Котельные установки

За длительность диффузии г уместно в качестве допустимого приближения принимать время холодного периода года в сутках, ограниченное датами, соответствующими среднесуточным температурам, равным нулю и устанавливающимся в осенний и весенний периоды. Длительность такого времени указана в нормах строительной климатологии СНиП (графа 23 табл. 1 гл. СНиП II-A.6—72).
Для центральных районов европейской части СССР длительность диффузии близка к четырем месяцам; в более холодных, но сухих районах (южные территории центральной Сибири и т. д.) увеличение длительности диффузии компенсируется меньшей влажностью воздуха в помещениях и относительной сухостью материалов ограждений; в ряде случаев условия конструирования ограждений в таких районах (с точки зрения требуемой вла-гоизоляции) облегчаются, поскольку толщина конструкций возрастает, а коэффициенты паропроницаемости для многих сухих материалов уменьшаются. В западных районах европейской части СССР, где длительность периода диффузии сокращается, но влажность материалов повышена, требования к сопротивлению влаго-изоляции также не изменяются.
Лишь во влажных северных районах (Кольский полуостров и т. д.) и в холодных районах Сибири, особенно подвергающихся океаническом влияниям, эти требования возрастают.
Наоборот, для южных сухих районов сопротивление необходимой влагоизоляции сильно уменьшается.
Температура в зоне возможной конденсации £ши соответствующее этой температуре насыщающее давление водяного пара должны быть установлены обычным теплотехническим расчетом *.
Расчет продолжительности времени, необходимого для предельно допустимого увлажнения ограждающей конструкции, позволяет судить о целесообразности применения ее в помещениях с различным парциальным давлением водяного пара во внутреннем воздухе.

Кратко описанный выше графо-аналитический метод расчета влажностного состояния ограждающих конструкций разработан для установившихся условий диффузии водяного пара и игнорирует длительное (а для массивных конструкций отапливаемых зданий нереально длительное) время, необходимое для достижения таких условий.
Для сравнительно массивных конструкций длительность такого времени превышает продолжительность холодного периода года, а потому для этих конструкций графо-аналитический метод расчета вообще неприменим. Кроме того, этим методом не учитывается ни начальное влагосодержание материала конструкции, ни постепенные его изменения во времени.
Опыт эксплуатации ограждающих конструкций зданий и многочисленные исследования в лабораторных и натурных условиях показали, что действительные особенности влажностного состояния конструкций зависят от начального влагосодержания и его колебаний в холодный и теплый периоды года, связанных с климатом местности и температурно-влажностным режимом ограждаемого помещения. Эти факторы в некоторой мере учитываются изложенным выше приближенным инженерным методом расчета по предельно допустимому состоянию увлажнения, но более точным образом могут быть изучены только на основе численного решения соответствующих дифференциальных уравнений, в частности, уравнения (1,28).Для проведения расчета необходимо иметь изотерму сорбции того строительного материала, из которого выполнена рассматриваемая ограждающая конструкция.
В качестве исходного положения для расчета принимается начальное влагосодержание материала, соответствующее изучаемым реальным условиям; чаще всего такое начальное влагосодер-жение соответствует равновесному при ф = 50^80% по изотерме сорбции. Рассчитываемая конструкция разделяется на равные по толщине слои Ал: (например, на 5—6 слоев); плоскости, ограничивающие или разделяющие эти слои, нумеруются по направлению от теплой к холодной поверхности ограждения и являются расчетными плоскостями. Зная температуру и насыщающее парциальное давление в каждой из расчетных плоскостей, легко определить по начальному влагосодержанию и изотерме сорбции величину начального парциального давления в этих плоскостях, пользуясь формулой (VI.3).
Кинетика дальнейших изменений влагосодержания материала конструкции зависит от климатических условий рассматриваемой местности. Годовой цикл времени, состоящий из 12 месяцев, делится на характерные четыре периода (зима, весна, лето, осень); при этом к каждому периоду относят смежные месяцы с достаточно близкими значениями среднемесячных температур. За среднюю температуру наружного воздуха в каждом периоде принимается осредненная температура этих месяцев. Средние за каждый период значения температур на наружной поверхности ограждения вычисляются с учетом теплового действия осредненных значений солнечной радиации (формула 11.16). После этого на поперечном разрезе конструкции строится распределение температур для каждого периода года, определяя их значение и соответствующие им величины насыщающих парциальных давлений в расчетных плоскостях.
Имея в виду, что стационарные условия теплопередачи устанавливаются во много раз быстрее, чем такие же условия для диффузии, принимают, что распределение температуры в ограждающей конструкции постоянно в течение каждого из характерных периодов года и соответствует средним температурным условиям этого периода. Переход от температурных условий одного периода года (например, зимы) к другому (например, весне) условно считается мгновенным.

