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.