Лекции по "Газоснабжению"

                                     ,

где и - теоретическое количество воздуха, необходимое для горения при заданном и измененном составе газа, м³/м³ ;

       - плотность инжектируемого воздуха, кг/м³;

       - коэффициент избытка воздуха на выходе из горелки.

 Давление газа, которое необходимо поддерживать при изменении диаметра сопла, Па,

                                .                           

   

 Горелки с принудительной подачей воздуха ( ). Для сохранения расчётной тепловой мощности горелки с принудительной подачей воздуха нужно изменить площадь газовыходных отверстий, однако при этом отношение скорости газа и скорости воздуха должно оставаться постоянным. Новую площадь газовыходных отверстий (при ) можно определить по формуле

                                             ,                                                 

где  F – площадь газовыходных отверстий при сжигании газа первоначальной теплоты сгорания, ;

        - площадь газовыходных отверстий при сжигании газа иного состава,  ;

При кратковременном изменении  состава газа и необходимости  сохранения конструктивных размеров горелок (для неизменной тепловой мощности) давление газа определяется по выражению

                                                      ;                         

а давление воздуха                     ,                                 

где Н – расчётное давление воздуха, Па;

      Н₁ - давление воздуха при работе на газе иного состава, Па;

      К, К₁  - кратность подачи воздуха при сжигании газа расчётной теплоты сгорания и при сжигании газа иного состава;

 

 

9. Принципиальные схемы обвязки

тепловых агрегатов газопроводами

 

1. Особенности использования газового топлива в котельных

 

Отопительные котельные обеспечивают нагрев воды для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Температура нагрева воды в отопительных котельных малой мощности составляет 95…70*С, а в котельных большой мощности – 150…70*С.

В отопительных котельных  малой мощности одна группа котлов работает на отопление по отопительному графику, а другая группа обеспечивает горячее водоснабжение: горячая вода от группы котлов поступает в водяные подогреватели. Циркуляцию воды в обоих контурах осуществляют сетевые насосы.

В котле 1 с помощью  газовой горелки 2 сжигают газообразное топливо. Образовавшиеся продукты сгорания по газоходу 6 через дымовую трубу 7 выбрасываются в атмосферу. При этом вода из системы отопления направляется в нижний коллектор 5 котла, проходит параллельными потоками по секциям котла, нагревается до 95*С, выходит в верхний коллектор 4 и направляется в систему отопления. Воздух, необходимый для горения газа, поступает в топку либо за счет разряжения, создаваемого дымовой трубой, либо подсасывается за счет энергии струи газа. В крупных котельных на смесительные горелки воздух подается дутьевыми вентиляторами.

При использовании газообразного топлива котельные оснащаются устройствами автоматического регулирования и безопасности, которые также облегчают труд обслуживающего персонала.

 

Рис. 1.  Схема отопительной котельной  малой мощности:

1 – котел, 2 – горелка, 3 – газопровод, 4 – верхний коллектор, 5 – нижний коллектор,

6 – газоход, 7 – дымовая труба

 

При работе котла на газовом  топливе суммарные потери складываются из потерь тепла с уходящими газами, потерь теплоты в окружающую среду от нагретых стенок обмуровки котла и потерь от химической неполноты сгорания. Основную долю потерь тепла составляют потери с уходящими газами и потери в окружающую среду. При правильном выборе газогорелочного устройства, хорошей организации смешения газа и воздуха потери тепла от химической неполноты сгорания газа могут быть сведены к нулю. Потери тепла с уходящими газами при одинаковых коэффициентах избытка воздуха тем меньше, чем ниже их температура. Полнота сгорания газа определяется по составу продуктов сгорания, в которых должны полностью отсутствовать горючие составляющие – оксид углерода, водород и метан.

Отопительные котельные  присоединяются к газопроводам низкого  и среднего давления. Небольшие котельные  с расходом газа не более 250 м³/ч получают газ от сетей низкого давления.

В помещениях отопительных котельных разрешается прокладывать газопроводы низкого и среднего давлений. В котельных, расположенных  в отдельно стоящих зданиях, разрешается прокладывать газопроводы высокого давления, но не более 0,6 МПа. Газопровод вводится непосредственно в помещение, где располагаются котлы, либо в смежное помещение при условии соединения их открытым проемом.