Конденсация на поверхности ограждающих конструкций обычно вызывает нежелательное увлажнение этих конструкций; конденсация на поверхности аэрозолей, взвешенных во влажном воздухе, связана с легким образованием туманов в атмосфере, загрязненной промышленными выбросами, копотью и пылью. Абсолютные значения величин Е в мм рт. ст. и F в г/ж3 близки между собой при обычных температурах воздуха отапливаемых помещений, а при t= 16° С они равны друг другу.
С повышением температуры воздуха величины Е и F растут. При постепенном понижении температуры влажного воздуха величины е и f, имевшие место в ненасыщенном воздухе с начальной более высокой температурой, достигают предельных максимальных значений, поскольку эти значения уменьшаются с понижением температуры. Температура, при которой воздух достигает полного насыщения, называется температурой точки росы или просто точкой росы.При отрицательных температурах следует иметь в виду, что давление насыщенного водяного пара над льдом меньше давления над переохлажденной водой. Это видно из рис. VI.3, на котором представлена зависимость парциального давления насыщенного водяного пара Е от температуры.
В точке О, которая называется тройной, пересекаются границы трех фаз: льда, воды и пара.
Если продолжить пунктиром кривую линию, отделяющую жидкую фазу от газообразной (воду от пара), она пройдет выше границы твердой и газообразной фаз (пара и льда), что свидетельствует о более высоких значениях парциальных давлений насыщенного водяного пара над переохлажденной водой.
Степень насыщения влажного воздуха водяным паром выражается относительным парциальным давлением или относительной влажностью.Относительная влажность ф является отношением парциального давления водяного пара е в рассматриваемой воздушной среде к максимальному значению этого давления Е, возможному при данной температуре.

В атмосферном воздухе, а следовательно, и в воздухе помещений всегда содержится определенное количество водяного пара.
Количество влаги в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха, называется объемной концентрацией пара или абсолютной влажностью f в г/ж3. Водяной пар, входящий в состав паровоздушной смеси занимает тот же объем v, что и сама смесь; температура Т пара и смеси одинакова.Физическая размерность парциального давления зависит от того, в каких единицах выражены давление и объем, входящие в универсальную газовую постоянную.
Если давление измеряется в кГ/м2, то парциальное давление имеет такую же размерность; при измерении давления в мм рт, ст. парциальное давление выражается в этих же единицах.
В строительной теплофизике для парциального давления водяного пара обычно принимается размерность, выраженная в мм рт. ст.
Величина парциального давления и разность этих давлений в смежных сечениях рассматриваемой материальной системы используются для расчетов диффузии водяного пара внутри ограждающих конструкций. Величина парциального давления дает представление .о количестве и кинетической энергии водяного пара, содержащегося в воздухе; количество это выражается в единицах, измеряющих давление или энергию пара.Парциальное давление водяного пара, как и абсолютная влажность паровоздушной смеси, не может возрастать беспредельно в атмосферном воздухе с определенной температурой и барометрическим давлением.
Предельное значение парциального давления Ев мм рт. ст. соответствует полному насыщению воздуха водяным паром FMRKC в г/м3 и возникновению его конденсации, происходящей обычно на материальных поверхностях, граничащих с влажным воздухом или на поверхности пылинок и аэрозолей, содержащихся в нем во взвешенном состоянии.

