Котельные установки. 3-е изд., перераб. и доп.

ПРЕДИСЛОВИЕ 3 ВВЕДЕНИЕ 5 1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОГО КОТЛОСТРОЕНИЯ. ВКЛАД РОССИЙСКИХ УЧЕНЫХ И ИНЖЕНЕРОВ В РАЗВИТИЕ КОТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ 12 2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ТИПЫ ПАРОВЫХ КОТЛОВ 20 2.1. Паровой котел в технологической схеме производства пара 20 2.2. Основные определения и термины паровых котлов 23 2.3. Классификация паровых котлов 26 2.4. Основные параметры и обозначения паровых котлов 30 2.5. Типы и конструктивные схемы паровых котлов 33 2.5.1. Котлы с естественной циркуляцией 33 2.5.2. Котлы с многократной принудительной циркуляцией 36 2.5.3. Прямоточные котлы 37 2.6. Примеры и контрольные вопросы 41 3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО 42 3.1. Основные определения и классификация 42 3.2. Органическое топливо 43 3.2.1. Общие положения 43 3.2.2. Происхождение органического топлива 44 3.3. Элементарный состав топлива 49 3.4. Характеристики топлива 56 3.5. Теплота сгорания топлива 59 3.6. Приведенные характеристики топлива 64 3.7. Технические характеристики отдельных топлив 64 3.7.1. Характеристики твердых топлив 64 3.7.2. Характеристики мазута 67 3.7.3. Характеристики природного газа 71 3.8. Особенности и классификация энергетических топлив 72 3.9. Примеры и контрольные вопросы 76 4. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА 79 4.1. Теоретический расход воздуха на горение 80 4.2. Теоретические объемы продуктов сгорания 81 4.3. Действительные объемы продуктов сгорания 83 4.4. Энтальпии продуктов сгорания воздуха 88 4.5. Примеры и контрольные вопросы 90 5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И КПД ПАРОВОГО КОТЛА 94 5.1. Тепловой баланс парового котла 94 5.2. Коэффициент полезного действия парового котла и котельной установ-ки 97 5.3. Анализ тепловых потерь при работе котла 100 5.3.1. Потеря теплоты с уходящими газами 100 5.3.2. Потеря теплоты с химическим недожогом топлива 104 5.3.3. Потеря теплоты с механическим недожогом топлива 105 5.3.4. Потеря теплоты от наружного охлаждения 106 5.3.5. Потери с физическим теплом удаляемых шлаков 108 5.3.6. Оптимизация показателей работы парового котла по сумме тепловых потерь 109 5.4. Примеры и контрольные вопросы 110 6. ПОДГОТОВКА ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ 113 6.1. Подготовка твердого топлива для камерного сжигания 113 6.2. Угольная пыль и ее характеристики 114 6.3. Сушка топлива в процессе пылеприготовления 121 6.3.1. Цели и задачи сушки топлива 121 6.3.2. Процесс сушки 121 6.3.3. Мельничное устройство как сушильный агрегат 122 6.3.4. Тепловой баланс сушильно-мельничной системы 122 6.3.5. Порядок расчета сушильной производительности мельницы 124 6.3.6. Газовые барабанные сушилки 124 6.3.7. Паровые барабанные сушилки 125 6.3.8. Трубы-сушилки 125 6.4. Классификация схем пылеприготовления 127 6.5. Оборудование систем пылеприготовления 133 6.5.1. Питатели сырого угля 133 6.5.2. Сепараторы (пылеразделители) 135 6.5.3. Пылеотделители 137 6.5.4. Мигалки 138 6.5.5. Питатели пыли 139 6.5.6. Пылеугольные бункеры 141 6.5.7. Углеразмольные мельницы 143 6.5.7.1. Тихоходные шаровые барабанные мельницы 144 6.5.7.2. Мельницы среднеходные 148 6.5.7.3. Быстроходные молотковые мельницы 150 6.5.7.4. Шахтные молотковые мельницы 153 6.5.7.5. Мельницы-вентиляторы 154 6.5.7.6. Пневмомельницы 157 6.6. Подготовка газа и мазута к сжиганию 157 6.6.1. Газоснабжение котлов 157 6.6.2. Подготовка мазута к сжиганию 159 6.7. Примеры и контрольные вопросы 160 7. