22. Технология производства тепловой энергии в котельных установках. Безопасность эксплуатации котельных установок.
Развитие отечественной теплоэнергетики неразрывно связано с именами русских ученых и инженеров. Основы теплотехнической науки были заложены в середине XVIII в. великим русским ученым М.В. Ломоносовым. В 1766 г. талантливый русский теплотехник И.И. Ползунов создал в Барнауле первую в мире теплосиловую установку для привода заводских механизмов, которая включала паровой котел. Практическое использование паросиловых установок дало новый источник энергии и сыграло большую роль в развитии промышленного производства. Ряд теоретических и экспериментальных работ по исследованию рабочих процессов котельных установок был проведен в конце XVIII и начале XI X вв. учеными В.В.Петровым и Я.Д. Захаровым.
Котельные установки по виду вырабатываемого теплоносителя делятся на:
- паровые (для выработки пара);
- водогрейные (для выработки горячей воды).
Водогрейная котельная имеет один теплоноситель – воду в отличие от паровой котельной, у которой два теплоносителя – вода и пар. В связи с этим в паровой котельной необходимо иметь отдельные трубопроводы для пара и воды, а также бака для сбора конденсата.
Котельные установки оборудуют водоподготовительными устройствами, контрольно-измерительными приборами и соответствующими средствами автоматизации, что обеспечивает их бесперебойную и надежную эксплуатацию. Водогрейные котельные установки предназначены для получения горячей воды, используемой для отопления, горячего водоснабжения и других целей.
Водогрейные и паровые котельные различаются в зависимости от вида используемого топлива, конструкции котлов, топок и т.п. В состав как паровой, так и водогрейной котельной установки обычно входят несколько котлоагрегатов, но не менее двух и не более четырех-пяти. Все они связываются между собой общими коммуникациями – трубопроводами, газопроводами и др.
Котельные установки в зависимости от типа потребителя разделяются на:
- энергетические;
- производственно-отопительные;
- отопительные.
Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.
Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления, горячего водоснабжения и вентиляции производственных и жилых помещений.
В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные разделяются на местные (индивидуальные), групповые и районные.
По материалу конструкций котлов – чугунные и стальные.
По аэродинамическому режиму топки – с разрежением и с наддувом.
По перемещению продуктов сгорания и воды – газотрубные, водотрубные, газо-водотрубные.
По конструктивным особенностям: цилиндрические, горизонтально-водотрубные, вертикально-водотрубные.
По характеру циркуляции рабочего тела – с естественной или принудительной циркуляцией.
По транспортабельности – стационарные и передвижные.
По принятой в настоящее время маркировке паровые стационарные котлы в соответствии со схемой циркуляции в них теплоносителя имеют следующие обозначения:
Е – с естественной циркуляцией;
Еп - с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом пара;
ПР – с многократной принудительной циркуляцией;
П – прямоточный;
Пи – прямоточный с промежуточным перегревом пара;
Кп – с комбинированной циркуляцией и промежуточным перегревом пара.
К обозначению котла цифрами добавляют:
паропроизводительность, Т/ч;
абсолютное давление, кгс/см2;
индекс топки (Г – газ, М - мазут);
если топка под наддувом – буква «н»;
температуру перегрева пара показывают цифрами в скобках.
Например: Е-10-14Г; Еп-16-14-ГМ(250).
Водогрейные котлы теплопроизводительностью 4…180 Гкал/ч обозначают буквами КВ. К обозначению добавляют вид сжигаемого топлива (буквами), теплопроизводительность Гкал/ч (цифрами), температуру нагретой воды С.
Например: КВ-ГМ-10-150.
Функционально котел и его оборудование можно разделить на несколько частей (рисунок):
- система подачи топлива;
- система подачи воздуха;
- горелочные устройства;
- топка;
- система подачи воды;
- барабан котла.
Рисунок - Функциональная схема котла
В соответствии с приведенной схемой собственно котлоагрегат включает в себя:
- топочное устройство, в котором сжигается топливо и образуются топочные газы – высоконагретые продукты сгорания;
- котел (металлическую емкость), внутри которого циркулирует теплоноситель и через поверхность которого передается теплота от газов к теплоносителю;
- систему газоходов, служащих для удаления топочных газов в атмосферу;
- устройства для подачи топлива и воздуха в топку, удаления остатков топливосжигания и продуктов сгорания, циркуляции теплоносителя;
- системы трубопроводов воды, пара, воздуха, конструктивно выполненных как единое целое с котлоагрегатом.
Котельная установка – совокупность одного или нескольких котлоагрегатов, установленных в одном помещении и оборудованных общими вспомогательными устройствами топливоподготовки, шлакозолоудаления, водоподготовки и питания котлов, очистки и удаления газов.
К вспомогательным элементам котельной относят:·
дутьевые вентиляторы, необходимые для подачи воздуха в топку котлов;·
дымососы-вентиляторы, способствующие усилению тяги и тем самым уменьшению размеров дымовой трубы;·
питательные устройства (насосы), необходимые для подачи воды в котлы;·
устройства по очистки питательной воды, предотвращающие накипеобразование в котлах и их коррозию.·
водяной экономайзер служит для подогрева питательной воды до ее поступления в котел;
воздухоподогреватель предназначен для подогрева воздуха перед его поступлением в топку горячими газами, покидающими котлоагрегат;
приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.
