Дымососы в теплоэнергетике

Дымососами принято называть тягодутьевые машины, используемые для удаления газообразных продуктов сгорания топлива в тепловых и энергетических установках, либо вытяжные устройства, удаляющие дым при противопожарных мероприятиях. Применяемые в теплоэнергетике дымососы монтируются в составе газовоздушных трактов котельного оборудования и существенно влияют на эффективность работы котла и всего теплоэнергетического комплекса.

Естественная и принудительная тяга в котельных установках

Эффективная работа котла, сжигающего твердое, жидкое или газовое топливо, требует соблюдения двух условий:

• обеспечения непрерывной подачи воздуха в топку котла для поддержания интенсивного горения топлива;
• удаления в атмосферу газообразных продуктов сгорания топлива, называемых дымовыми газами.

С этой целью каждая котельная установка оснащается газовоздушным трактом, представляющим собой единую систему воздушных коробов для подачи воздуха и газоходов/дымоходов, по которым дымовые газы выбрасываются в атмосферу. Проектирование газовоздушного тракта и его оснащение тягодутьевыми машинами (дутьевыми вентиляторами и дымососами) регламентируется Сводом правил СП 89.13330.2012 «Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76» в р.9 «Газовоздушный тракт. Дымовые трубы. Очистка дымовых газов».

Побудительной силой, заставляющей воздух устремляться в топку, а дымовые газы двигаться по дымоходам и далее по дымовой трубе в атмосферу, является сила тяги. Тягой называют снижение давления газовой среды в проводящих каналах технических систем, способствующее перетоку этой среды в сторону области пониженного давления. В котельных установках движение газовоздушной и дымовой среды осуществляется под действием двух видов тяги:

1. Естественной тяги, напор которой создается за счет разности между давлением поступающего в топку воздуха и давлением дымовых газов, покидающих котлоагрегат. Простейшее тяговое устройство, создающее естественную тягу, - дымовая труба котельной.
   На рис. ниже (а) приведена упрощенная схема газовоздушного тракта котельной на естественной тяге:
   
   • поз. 1 – котел;
   • поз. 2 – золоуловитель;
   • поз. 3 – дымовая труба.
   
2. Принудительной тяги, создаваемой тягодутьевыми механическими устройствами – дутьевыми вентиляторами и дымососами. На рис. ниже (б) показана упрощенная схема газовоздушного тракта на принудительной тяге, использующей для удаления дымовых газов дымосос (поз. 4), устанавливаемый перед дымовой трубой (поз. 3).

Обратите внимание! Для газовоздушного тракта, работающего на принудительной тяге, дымовая труба необходима лишь для отвода продуктов сгорания в атмосферу на высоту, определяемую противопожарными и санитарно-гигиеническими требованиями, а естественная тяга, которую она создает, является лишь дополнением к тяге, создаваемой дутьевым вентилятором и дымососом.

Преимущества газовоздушного тракта с дымососом

Существенным недостатком естественной тяги является ее прямая зависимость от атмосферных условий, которые при сложной аэродинамике газовоздушного тракта и высоком газовом сопротивлении котельной установки не способны создать напор тяги, обеспечивающий высокофорсированное горение и интенсивный теплообмен.

Это важно! При слабом напоре естественной тяги воздух в топку поступает в недостаточном объеме, что приводит к следующим негативным последствиям:

• неполному сгоранию топлива, сопровождающемуся выделением сажи и копоти;
• снижению мощности котельной установки;
• повышению расхода топлива.

В этом случае организуется движение воздуха и газов на принудительной тяге, создаваемой тягодутьевыми устройствами следующих типов:

• вентиляторами, устанавливаемыми в начале тракта для создания избыточного давления;
• дымососами, расположенными в конце тракта для создания разрежения.