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА 163 7.1. Основы кинетики химических реакций 163 7.2. Порядок химических реакций. Энергия активации 166 7.3. Понятие о цепных реакциях 169 7.3.1. Простые (неразветвленные) реакции горения 169 7.3.2. Сложные или разветвленные реакции горения 171 7.3.3. Смешанные реакции горения 172 7.4. Горение углерода 173 7.4.1. Диффузная и кинетическая области гетерогенного горения 174 7.5. Горение натуральных топлив 175 7.5.1. Горение газового топлива 175 7.5.2. Горение жидкого топлива 176 7.5.3. Горение твердого топлива 178 7.6. Примеры и контрольные вопросы 179 8. ТОПОЧНО-ГОРЕЛОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ТОПЛИВА 182 8.1. Слоевое сжигание топлива 182 8.1.1. Классификация слоевых топок 182 8.1.2. Смесеобразование при слоевых процессах 185 8.1.3. Работа слоевой топки 190 8.1.4. Методы механизации слоевых топочных процессов 193 8.1.5. Топки с шурующей планкой 197 8.1.6. Топки с подвижным слоем топлива 198 8.1.7. Топки с цепными решетками 199 8.1.7.1. Принципиальная схема и условия работы цепной решетки 199 8.1.7.2. Огневая работа слоя и топки 203 8.1.7.3. Аэродинамическая схема цепной решетки 206 8.1.7.4. Показатели работы топок с цепными решетками 206 8.1.8. Наклонно-переталкивающие решетки 207 8.1.9. Топки с обратно-переталкивающей решеткой, «каскадные» топки 208 8.1.10. Топки с нижней подачей топлива 208 8.1.11. Шахтно-цепная топка для кускового торфа системы профессора Макарьева 208 8.1.12. Топки с двухступенчатым очагом горения (факельно-слоевая) 210 8.1.13. Области применения различных типов слоевых топок 211 8.2. Сжигание в кипящем слое 212 8.3. Выбор слоевых топок и основы их расчета 218 8.4. Факельное сжигание пылевидного топлива 220 8.4.1. Основные размеры топочной камеры и расчетные тепловые напряжения 220 8.4.2. Топочные камеры и горелки для сжигания твердых топлив 227 8.5. Пылеугольные горелки 231 8.6. Газомазутные топки 243 8.7. Горелочные устройства для сжигания мазута и газа 246 8.7.1. Мазутные форсунки 246 8.7.2. Организация сжигания природного газа 249 8.7.3. Комбинированные газомазутные горелки 253 8.7.4. Смешанное сжигание газообразного и твердого топлива 255 8.8. Примеры и контрольные вопросы 256 9. ГИДРОДИНАМИКА ПАРОВЫХ КОТЛОВ 259 9.1. Режимы и параметры течения пароводяной смеси 259 9.2. Гидродинамика котлов с естественной циркуляцией 267 9.3. Гидродинамика прямоточных котлов 283 9.4. Гидродинамика котлов с многократной принудительной циркуляцией 289 9.5. Гидродинамика водогрейных котлов 291 9.6. Гидродинамика экономайзера 292 9.7. Гидродинамика пароперегревателя 293 9.8. Температурный режим поверхностей нагрева 298 9.9. Примеры и контрольные вопросы 305 10. ВОДНО-ХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЧИСТОГО ПАРА 307 10.1. Водный режим 307 10.1.1. Характеристика природных вод 307 10.1.2. Поведение примесей в рабочей среде 309 10.1.3. Требования к качеству питательной воды и пара 312 10.1.4. Методы вывода примесей из цикла 314 10.1.5. Станционная водоподготовка 315 10.1.6. Баланс примесей и продувка 318 10.1.7. Водный режим барабанных котлов 320 10.1.8. Водный режим прямоточных котлов 321 10.2. Методы получения чистого пара 322 10.2.1. Ступенчатое испарение 323 10.2.2. Сепарация пара 327 10.2.3. Промывка пара 332 10.3. Внутренние загрязнения 334 10.4. Коррозия 334 10.4.1. Коррозия поверхностей нагрева со стороны рабочей среды 336 10.4.2. Коррозия поверхностей нагрева со стороны дымовых газов 340 10.5. Примеры и контрольные вопросы 342 11. ИСПАРИТЕЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА 345 11.1. Тепловосприятие поверхностей нагрева парового котла 345 11.2. Гладкотрубные топочные экраны 346 11.2.1. Вертикальные топочные экраны котлов с естественной циркуляцией 347 11.2.2. Топочные экраны прямоточных котлов 351 11.3. Газоплотные сварные экраны 354 11.4. Методы повышения надежности газоплотных экранов 357 11.5. Высокотемпературная коррозия экранов 358 11.6. Примеры и контрольные вопросы 361 12. КОНСТРУКЦИИ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЕЙ И ИХ КОМПОНОВКА 363 12.1. Виды пароперегревателей 363 12.2. Компоновка пароперегревателей 373 12.3. Регулирование температуры перегретого пара 377 12.3.1. Регулировочные характеристики пароперегревателей 377 12.3.2. Методы регулирования температуры пара 379 12.3.3. Методы парового регулирования 380 12.3.4. Методы газового регулирования 388 12.4. Примеры и контрольные вопросы 391 13. