Рис.3.1. Принципова схема пароводяного тракту барабанного котла
Таким чином, підтримка необхідної паропродуктивності барабанного котла повинно здійснюватися шляхом регулювання інтенсивності тепловиділення в топці, тобто за рахунок регулювання процесу горіння палива або ведення, так званого, топкового режиму котла, який характеризується наступними показниками:
- кількістю палива, що спалюється в топці котла палива;
- кількістю подаваного в топку повітря, необхідного для забезпечення ефективного згоряння палива;
- тиском (розрідженням) газів у верхній частині топки котла.
Далі конкретизуємо елементи теплової схеми і основні показники, що використовуються при оперативному управлінні і контролі якості ведення топкового режиму котла.
Регулювання витрати топліваподаваемого в топку котла здійснюється за рахунок відповідного впливу на регулятори подачі палива і за рахунок зміни кількості включених в роботу пальників. У реальних технологічних схемах котельних установок функції регуляторів подачі палива, виконують:
- регулятори тиску газу (РДГ), при використанні газоподібного палива;
- регулятори тиску мазуту (РДМ), при використанні топкового мазуту;
- живильники сирого вугілля (ПСУ), при використанні твердого палива приготавливаемого в пилосистеми з прямим вдуванням вугільного пилу в топку котла;
- живильники пилу (ПП), при використанні твердого палива приготавливаемого в пилосистеми з бункерами пилу. При цьому регулювання витрати твердого палива, що подається в топку котла шнековими або тарілчастими пиложивильників здійснюється за рахунок зміни частоти обертання, відповідно, шнека або ротора пиложивильників. Регулювання продуктивності стрічкових ПСУ здійснюється за рахунок зміни висоти шару палива формованого на рухомій стрічці живильника.
Контроль величини подається в топку рідкого або газоподібного палива, при роботі котла в регулювальному діапазоні навантажень, здійснюється безпосередньо за показаннями відповідних витратомірів, встановлених на теплових щитах управління котлом.
Безпосереднє оперативне вимірювання кількості що подається в топку твердого палива, по відомим технічних причин, не проводиться. У той же час, кількість палива, що спалюється в котлі будь-якого виду палива (твердого, рідкого, газоподібного) контролюється за непрямими параметрами топкового процесу, а саме:
- за ступенем відкриття регулювального шибера живильників сирого вугілля;
- за кількістю включених в роботу розмельних млинів або живильників пилу;
- по струмового завантаження або оборотам живильників пилу;
- по надлишку повітря за топкою;
- по тиску і температурі топкових газів на виході з топки;
- по тиску і температурі перегрітої пари за котлом;
- зі зміни режиму роботи автоматичних регуляторів з підтримки необхідної температури перегрітої пари і рівня води в барабані котла;
- по температурі газів.
Регулювання кількості воздухаподаваемого в топку котла здійснюється зміною продуктивності тягодутьевих механізмів, а саме: зміною продуктивності дуттєвих вентиляторів і димососів в системах газоповітряного тракту котлів, що працюють з врівноваженою тягою, або зміною продуктивності дуттєвих вентиляторів в системах газоповітряного тракту котлів, що працюють під наддувом. При цьому регулювання продуктивності тягодутьевих вентиляторів можливо здійснити двома принципово різними способами: зміною характеристики мережі або впливом на напірну характеристику машини.
Зміна характеристики мережі може бути досягнуто шляхом введення в мережу додаткового опору створюваного спеціальним шибером, що дозволяє змінювати (в залежності від ступеня відкриття) площа поперечного перерізу газовоздухопроводов на вході в дутьевой вентилятор або димосос.
Впливати на напірну характеристику Тягодутьевиє механізму можна шляхом зміни швидкості обертання робочого колеса машини. Продуктивність механізму в цьому випадку змінюється пропорційно зміні швидкості. При цьому регулювання швидкості обертання робочого колеса машини може бути досягнуто за допомогою застосування в якості приводного механізму приводних парових турбін, спеціальних електродвигунів (двошвидкісних або з частотним регулюванням швидкості), гідромуфт і електромагнітних муфт. При регулюванні продуктивності машини зміною швидкості обертання робочого колеса втрати напору внаслідок дроселювання потоку відсутні, тому цей спосіб найбільш економічний. Однак через дорожнечу і складність експлуатації приводних механізмів даний спосіб регулювання продуктивності тягодутьевих механізмів використовується в основному на котлоагрегатах середньої і великої продуктивності.
