через отводящую трубу, присоединенную к патрубку клапана.

В пружинном клапане пружина прижимает тарелку к клапану, пока давление пара в норме. Затягивая пружину винтом, можно регулировать давление открытия клапана. Рычажно-грузовые и пружинные клапаны применяются при давлении до 4 МПа.

На каждом котле устанавливается не менее двух предохранительных клапанов. Кроме того, по одному предохранительному клапану устанавливается на входе и выходе воды из отключаемого экономайзера.

Клапаны регулируются на открытие при превышении давления на 3-10% от рабочего.

Водоуказательные приборы .

Прибор состоит из стекла и труб, соединенных с паровым и водяным объемами котла. В трубах и после стекла установлены краны, которые служат для продувки соединительных труб и самого стекла от возможных загрязнений (рис.47).

Рис. 47. Водоуказательный прибор:

а- схема действия; б - прибор с плоским рифленым стеклом:

1 - продувочный кран; 2 - водяной кран; 3 - стекло; 4 - паровой кран; 5 - верхняя головка; 6 - оправа; 7 - нижняя головка.

К корпусу, в который вставляется стекло, крепятся металлические указатели высшего и низшего допустимых уровней воды в котле. При давлении до 4 МПа применяются как рифленые, так и плоские стекла (пластины). Рифленая поверхность пластины преломляет свет таким образом, что вода в стекле кажется темной, а пар светлым.

На каждом котле должно быть не менее двух водоуказательных приборов прямого действия.

В водогрейных котлах уровень воды контролируется водопробными кранами, положение которых соответствует предельным значениям уровня воды. Пробный кран устанавливается в верхней части барабана котла, а при его отсутствии - на выходе воды из котла в магистральный трубопровод до запорного устройства.

Запорная и регулирующая арматура котлов.

Арматура котла используется для управления работой котлов, посредством включения и отключения отдельных элементов, изменения расходов, давления и температуры рабочих сред.

При диаметрах прохода до 100-150 мм преимущественно применяются вентили (запорно-регулирующие устройства), а при больших диаметрах - задвижки (запорные органы). Для пропуска жидкости в одном направлении используются обратные клапаны.

Согласно требованиям Правил запорная и регулирующая арматура должна иметь четкую маркировку на корпусе, в которой должны быть указаны:

Наименование или товарный знак организации - изготовителя;

Условный проход;

Условное давление и температура среды;

Направление потока среды.

На маховиках арматуры обозначается направление вращения при открывании и закрывании арматуры.

Арматура устанавливается на котлах и присоединительных трубопроводах.

На верхнем барабане котла устанавливаются предохранительные клапаны с выхлопными трубами, водоуказательные приборы и манометры .

На паропроводе, соединяющим котел со сборным паропроводом котельной, вблизи барабана котла устанавливается главный запорный орган, который в котлах паропроизводительностью более 4 т/ч оборудуется дистанционным приводом с выводом управления на рабочее место машиниста котла.

Рис.48. Задвижка клиновая с невыдвижным шпинделем:

1 - маховик; 2 - втулка; 3 - сальник; 4 - прокладка; 5 - крышка; 6 - шпиндель;

7 - уплотнительная прокладка; 8 - ходовая гайка; 9 - корпус; 10 - затвор; 11 - седло.

Рис. 49. Вентиль запорный фланцевый:

1 - маховик; 2 - ходовая гайка; 3 - сальник; 4 - крышка; 5- шпиндель; 6 - тарелка; 7 - седло; 8 - корпус; 9 - стойка

Рис. 50. Клапан обратный поворотный:

1 - ось; 2 - рычаг; 3 - диск; 4 - корпус; 5 - седло

Питательные трубопроводы подсоединяются к верхнему барабану котла через запорный орган (он ближе к барабану) и обратный клапан. У отключаемого по воде экономайзера обратный клапан и запорный орган устанавливаютсядо и после экономайзера.

У водогрейных котлов запорные органы устанавливаются на входе и выходе воды из котла.

У котлов с давлением более 0,8 МПа на каждом трубопроводе, по которому котловая вода выводится из котла, устанавливается не менее двух запорных органов, либо один запорный и один регулирующий органы.