Арматурой котлов называют приборы и устройства, которые обеспечивают безопасную и безаварийную работу котлов и котельного оборудования.
Котельные установки в соответствии с ФЗ-116 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» относятся к категории опасных производственных объектов со всеми вытекающими последствиями относительно требований по обеспечению безопасной эксплуатации.
Требования безопасности при эксплуатации котлов изложены в Правилах устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов (Постановление Гсгортехнадзора РФ № 88 от 11.06.2003 г.).
К работе с котлами допускаются лица:
не моложе 18 лет;
имеющих соответствующую подготовку;
прошедших проверку знаний по правилам эксплуатации;
прошедшим инструктажи.
Результаты экзаменов и периодической проверки знаний обслуживающего персонала должны оформляться протоколом за подписью председателя комиссии и ее членов и заноситься в специальный журнал. Лицам, выдержавшим экзамены, выдаются удостоверения за подписью председателя комиссии и инспектора котлонадзора.
Допуск оформляется приказом. Повторная проверка знаний обслуживающего персонала котельной должна проводиться периодически, не реже одного раза в 12 месяцев.
Персонал, обслуживающий теплоиспользующие установки и тепловые сети, должен ясно представлять технологические особенности своего предприятия (организации) и его значение для народного хозяйства, знать и выполнять настоящие Правила, правила техники безопасности, инструкции и другие директивные материалы.
При эксплуатации оператор (машинист) котельной обязан:
произвести прием и проверку исправности аппаратуры, записать показания КИП и А;
не покидать рабочее место;
обеспечивать соблюдение режима работы;
при производстве работ внутри котлов – обязательное оформление наряда-допуска за подписью нач. котельной;
ежесуточная проверка исправности КИП (с записью в журнале дежурства);
проверка предохранительной арматуры (с записью в журнале дежурства).
При плановой остановке котлов:
сжечь неиспользованное топливо;
при работе на газу – уменьшить подачу газа, прекратить его подачу, отключить подачу воздуха;
продуть и проветрить топку.
Немедленно приступить к остановке котла (при одновременном сообщении руководству и аварийным службам) в случаях:
нерегулируемое повышение температуры и давления внутри котла выше технологических параметров;
снижение уровня воды;
неисправна контрольно-измерительная аппаратура;
обнаружение в основных элементах котла и кожуха трещин, выпучин, разрывов трубопроводов и других конструктивных нарушений.
Запрещается:
загромождать помещение посторонними предметами;
оставлять без надзора работающий котел;
допускать в помещение котельной посторонних лиц;
использовать легковоспламеняющиеся жидкости при растопке котлов и содержать их в помещении;
производить какие-либо ремонтные работы при эксплуатации котлов;
тушить в топке пламя засыпкой свежего топлива или водой.
Причины аварий и профилактика паровых котлов
Утечка воды часто приводит к взрывам, вызывающим большие разрушения и несчастные случаи. Организационные причины — нарушение правил и инструкций, отсутствие кочегара на рабочем месте. Технические причины — отсутствие или неисправность звукового сигнализатора предельных уровней воды, датчика температуры, неисправность водоуказательного стекла.
1. Аварии паровых котлов вследствие неудовлетворительного водного режима происходят при добавлении в котел неочищенной воды, появления накипи на кипятильных трубах, отсутствии или неисправности запорных щеколд на топочных дверцах шуровочных отверстий, через которые часто выбрасываются пламя, зола, шлак и пар, что приводит в свою очередь к травматизму.
Профилактика: регулярный контроль за качеством питательной воды, ее химической очистки, осуществление продувки и промывки, механической очистки поверхностей нагрева котла.
2. Аварии, связанные с явлением щелочной коррозии металлов происходят в результате одновременного воздействия на металл повышенных местных напряжений, близких к пределу текучести или превышающих его, и щелочно-агрессивной котловой воды. Все это усугубляется при резких изменениях режима работы котлов (колебания нагрузок и параметров пара, форсирование растопки и расхолаживания паровых котлов). Опасность возникает при концентрации щелочей 100 г/л, т. е. при 10 %-ном растворе. Агрессивность воды повышается при увеличении ее щелочности. Для ее контроля необходимо пользоваться приборами-индикаторами.
Профилактика: проведение регулярных осмотров (выявление солевых отложений с наружной стороны заклепочных швов или в местах вальцовки труб, а при гидравлических испытаниях нужно следить за пропуском воды через неплотность швов и соединений); легкое простукивание молотком поверхностей (при наличии “хрупких” разрушений головки заклепок выпадают из отверстий); осуществление дефектоскопии.
3. Аварии паровых котлов из-за превышения рабочего давления возникают по следующим причинам: неисправность или отсутствие манометров продувочных краников, предохранительных клапанов, их преднамеренное заклинивание или отсутствие регулировки на разрешенное давление; работа котла на повышенном давлении.
Организационные причины: необученность персонала, нарушение требований инструкций или их отсутствие, нарушение растопочного режима котла.
4. Аварии паровых котлов из-за износа их элементов происходят при нарушении или игнорировании требований правил безопасной эксплуатации котлов в часы профилактических работ и при замене дефектных узлов, деталей, приборов и устройств контроля.