Слід зазначити, що найбільш ефективний спосіб регулювання продуктивності вентиляторів і димососів з електроприводом досягається при застосуванні, так званих, осьових направляючих апаратів встановлюються у вхідному патрубку тягодутьевих машин. В даних апаратах реалізується комбінація двох способів регулювання: впливу на напірну характеристику машини і зміни характеристики мережі. Осьової направляючий апарат являє собою конструкцію з направляючих лопаток, що встановлюються перед входом потоку на робоче колесо. Для зміни продуктивності вентилятора робочі лопатки повертаються одночасно на деякий кут, закручуючи надходить в вентилятор потік в сторону обертання робочого колеса вентилятора і зменшуючи цим споживання енергії на його привід. Направляючий апарат найбільш ефективний при установці на осьових вентиляторах і димососах і при зниженні продуктивності тягодутьевих вентиляторів до 50%. При подальшому зниженні продуктивності вентиляторів направляючий апарат працює як звичайний шибер. У зв'язку з цим, для радіальних (центробіжних) вентиляторів направляюшій апарати застосовуються в комбінації з двошвидкісними ассінхронном двигунами. При значному зниженні витрати повітря (газу) проводиться перемикання приводних електродвигунів вентиляторів на знижену частоту обертання; в проміжку між цими перемиканнями регулювання здійснюється напрямними апаратами.
Крім наведених вище способів, регулювання кількості повітря, що подається в топку котла може здійснюватися шляхом зміни кількості включених в роботу дуттєвих вентиляторів. Однак цей спосіб регулювання витрати повітря, що подається на котел використовується, в основному, в режимах розпалювання потужних котлоагрегатів з метою зниження витрат електроенергії на власні потреби котелень установок. У відповідність з вимогою ПТЕ, при експлуатації котельних установок в регулювальному діапазоні навантажень, все тягодуттьові механізми (димососи і дутьевие вентилятори) повинні знаходитися в роботі.
Експлуатаційний контроль кількості подаваного в топку повітря здійснюється за показаннями контрольно-вимірювальних приладів, які фіксують такі основні параметри:
- коефіцієнт надлишку повітря (a) в режимному перетині - в точці з температурою газів не вище 600 о С;
- тиск або розрідження (для котлів з урівноваженою тягою) топкових газів у верхній частині топкової камери котла;
- тиск повітря перед пальниковими пристроями котла;
- «Прозорість» відхідних газів.
Коефіцієнтом надлишку повітря називається відношення дійсної кількості повітря, що подається для горіння, до теоретично необхідної кількості. Відомо, що забезпечити повне спалювання палива в реальному топці при подачі теоретичного кількості повітря - неможливо. Пояснюється це тим, що в реальному топці можна розподілити подається для горіння повітря так, щоб кожна молекула пального елемента палива отримувала теоретично необхідну кількість молекул окислювача. Тому в реальних топках для повного спалювання палива завжди доводиться подавати повітря більше, ніж це теоретично необхідно. У свою чергу, під теоретичним кількістю повітря, необхідною для горіння, розуміють такий мінімальний обсяг повітря, який необхідний для повного спалювання одного кілограма твердого або рідкого палива або одного «нормального» кубічного метра газоподібного палива.
При повному спалюванні палива в теоретичних умовах утворюються продукти згоряння представляють собою інертну газову суміш, що складається з СО2. SО2. N2. Н2 О. При цьому, діоксид вуглецю і сірчистий ангідрит прийнято об'єднувати і називати «сухими трьохатомної газами», позначаючи їх через RО2. У разі повного спалювання палива з коефіцієнтом надлишку повітря більше одиниці, в продуктах згорання крім триатомним газів, азоту і водяної пари міститься і надлишковий кисень (О2). Якщо в продуктах згорання крім інертних газів є горючі гази СО, Н2. СН4. то такий процес горіння називається неповним.
Таким чином, коефіцієнт надлишку повітря в значній мірі характеризує економічність процесу горіння в реальних умовах у порівнянні з теоретичними умовами і залежить, в основному, від виду палива, способу його спалювання, конструкції топкового пристрою і навантаження котла. Так при спалюванні твердого палива коефіцієнт надлишку повітря завжди більше, ніж при спалюванні газу. Це обумовлено тим, що тверде паливо і повітря знаходяться в різному агрегатному стані, а газ і повітря в одному і тому ж агрегатному стані. При спалюванні палива в шарової топці коефіцієнт надлишку повітря завжди більше, ніж при спалюванні в факельної топці.
У більшості випадків коефіцієнт надлишку повітря в режимному перетині котла для різних палив приймають в наступних межах: (1,15-1,25) - для твердих палив; (1,02-1,03) - для рідких палив; (1,05-1,1) - для газових палив.