Общими задачами контроля и управления работой любой энергетической установки и в том числе котельного агрегата является обеспечение:
выработки в каждый данный момент необходимого количества пара или горячей воды при определенных их параметрах — давлении и температуре;
экономичности сжигания топлива, рационального использования электроэнергии для собственных нужд установки и сведения потерь теплоты к минимуму;
надежности, т. е. установление и сохранение нормальных условий работы котельного агрегата, исключающих возможность неполадок и аварий как собственно агрегата, так и вспомогательного оборудования.
Персонал, обслуживающий данный агрегат, постоянно должен иметь ясное представление о режиме работы на основании показаний контрольно-измерительных приборов, которыми должен быть оснащен котельный агрегат. Эти приборы для измерения можно разделить на пять групп:
расхода пара, воды, топлива, иногда воздуха, дымовых газов;
давлений пара, воды, газа, мазута, воздуха и для измерений разрежения в элементах и газоходах котла и вспомогательного оборуда-вания;температур пара, воды, топлива, воздуха и дымовых газов;
уровня воды в барабане котла, его выносных циклонах, баках, деаэраторах, уровня топлива в бункерах и других емкостях;
качественного состава дымовых газов, пара и воды.
Почти все приборы состоят из воспринимающей части — датчика, передающей части и вторичного устройства, по которому отсчитывают измеряемую величину. Вторичные приборы могут быть указывающими, регистрирующими (самопишущими) и суммирующими (счетчиками).
Для уменьшения числа вторичных приборов на тепловом щите часть величин собирается на один прибор с помощью переключателей. Для ответственных величин на вторичном приборе отмечают красной чертой предельные допускаемые для данного агрегата значения (давление в барабане, уровень воды и т.д.), их измеряют непрерывно.
Принципиальная схема теплового контроля за работой котельного агрегата малой мощности со слоевой топкой показана на рис. 10-8. Агрегат имеет:
три точки измерения давления рабочего тела — питательной воды, пара в котле и в общей магистрали;

Для лучшей дегазации в колонке иногда выполняют две ступени8 давления. Общий вид такой сдвоенной колонки дан на рис. 9-15. Вода деаэрируется сначала в отсеке У, затем в отсеке 2.
На рис. 9-16 показана схема включения двух ступеней вакуумной деаэрации (предложенная Моспроектом). Горячая вода из стального водогрейного котлоагрегата 1 поступает в подогреватель химически очищенной воды 2 и нагревает ее до температуры, превышающей температуру в деаэраторе на 6—10°С. До подогревателя 2 химочищенная вода греется выпаром в подогревателе 3, из которого газы отсасываются вакуум-насосом 4. Конденсат из подогревателя 3 сливается в деаэратор 5, в баке которого имеются змеевики для подогрева и частичного испарения поступающей воды. Освобожденная от газов вода подпиточным насосом 6 подается ib линию к сетевым насосам 7. Сюда же возвращается вода из теплообменника 2 и змеевиков в баке деаэраторе. Применительно к водогрейным котельным ЧМЗ и ЦКТИ разработали другого вида схему для деаэрации сетевой и добавочной воды.
Пример такой схемы дан на рис. 9-17. Для удовлетворительной дегазации в схеме с вакуумной деаэрацией необходимо иметь выпар порядка 5—8 кг/т поступающей воды. Подогрев воды до деаэратора должен обеспечивать превышение ее температуры над температурой насыщения в колонке не менее чем на 6—10°G при давлении от 0,01 до 0,05 МПа (0,1—0,5 кгс/см2). Охладитель выпара следует выбирать с запасом поверхности против (расчетной до 30%, а давление воды перед водо-водяными эжекторами должно быть не ниже 0,2 МПа (2 оспе/см2) и температура — не выше 30°С.Удалить часть кислорода из воды можно фильтрованием воды через стальную с графитом или чугунную стружку слоем высотой 1,5—2,0 м. Вода, нагретая до 50—70°С, проходя сквозь слой со скоростью 4—6 мм/с (15—20 м/ч) из-за процесса электрохимической коррозии, освобождается от части растворенного в ней кислорода, образуя окислы железа, часть которых остается в слое загруженной стружки, а остальные выносятся водой, которую затем осветляют. Чугунную или стальную стружку с графитом используют до окисления на половину ее .массы, равной 1 т/м3, с периодическими 1 раз в 7—10 сут промывками фильтров. Содержание кислорода после фильтров равно 0,1— 0,2 мг/кг при перезарядке их через 1—3 мес, но С02 ими не улавливается, так же как и при сульфитировании, что ограничивает применение их.

