Котельная установка представляет собой комплекс взаимосвязанных аппаратов, предназначенных для выработки водяного пара или горячей воды за счет тепловой энергии, получаемой при сжигании различных видов топлива или использовании альтернативных источников тепла.
Основные компоненты и назначение
Как следует из названия, ключевым элементом любой котельной установки является котел. Именно в нем происходит процесс парообразования. Однако для его эффективной работы требуется целый ряд вспомогательных устройств, обеспечивающих подачу топлива, воздуха, воды и удаление продуктов сгорания. Все эти аппараты образуют единую технологическую систему.
Классификация котельных установок
В зависимости от назначения выделяют несколько основных типов котельных. Энергетические установки вырабатывают пар для привода турбин на тепловых электростанциях. Для нужд промышленных предприятий и отопления зданий создают производственные и отопительные котельные, которые могут быть как автономными, так и входящими в состав более крупных энергетических комплексов.
Источники тепловой энергии
Современные котельные установки могут работать на самых разных энергоносителях. К традиционным видам топлива относятся каменный уголь, мазут, природный и сжиженный газы, а также продукты нефтепереработки. Кроме того, в качестве источника тепла могут использоваться вторичные энергоресурсы, например, отходящие газы промышленных печей. Все большее распространение получают установки, использующие возобновляемую энергию (солнечную) или атомную энергию, получаемую при делении ядер урана или плутония.
Технологическая схема работы на твердом топливе
Рассмотрим принцип действия мощной котельной установки с барабанным паровым котлом, работающим на пылевидном угле. Технологический процесс начинается с топливоподачи: уголь со склада после предварительного дробления поступает по конвейеру в бункер, а оттуда — в систему пылеприготовления. В мельнице уголь измельчается до состояния пыли.
Полученное пылевидное топливо с помощью специального вентилятора (топливного) транспортируется по пневмопроводам к горелкам топки котла. Параллельно дутьевой вентилятор подает в горелки необходимый для горения воздух, предварительно подогретый в воздухоподогревателе.
Водоподготовка и парообразование — другой ключевой контур. Питательная вода из деаэрированного бака подается в барабан котла питательным насосом. По пути она подогревается в водяном экономайзере. Непосредственное испарение происходит в трубной системе (кипятильных трубах). Образовавшийся насыщенный пар поступает из барабана в пароперегреватель, где его температура повышается, после чего пар направляется к потребителю.
Теплообмен и очистка дымовых газов
Топливно-воздушная смесь, сгорая в топке, образует высокотемпературный факел (до 1500 °C). Тепловое излучение от него поглощается трубами, расположенными на стенах топки — эти поверхности называются экранами. Продукты сгорания, охладившись примерно до 1000 °C, проходят через фестон (зону с редко расположенными трубами), затем последовательно омывают пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель, отдавая им остаточное тепло.
Покидая котел с температурой чуть выше 100 °C, дымовые газы проходят через систему золоулавливания, где очищаются от твердых частиц. Очищенные газы дымососом выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. Уловленная зола и шлак из нижней части топки обычно удаляются гидравлическим способом (в виде пульпы) с помощью специальных насосов.
Современные мощные котельные установки — это масштабные инженерные сооружения. Они могут занимать объем в сотни тысяч кубических метров, сжигать до 600 тонн топлива в час и производить до 4000 тонн пара в час, обеспечивая энергией крупные промышленные предприятия и города.