Зменшення надлишку повітря дає економію витрат електроенергії на привід тягодутьевих машин і підвищує ККД котла. Однак його спалювання нижче розрахункового значення веде до швидкого зростання недожога палива і зниження економічності роботи котла.
У загальному випадку, коефіцієнт надлишку повітря в димових газах може бути визначений шляхом вимірювання витрати повітря і складу продуктів згоряння. Безпосереднє вимірювання витрати повітря, що подається в топку котла організувати досить складно, тому коефіцієнт надлишку повітря при експлуатаційному контролі визначається по об'ємному вмісту в продуктах згорання "сухих" трьохатомних газів (RO2), кисню (О2), або азоту (N2). Зазначені показники фіксуються відповідними автоматичними газоаналізаторами, що встановлюються на щиті управління котлом.
Для розрахунку коефіцієнта надлишку повітря, в цих випадках, можуть використовуватися такі формули:
Кa - поправочний коефіцієнт, що враховує вид палива, що спалюється і приймається за відповідним графіком залежно від значення RO2 макс / RO2.
При постійному елементарному хімічному складі палива і його повному згорянні углекислотная формула прийме наступний вигляд a = (RO2 макс / (RO2) * Кa;
r - поправочний коефіцієнт, що враховує вид палива, що спалюється. Приймається рівним: 0,02 - для твердих палив; 0,05 - для мазуту; 0,08 - для попутного газу і 0,1 - для природного газу. При спалюванні суміші палив коефіцієнт r визначається як середньозважене значення по тепловиділенню палив.
При постійному елементарному хімічному складі палива і його повному згорянні киснева формула прийме наступний вигляд a = 21 - rO2 / (21 - O2).
При точних балансових випробуваннях котлоагрегатів використовується азотна формула:
- при повному згорянні палива: a = N2 / (N2 - 3,76O2);
Регулювання тиску топкових газовв верхній частині топки котла.
Рівень регульованого тиску топкових газів у верхній частині топки котла визначається конструкцією котла (газощільний або негазоплотний), схемою газоповітряного тракту котла (схема з димосмоками і дуттьовими вентиляторами або тільки з дуттьовими вентиляторами) і у всіх випадках регламентується відповідними виробничими інструкціями і режимними картами.
У схемах газоповітряного тракту газощільних котлів транспорт повітря до топки і продуктів згоряння до виходу в атмосферу забезпечується тільки дуттьовими вентиляторами. Весь газоповітряний тракт в цьому випадку знаходиться під надлишковим тиском, тобто під тиском вище атмосферного. При цьому рівень тиску регулюється завантаженням дутьевого вентилятора, яка, в свою чергу, визначається паропроизводительностью котла і регламентується відповідними режимними картами.
Якщо котли негазоплотние, то повітря до топки транспортується дуттьовими вентиляторами під надлишковим тиском вище атмосферного, а димові гази видаляються з газового тракту котла димосмоками, що працюють під розрідженням. В цьому випадку, аеродинамічний режим в газовому тракті котла контролюється по розрідженню у верхній частині топки, яке для виключення загазованості котельного цеху продуктами згоряння і забезпечення вимог пожежної безпеки, має підтримуватися на рівні мінус 2..5 мм.вод.ст. Необхідне розрідження, в цьому випадку, підтримується за рахунок спільного впливу на продуктивність дуттєвих вентиляторів і димососів. При цьому продуктивність дуттєвих вентиляторів визначається продуктивністю котла, а димососів - завантаженням дуттєвих вентиляторів і вимогою підтримки розрідження у верхній частині топки котла на рівні мінус 2 ... 5 мм.вод.ст. Таким чином, експлуатаційний контроль тиску в топці котла повинен вестися безпосередньо за відповідними контрольно-вимірювальних приладів і побічно по завантаженню тягодутьевих механізмів.
На закінчення можна констатувати, що один з основних регульованих параметрів парового барабанного котла - паропродуктивність, залежить в основному від інтенсивності тепловиділення в топці, яка в свою чергу, визначається параметрами топкового режиму котла. Оптимальні значення параметрів топкового режиму (витрата палива, надлишки повітря, завантаження тягодутьевих механізмів, тиск топкових газів) для відповідних паропродуктивності котла визначаються при проведенні режимно-налагоджувальних випробувань і заносяться в, так звану, режимну карту. Надалі режимної карти оперативний персонал зобов'язаний керуватися при експлуатації котлоагрегату.