На вводе газопровода  внутри котельной, в доступном для  обслуживания месте, устанавливается  устройство для отключения всей котельной в случае ремонта или аварии, а также при остановке ее на длительное время. При проведении ремонтных работ в котельной, а также в периоды между отопительными сезонами на вводе в котельную за отключающим устройством ставят заглушку. Если в котельной размещено большое число котлов, отключающие устройства устанавливают на ответвлениях газового коллектора к группам котлов, что позволяет проводить ремонтные работы без остановки всей котельной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Схема газоснабжения котельной  с однорядным расположением котлов:

1 – отключающее устройство на  вводе, 2 – показывающий манометр, 3 - кран перед манометром,

4 – газорегуляторная установка, 5 – узел измерения расхода  газа, 6 – газовый коллектор,

7 – отключающее устройство котла  (главное), 8 – кран продувочного  трубопровода котла, 

9 - кран продувочного трубопровода  котельной, 10 – продувочный трубопровод,

11- штуцер с краном и пробкой  для отбора пробы.

 

В качестве запорного  устройства на вводе используют задвижку или кран перед регулятором или счетчиком. Кран перед манометром, который предусматривается на вводе газопровода, в работающей котельной должен быть открыт постоянно.

На ответвлении от газового коллектора котельной к  каждому котлу устанавливают главное отключающее устройство, а перед каждой горелкой – рабочее отключающее устройство. За отключающим устройством котла располагают исполнительный механизм автоматического устройства (отсечной клапан), который обеспечивает прекращение подачи газа ко всем горелкам котла при недопустимом отклонении его давления от заданного, угасании пламени каждой из основных горелок, нарушении тяги и прекращении поступления воздуха.

К наиболее удаленному от ввода участку газового коллектора присоединяют продувочный трубопровод диаметром не менее 19 мм, который используется для освобождения газопровода от воздуха перед пуском котельной и для вытеснении газа воздухом при ее консервации и длительной остановке.

Продувочные трубопроводы устанавливают от газопроводов каждого котла перед последним по ходу газа отключающим устройством. Продувочные трубопроводы должны иметь минимальное число поворотов. Прокладывают их вне здания котельной не менее чем на 1 м выше карниза крыши в месте, где существуют безопасные условия для рассеивания газа. Концы продувочных газопроводов загибают либо устраивают над ними защитные зонты во избежание попадания атмосферных осадков.

В котельной предусматривается  установка контрольно-измерительных  приборов (КИП) для измерения давления газа и воздуха перед горелками и разряжения в топке. Приборы располагают в удобных для наблюдения местах. На отводах к ним устанавливают отключающие устройства. Продувочные газопроводы котлов и газового коллектора котельной могут быть объединены.

 

Схема обвязочных трубопроводов

 

Выбор схемы обвязочного  газопровода для агрегатов зависит  от вида газовых горелок, их числа, давления газа, вида отключающих устройств, а также от типа автоматики регулирования и безопасности.

По надежности отключения (герметичности) краны эффективнее задвижек. Небольшие утечки газа из крана попадают в помещение, а не в топку. Неплотность задвижки приводит к значительным утечкам газа в топку, обнаружить которые без специальных приборов практически невозможно.

На ответвлении от цехового газопровода к агрегату установлена общая задвижка, которая отключает подачу газа при остановке агрегата. После задвижки устанавливается клапан-отсекатель, который является исполнительным органом автоматики безопасности. При аварийном изменении контролируемых параметров он перекрывает подачу газа к агрегату. В качестве клапана-отсекателя применяют электромагнитные, пневматические клапаны и задвижки с электроприводом. После клапана-отсекателя на газовом коллекторе агрегата устанавливается поворотная заслонка, служащая исполнительным органом автоматики регулирования и изменяющая подачу газа к горелкам в зависимости от потребности теплоты. Непосредственно перед горелкой имеется шибер (заслонка), предназначенный для регулирования подачи воздуха при розжиге и отключении неработающей горелки. При пуске агрегата после вентиляции топки и газоходов открывается общая задвижка, блокируется на время розжига, а затем открывается вручную клапан-отсекатель, открывается клапан на продувочном газопроводе и начинается продувка всего газопровода. После окончания продувки зажигают переносной запальник и вносят его в топку. Затем закрывают кран на трубопроводе безопасности, открывают контрольную задвижку и приоткрывают рабочую. После воспламенения вытекающего из горелки газа приоткрывают шибер и подают в горелку воздух.