Исходная вода, поступающая на обработку, и возвращаемый потребителями конденсат могут содержать растворенные в них газы — кислород, двуокись углерода, аммиак, азот и др. Для удаления газов из питательной воды применяется термическая и иногда химическая деаэрация.
По закону Дальтона — Генри массовая концентрация каждого из газов, растворенных в воде, пропорциональна его парциальному давлению над поверхностью. При кипении парциальное давление газов над поверхностью и концентрация их в воде стремятся к нулю, поскольку давление пара равно практически полному давлению над кипящей
водой.
На рис. 9-12 показаны зависимости содержания О2 и СО2 в воде при ее различных температурах и давлениях. Чем тоньше слой воды, тем интенсивней происходит процесс дегазации; поэтому в термических деаэраторах стремятся для ускорения прогрева иметь тонкие слои или струи.
Разрез и вид сверху деаэраци-онной колонки показаны на рис. 9-13; в корпусе установлены стальные диски с отверстиями в дне и с перегородками. Пар подводится снизу по патрубку с отверстиями, направленными вниз для лучшего его распределения. Вода, подлежащая деаэрации, подводится в верхнюю часть колонки на верхний диск, контактируется с паром, переливается и стекает через отверстия на нижний диск, а затем в бак-аккумулятор. Газы и несконденсировавшая-ся часть пара (так называемый вы-пар) отводятся через патрубок в самой верхней точке колонки. Перед патрубком установлен отбойный щиток для поворота потока пара и сепарации части влаги. К колонке присоединен гидравлический затвор обычного типа, а колонка устанавливается на бак-аккумулятор.
Для лучшей деаэрации воды, кроме подогрева ее в колонке, применяется схема, в которой пар сначала поступает на барботаж, а затем в колонку по полному сечению колонки.

Как указывалось в гл. 4, для удаления части солей и шлама из паровых котлоагрегатов осуществляют продувку. Непрерывную продувку выполняют из тех участков верхнего барабана, где концентрация солей в воде наибольшая; периодическую продувку выполняют из мест, где может скапливаться шлам: из торцов нщкнего барабана и с нижних образующих коллекторов и нижнего барабана.
Поскольку с водой, уходящей из котлоагрегата, выносится Некоторое количество теплоты, размер продувки ограничивают максимальной величиной в 10% паропроизводительности котлоагрегата. Использование теплоты продувочной воды обязательно, если ее количество больше 0,14 кг/с (0,5 т/ч) и осуществляется путем установки расширителей продувки и теплообменников для подогрева воды, идущей в аппараты, и устройства химической водоочистки.Имея из баланса солей в котлоалрегате и тепловой схемы установки величину продувки, можно определить необходимость ступенчатого испарения (см. § 4-3), размер продувки и рациональность схемы использования ее теплоты и воды.
Принципиальная схема продувки показана на рис. 9-11,а. Котловая вода из барабана 1 направляется в расширитель продувки 2; количество воды регулируется дроссельным вентилем 3, набором диафрагм или системой вентилей по показаниям манометра. Образовавшееся при расширении воды количество пара, см. формулу (7-21), отводится обычно в термический деаэратор по линии 4. Отделившаяся вода по линии 5 направляется в теплообменник 6 поверхностного типа для подогрева исходной воды перед водоподготовкой. Отдав теплоту, котловая вода сбрасывается в колодец 7, в который иногда для охлаждения подводится техническая вода по трубопроводу 8.Для получения пара удовлетворительного качества постоянный уровень воды в расширителе поддерживают автоматом — поплавковым регулятором; кроме того, имеется линия 9 из парового пространства, н^ которой установлены обратные клапаны и конденсационные горшки. Иногда вода после теплообменника используется в тепловых сетях закрытой системы теплоснабжения. При наличии в котельной паровых агрегатов с разным давлением продувка из котлоагрегатов с более высоким давлением направляется в агрегаты с низким давлением, а из последних для сокращения потерь осуществляется продувка.
Иногда в котельных малой производительности ©место предохранительных клапанов и автоматов поддержания уровня в расширителе устанавливаются обычный гидрозатвор 1 (см. рис. 6-5) с высотой замыкающей петли 6,0 м, переливная труба 2 с высотой 7,0 м, а сам расширитель располагается на отметке, обеспечивающей размещение гидрозатвора и переливной трубы, как это показано на рис. 9-И,б.
Следует иметь в виду, что увеличение на 1% размера продувки при использовании теплоты повышает удельный расход топлива примерно на, 0,2%, а без использования — на 0,3%.