Для управления работой, обеспечения безопасных условий и расчетных режимов эксплуатации котлы должны быть оснащены:

а) устройствами, предохраняющими от повышения давления (предохранительными устройствами);

б) указателями уровня воды;

в) манометрами;

г) приборами для измерения температуры среды;

д) запорной и регулирующей арматурой;

е) приборами безопасности;

ж) питательными устройствами.

Предохранительные устройства

Каждый элемент котла, внутренний объем которого ограничен запорными органами, должен быть защищен предохранительными устройствами, автоматически предотвращающими повышение давления сверх допустимого путем выпуска рабочей среды в атмосферу или утилизационную систему.

В качестве предохранительных устройств допускается применять:

а) рычажно-грузовые предохранительные клапаны прямого действия;

б) пружинные предохранительные клапаны прямого действия;

в) импульсные предохранительные устройства (ИПУ), состоящие из импульсного клапана (ИК) и главного предохранительного клапана (ГПК).

Использование других защитных устройств допускается после согласования с Госгортехнадзором России.

На каждом паровом и водогрейном котле и отключаемом по рабочей среде пароперегревателе должно быть установлено не менее двух предохранительных устройств.

6.2.9. Предохранительные устройства должны устанавливаться:

а) в паровых котлах с естественной циркуляцией без пароперегревателя - на верхнем барабане или сухопарнике;

б) в паровых прямоточных котлах, а также в котлах с принудительной циркуляцией - на выходных коллекторах или выходном паропроводе;

в) в водогрейных котлах - на выходных коллекторах или барабане;

г) в промежуточных пароперегревателях допускается установка всех предохранительных устройств пароперегревателя - на стороне входа пара;

д) в отключаемых по воде экономайзерах - не менее чем по одному предохранительному устройству на выходе и входе воды.

Предохранительные клапаны должны защищать котлы, пароперегреватели и экономайзеры от превышения в них давления более чем на 10 % расчетного (разрешенного).

Превышение давления при полном открытии предохранительных клапанов выше, чем на 10 % расчетного может быть допущено лишь в том случае, если это предусмотрено расчетом на прочность котла, пароперегревателя и экономайзера.

Указатели уровня воды

На каждом паровом котле, за исключением прямоточных, должно быть установлено не менее двух указателей уровня воды прямого действия. Допускается дополнительно в качестве дублирующих устанавливать указатели уровня воды непрямого действия. Количество и места установки указателей уровня воды в котлах, в том числе со ступенчатым испарением в барабанах или с выносным сепаратором, определяются организацией, проектирующей котел.

Каждый указатель уровня воды должен иметь самостоятельное подключение к барабану котла. Допускается установка двух указателей уровня воды на соединительной трубе (колонке) диаметром не менее 70 мм.

Указатели уровня воды должны быть снабжены запорной арматурой (кранами или вентилями) для отключения их от котла и продувки.

Для котлов-утилизаторов и энерготехнологических котлов дистанционные указатели уровня должны устанавливаться на пульте управления котлом.

Манометры

На каждом паровом котле должен быть установлен манометр, показывающий давление пара.

На паровых котлах паропроизводительностью более 10 т/ч и водогрейных котлах теплопроизводительностью более 21 ГДж/ч (5 Гкал/ч) обязательна установка регистрирующего манометра.

Манометр должен быть установлен на барабане котла, а при наличии у котла пароперегревателя - и за пароперегревателем до главной задвижки.

На прямоточных котлах манометр должен быть установлен за перегревателем перед запорным органом.

Установка манометра на пароперегревателях паровозных, локомобильных, жаротрубных котлов и котлов вертикального типа не обязательна.

У каждого парового котла должен быть установлен манометр на питательной линии перед органом, регулирующим питание котла водой.

Если в котельной будет установлено несколько котлов паропроизводительностью менее 2,5 т/ч каждый, допускается установка одного манометра на общей питательной линии.

Шкала манометра выбирается исходя из условия, что при рабочем давлении стрелка манометра должна находиться в средней трети шкалы.

На шкале манометра должна быть нанесена красная черта на уровне деления, соответствующего рабочему давлению да данного элемента с учетом добавочного давления от веса столба жидкости.