В соответствии с Правилами  безопасности каждый котел, его топка, газоходы и борова должны быть оборудованы  предохранительными взрывными клапанами. На газоходах их устанавливают в местах наиболее вероятного скопления газов (на опусках и поворотах газопроводов).

Форма взрывных клапанов приближается к форме круга или  квадрата, так как при одинаковой площади для разрушения клапана  такой формы требуется меньшее  усилие. Площадь взрывного клапана  должна быть не меньше 0,18м².

ПВК устанавливаются в кладке или обмуровке топки, последнего газохода котла или газохода водяного экономайзера, золоуловителя, газохода для дымососа, горизонтального газохода после дымососа до дымовой трубы.

ПВК могут быть сконструированы  в виде:

- чугунной откидной крышки, закрепляемой на металлической раме с помощью петель и откидывающейся при взрыве газовоздушной смеси;

- мембраны из листового  асбеста толщиной 2…3 мм, закрепленной  в раме из уголков и разрывающееся  при взрыве;

- плиты (из смеси  огнеупорной глины с асбестом, армированной металлической сеткой), свободно лежащей над отверстием в кладке или закрепленной в металлической раме с помощью петель (в первом случае при взрыве она отбрасывается, во втором – открывается на петлях);

- специальной металлической мембраны, рассчитанной на разрыв при повышении давления в газоходе до определенного значения.

Минимальная допустимая высота дымовой трубы (м) определяется из условия предельно допустимых концентраций золы или SO₂ в атмосфере:

,

где А – коэффициент, зависящий от метеорологических  условий местности (для центральной части европейской территории России А=120);

       М  – суммарный выброс золы или SO₂, г/с;

       V_пр.сг – объемный расход продуктов сгорания, м³/с;

       F – коэффициент, принимаемый при расчете по SO₂ равным 1;

       ПДК  предельно допустимая концентрация  золы или SO₂ 90,5 мг/м³);

       DТ – разность температуры продуктов сгорания, выбрасываемых из трубы, и окружающего воздуха, К.

 

 

Рис. 1. схема обвязочного газопровода агрегата, оборудованного горелками с принудительной

 подачей воздуха: 1 – цеховой  газопровод, 2 – общая задвижка, 3 – клапан-отсекатель, 4 -, 15 - поворотная заслонка, 5 – газовый коллектор, 6- трубопровод безопасности, 7 – переносной запальник,

8 – продувочный газопровод, 9 –  кран с пробкой для взятия  пробы на качество продувки, 10 - контрольная задвижка, 11 – штуцер с пробкой для проверки плотности задвижек, 12 – рабочая задвижка, 13- шибер, 14- воздуховод, 16 – дутьевой вентилятор, 17 , 18 – манометры, 19 – горелка с принудительной подачей воздуха, 20 – резинотканевый шланг, 21 – тягонапорометр.

 

Для агрегатов, работающих на газе среднего давления, при использовании  в качестве отключающих устройств кранов применяют упрощенную схему обвязки. В этой схеме перед каждой горелкой устанавливается по одному крану (рабочему), а контрольный кран и трубопровод безопасности предназначаются для агрегата в целом.

Для обвязочного газопровода  агрегата, работающего на газе низкого  давления, при использовании в качестве отключающих устройств кранов применяют схему, в которой контрольный кран и трубопровод безопасности отсутствуют, а к газовому коллектору при помощи резинотканевого шланга подключен переносной запальник для розжига горелок агрегата. На конце коллектора находятся продувочный газопровод и штуцер с краном для проверки качества продувки. Продувочный газопровод подключается к общему продувочному газопроводу котельной и при пуске через эти газопроводы удаляется из системы воздух и газовоздушная смесь путем вытеснения их газом.