В теплоэнергетике искусственную тягу используют в котлоагрегатах производительностью свыше 2,5 т/ч при сопротивлении газового тракта более 300 Па. Оснащение котельных промышленными вентиляторами и дымососами для создания тяги создает следующие преимущества:

• обеспечение полной независимости функционирования котлов и печей от меняющихся внешних факторов;
• стабилизацию процесса горения топлива;
• снижение расхода энергоносителей (топлива и теплоносителя);
• увеличение срока периодичности проведения работ по очистке тракта и дымовой трубы от сажи и копоти;
• повышение КПД котлоагрегата.

Организация работы газовоздушного тракта на принудительной тяге

Газовоздушный тракт котельной установки представлен двумя рабочими участками:

1. Участком подачи к горелке атмосферного воздуха под давлением 2,5 – 5,0 кПа с использованием дутьевого вентилятора, в результате чего тракт на этом участке находится под давлением выше атмосферного.
2. Участком от топки до дымовой трубы, «обслуживаемый» дымососом, имеющим напор 2,0-3,5 кПа. Стабильное удаление продуктов сгорания из котла обеспечивается разрежением, под которым находятся топка и все газоходы. Аэродинамическое сопротивление газового участка тракта, включая устройства золоулавливания, преодолевается дымососом.

Для согласованной работы дутьевого вентилятора и дымососа контролируется давление дымовых газов на выходе из топочной камеры. В этой зоне поддерживается небольшое разрежение, по величине чуть ниже атмосферного (в пределах 30-50 кПа). Дутьевой вентилятор подает объем воздуха, который обеспечивает полное сгорание топлива, а производительность дымососа регулируется в пределах, позволяющих сохранять это небольшое разрежение. При сбалансированной тяге и дутье в топке отсутствуют зоны с недостатком кислорода, что приводило к потере тепловой энергии с уходящими дымовыми газами.

Конструктивные особенности промышленных дымососов

Промышленные дымососы, применяемые в теплоэнергетике, конструктивно являются вентиляторами двух типов:

• центробежными вентиляторами одностороннего или двухстороннего всасывания производительностью до 700 тыс. куб. м/час;
• осевыми одно- или двухступенчатыми вентиляторами производительностью до 1500 тыс. куб.м/час.

Однако, в отличие от традиционных дутьевых вентиляторов, дымососы эксплуатируются в более агрессивной рабочей среде, для которой характерны следующие факторы:

• высокая коррозионная активность отводимых продуктов горения топлива, способствующая развитию коррозии внутренних поверхностей газоводов и корпусных элементов газоотводящей аппаратуры со скоростью, превышающей 1 мм/год;
• наличие абразивных частиц в летучей золе дымовых газов, провоцирующих ускоренный механический износ (истирание) лопастей и других элементов оборудования;
• повышенная температура дымовых газов, превышающая 200 град. Ц.

Для защиты деталей и механизмов дымососов, работающих в экстремальных условиях эксплуатации, в конструкциях дымососных агрегатов введены следующие конструктивные изменения, отличающие дымососы от дутьевых вентиляторов:

1. Лопасти производятся из жаропрочных сталей с нанесением термостойкого покрытия на поверхности.
2. Толщина лопастей дымососа превышает свой аналог на дутьевом вентиляторе.
3. Улитки рабочих колес производятся из листовой или профильной стали с усилением ребер уголками или толстой полосой. В отдельных конструкциях внутреннюю поверхность улитки усиливают съемными броневыми листами, которые периодически заменяются по мере износа.
4. Дымососы оснащаются направляющими аппаратами, регулирующими дымовой поток на входе в дымосос.
5. Для подшипников дымососа используется водяное охлаждение.

Дополнительная информация. Дымосос может с успехом заменить тягодутьевой вентилятор, поскольку размеры и параметры у них в целом идентичны. Но применение вентилятора в качестве дымососа нереально из-за высокой рабочей температуры дымовой массы.

Заключение

Ни один современный теплоэнергетический объект не может обойтись без тягодутьевой установки, при помощи которой обеспечивается непрерывный процесс горения топлива и, соответственно, выработка тепло- или электроэнергии для потребителей. При подборе дымососов для котельных установок активно используются системы автоматического управления и регулирования их работы, что обеспечивает высокую надежность энергоблоков при минимальном участии обслуживающего персонала.