Манометр должен быть установлен так, чтобы его показания были отчетливо видны обслуживающему персоналу, при этом шкала его должна быть расположена вертикально или с наклоном вперед до 30° для улучшения видимости показаний.

Номинальный диаметр манометров, устанавливаемых на высоте до 2 м от уровня площадки наблюдения за манометром, должен быть не менее 100 мм, на высоте от 2 до 5 м - не менее 160 мм, на высоте более 5 м - не менее 250 мм. При установке манометра на высоте более 5 м должен быть установлен сниженный манометр качестве дублирующего.

Манометры не допускаются к применению в следующих случаях:

а) если на манометре отсутствует пломба или клеймо с отметкой о проведении поверки;

б) если истек срок поверки манометра;

в) если стрелка манометра при его отключении не возвращается к нулевой отметке шкалы на величину, превышающую половину допускаемой погрешности для данного манометра;

г) если разбито стекло или имеются другие повреждения манометра, которые могут отразиться на правильности его показаний.

Приборы для измерения температуры

У котлов, имеющих пароперегреватель, на каждом паропроводе до главной задвижки должен быть установлен прибор для измерения температуры перегретого пара. У котлов с промежуточным перегревом пара приборы для измерения температуры должны устанавливаться на входе и выходе пара.

У котлов с естественной циркуляцией с перегревом пара паропроизводительностью более 20 т/ч, прямоточных котлов паропроизводительностью более 1 т/ч кроме показывающих приборов должны устанавливаться приборы с непрерывной регистрацией температуры перегретого пара.

Для водогрейных котлов приборы для измерения температуры воды должны быть установлены на входе и выходе воды.

Допустимая температура горячей воды должна быть отмечена на шкале термометра красной чертой.

Запорная и регулирующая арматура

Арматура, устанавливаемая на котле или его трубопроводах, должна иметь четкую маркировку на корпусе, в которой должны быть указаны:

а) наименование или товарный знак организации-изготовителя;

б) условный проход;

в) условное давление и температура среды;

г) направление потока среды.

При изготовлении арматуры по специальным ТУ вместо условного давления допускается указывать рабочее давление.

Приборы безопасности

На каждом котле должны быть предусмотрены приборы безопасности, обеспечивающие своевременное и надежное автоматическое отключение котла или его элементов при недопустимых отклонениях от заданных режимов эксплуатации.

Паровые котлы с камерным сжиганием топлива должны быть оборудованы автоматическими устройствами, прекращающими подачу топлива к горелкам при снижении уровня, а для прямоточных котлов - расхода воды в котле ниже допустимого.

В котлах со слоевым сжиганием топлива автоматические устройства должны отключать в указанных выше случаях тягодутьевые устройства и топливоподающие механизмы топки.

Водогрейные котлы с камерным сжиганием топлива должны быть оборудованы автоматическими приборами, предотвращающими подачу топлива в топку котла, а при слоевом сжигании топлива - отключающими тягодутьевые устройства и топливоподающие механизмы топки в случаях:

а) повышения давления воды в выходном коллекторе котла более чем на 5 % расчетного или разрешенного давления;

б) понижения давления воды в выходном коллекторе котла до значения, соответствующего давлению насыщения при максимальной температуре воды на выходе из котла;

в) повышения температуры воды на выходе из котла до значения, указанного заводом-изготовителем в инструкции по монтажу и эксплуатации. При отсутствии таких указаний эта температура принимается на 20 °С ниже температуры насыщения при рабочем давлении в выходном коллекторе;

г) уменьшения расхода воды через котел до минимально допустимых значений, определяемых заводом-изготовителем

На котлах должны быть установлены автоматически действующие звуковые и световые сигнализаторы верхнего и нижнего предельных положений уровней воды.

Аналогичная сигнализация должна выполняться по всем параметрам, по которым срабатывает на остановку котла автоматика безопасности (приборы безопасности).

Паровые и водогрейные котлы при камерном сжигании топлива должны быть оборудованы автоматическими устройствами для прекращения подачи топлива в топку в случаях:

а) погасания факела в топке;

б) отключения всех дымососов;

в) отключения всех дутьевых вентиляторов.

На котлах с горелками, оборудованными индивидуальными вентиляторами, должна быть защита, прекращающая подачу топлива к горелке при остановке вентилятора.