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА 393 13.1. Компоновка низкотемпературных поверхностей нагрева 393 13.2. Экономайзеры 396 13.2.1. Чугунные экономайзеры 397 13.2.2. Стальные экономайзеры 399 13.3. Воздухоподогреватели 404 13.3.1. Рекуперативные воздухоподогреватели 404 13.3.2. Регенеративные воздухоподогреватели 407 13.4. Условия работы низкотемпературных поверхностей 410 13.4.1. Низкотемпературная коррозия 410 13.4.2. Загрязнение и абразивный износ поверхностей 417 13.5. Примеры и контрольные вопросы 424 14. МЕТАЛЛ И РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОВОГО КОТЛА 427 14.1. Работа металла при высокой температуре 427 14.2. Основные материалы элементов котла 431 14.3. Расчет на прочность основных элементов парового котла 435 14.4. Примеры и контрольные вопросы 437 15. ТРУБОПРОВОДЫ, АРМАТУРА И ГАРНИТУРА ПАРОВОГО КОТЛА 439 15.1. Трубопроводы паровых котлов 439 15.1.1. Классификация трубопроводов 439 15.1.2. Фасонные детали трубопроводов 440 15.1.3. Соединение трубопроводов 442 15.1.4. Компенсаторы 446 15.1.5. Опоры и подвески 449 15.2. Котельная арматура 451 15.3. Гарнитура котла 459 15.4. Примеры и контрольные вопросы 460 16. ГАЗОВОЗДУШНЫЙ ТРАКТ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ЕГО ОБОРУДОВАНИЕ 463 16.1. Общие сведения 463 16.2. Тягодутьевая установка 465 16.3. Выбор тягодутьевой установки 470 16.4. Примеры и контрольные вопросы 473 17. ЗАЩИТА ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ОТ ОТЛОЖЕНИЙ И ЗОЛОШЛАКОУДАЛЕНИЕ НА ТЭС 475 17.1. Паровая (воздушная) обдувка 475 17.2. Импульсная очистка 483 17.3. Дробеочистка 484 17.4. Виброочистка 487 17.5. Очистка поверхностей нагрева от внутритрубных образований 488 17.6. Система и устройства золошлакоудаления 491 17.7. Примеры и контрольные вопросы 497 18. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА 499 18.1. Каркас парового котла 499 18.2. Обмуровка и тепловая изоляция 503 18.3. Контрольные вопросы 509 19. КОМПОНОВКА, ТЕПЛОВАЯ СХЕМА И РАСЧЕТ КОТЛА 510 19.1. Основные типы компоновок паровых котлов 512 19.2. Тепловые схемы котлов 515 19.3. Составление тепловой схемы 524 19.4. Тепловой расчет котла 526 19.4.1. Теплообмен в топочной камере 527 19.4.2. Лучистый теплообмен в газоходах котла 536 19.4.3. Конвективный теплообмен в газоходах котла 538 19.5. Последовательность теплового расчета котла 543 19.5.1. Общие положения 543 19.5.2. Поверочный расчет котла 544 19.5.3. Порядок выполнения поверочного теплового расчета на ЭВМ 546 19.6. Контрольные вопросы 551 20. КОНСТРУКЦИИ ПАРОВЫХ КОТЛОВ 552 20.1. Влияние единичной мощности, параметров пара и режима работы на конструкцию парового котла 552 20.2. Котлы малой и средней производительности, пиковые теплофикационные 554 20.2.1. Котлы малой производительности 554 20.2.2. Котлы средней производительности 560 20.2.3. Пиковые теплофикационные водогрейные котлы 565 20.3. Энергетические паровые котлы 568 20.3.1. Энергетические котлы небольшой производительности 569 20.3.2. Котлы с естественной циркуляцией для энергоблоков 572 20.3.3. Прямоточные котлы энергоблоков 575 20.3.4. Малогабаритные котлы 585 20.3.5 Котельные агрегаты башенной компоновки 592 20.3.6. Котельные агрегаты с топками кипящего слоя 596 20.4. Котельные агрегаты парогазовых установок 603 20.4.1. Низконапорные котлы-утилизаторы 603 20.4.2. Высоконапорные парогенераторы парогазовых установок 615 20.5. Контрольные вопросы 618 21. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 619 21.1. Эксплуатационные режимы работы паровых котлов 619 21.2. Статические характеристики парового котла в нерасчетных режимах работы 624 21.3. Переходные процессы в котле при изменении нагрузки 629 21.4. Состояние паровых котлов в эксплуатации 636 21.5. Пуск парового котла в работу 636 21.5.1. Пуск котла с естественной циркуляцией при работе на общий паропровод 637 21.5.2. Пуск барабанных котлов энергоблоков 638 21.5.3. Пуск прямоточных котлов энергоблоков 639 21.6. Обслуживание парового котла во время работы 642 21.7. Останов парового котла 643 21.8. Защита окружающей среды 644 21.8.1. Выбросы вредных продуктов сгорания в атмосферу 644 21.8.2. Сокращение вредных выбросов в окружающую среду режимными методами 646 21.8.3. Золоулавливание 650 21.9. Контрольные вопросы 656 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 657 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 658