Общая схема натрий-катионитовой установки дана на рис. 9-5. Установка состоит из фильтра-солерастворителя 2, представляющего собой металлический цилиндр—сосуд, загруженный несколькими слоями кварцевого песка или антрацита разной крупности для фильтрации раствора соли NaCl. Солерастворители изготовляют диаметром от 450 до 1000 мм, емкостью 0,1; 0,2 и 0,5 м3 на рабочее давление до 0,6 МПа (6 кгс/см2). Крепкий раствор соли, содержащей 0,065NaCl, закачивают в солерастворитель. Для разведения раствора исходная вода подается по трубопроводу 1, показанному на рис. 9-5,а. При одной ступени умягчения воды до 0,1 мг-экв/кг жесткость исходной воды должна быть до 7 мг-экв/кг, при большей жесткости требуется вторая ступень. Увеличение жесткости исходной воды повышает удельный расход соли на регенерацию катионита: при жесткости воды до 5 мг-экв/кг расход соли составляет 120—300 г/(гчакв); до 10 мг-экв/кг соответственно до 350 г/(г-экв); до 20 мг-экв/кг—до 400 !г/(г-экв) и т. д. [Л. 33].
Натрий-катионитовые фильтры 3 изготовляются с диаметром от 700 до 3400 мм с объемом фильтрующего катионита от 0,76 м3 (или массой 0,53 т) до 22,3 м3 (16 т), т. е. на производительность от 0,07 до 27,8 кг/с (от 0,25 до 100 т/ч) при общей жесткости 7 мг-экв/кг для первой ступени и диаметром от 1000 до 3000 м,м с объемом фильтрующего материала от 1,2 до 10,0 м3 или от 0,84 до 7,5 т для второй ступени.
Заполняются фильтры первой ступени сульфоуглем или катеонитом марки КУ-2 с действительной емкостью поглощения или рабочей обменной способностью от 150 до 400 г-экв/м. Температура воды перед, фильтрами должна составлять 20-—30°С в зависимости от схемы предварительной обраббтки воды [Л. 31]. х
Для паровых котлоагрегатов целесообразно до расчета натрий-ка-тионитовых установок "установить (по методу О. В. Лившиц) возможность их применения [Л. 31], сводящуюся к определению содержания СОг в паре относительной щелочности котловой воды и размера продувки исходя из качества умягчаемой воды.Скорость фильтрования w зависит от жесткости исходной воды и находится в пределах от 1,4 до 14 мм/с (от 5 до 50 м/ч). для первой ступени и от 5,6 до 23 мм/с (от 20 до 80 м/ч) для второй, снижаясь при увеличении жесткости воды. Число фильтров для возможности регенерации должно быть не менее двух.

Серийно изготовляемый механический фильтр представляет собой цилиндрический сосуд 5 с двумя люками 6 и двумя сферическими днищами 3, трубчатой дренажной системой 1, слоем засыпки 2,устройствами для подвода воды 4 с воронкой или несколькими трубами для раздачи, внешними трубопроводами и измерительными приборами. Фильтры бывают вертикальные и горизонтальные, одно-, двух-и трехкамерные [Л. 33], Фильтр заполняется одним или несколькими слоями фильтрующего материала — песка, мраморной крошки и дробленого антрацита. Взвешенные вещества осаждаются и постепенно увеличивают сопротивление фильтра от сотых долей до 0,1 МПа (1,0 кгс/см2). Количество уловленных из воды взвешенных частиц — грязеемкость составляет от 0,75 до 1,75 кг/м3 находящегося в сосуде фильтрующего материала. Продолжительность работы механического фильтра составляет от 2 до 22 ч, после чего фильтр промывают водой. Продувка воздухом проводится перед промывкой для взрыхления материала в течение 9—10 «мин. Осветлительные фильтры изготовляются заводами на производительность от 0,0018 до 0,5 м3/с (от 5 до 180 м3/ч) на давление 0,6 МПа (6 кг/см2) с диаметром от 1000 до 3400 imm и рабочей высотой „лоя загруженных материалов 900—1000 мм.