Размещено на http://www.allbest.ru/

Паровые котлы и их схемы

котельный агрегат паровой

1.Основные типы паровых котельных агрегатов

1.1 Классификация теплогенерирующих установок

Котельным агрегатом называется энергетическое устройство для получения пара заданного давления и температуры и в заданном количестве (р, МПа; t ^оС; D, т/ч). Часто это устройство называют парогенератором, ибо в нем происходит генерация пара, или просто паровым котлом.

Если конечным продуктом является горячая вода заданных параметров (давления и температуры), используемая в промышленных технологических процессах и для отопления промышленных и жилых зданий, то устройство называют водогрейным котлом.

Таким образом, все котлоагрегаты можно подразделить на два основных класса: паровые и водогрейные.

По характеру движения воды, пароводяной смеси и пара паровые котлы подразделяют на следующие виды:

- барабанные с естественной циркуляцией;

- барабанные с многократной принудительной циркуляцией;

- прямоточные.

ТГУ классифицируют также и по другим технологическим признакам:

- по мощности, в частности паровые котлы по паровой производительности: малой мощности - до 20 т/ч, средней - до 75 т/ч и большой - свыше 75 т/ч;

- по давлению пара: низкого давления - до 1,5 МПа, среднего - до 4,0 МПа, высокого - до 25,0 МПа и сверхкритического давления - свыше 25,0 МПа;

- в зависимости от вида взаимного движения дымовых газов и теплоносителя: жаротрубные (дымогарные), газотрубные, водотрубные.

- по назначению: энергетические, теплоэнергетические, промышленные, транспортные и отопительные.

Водогрейные котлы характеризуют по их тепловой производительности (кВт или МВт, в системе МКГСС - Гкал/ч), температуре и давлению горячей воды, а также по роду металла, из которого изготовлен котел.

По роду металла различают чугунные и стальные водогрейные котлы. Первые предназначены для отопления отдельных зданий и выполняют на небольшие теплопроизводительности, не превышающие 1,2 ? 1,6 МВт, для подогрева воды с рабочим давлением не выше 300 ? 400 кН/м² до температуры 115 ^оС.

Стальные водогрейные котлы выполняют на большие теплопроизводительности - от 4,75 до 210 МВт и устанавливают в крупных квартальных и районных котельных для теплоснабжения больших жилых массивов. Кроме того, водогрейные котлы тепловой производительностью 35 МВт и выше устанавливают также на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) взамен пиковых подогревателей сетевой воды.

В барабанных котлах с естественной циркуляцией (Рисунок 3.1 - фрагмент а) движение воды и пароводяной смеси в контуре котла возникает за счет разности плотностей теплоносителя в опускных (необогреваемых) и подъемных (обогреваемых) трубах.

Отношение количества воды, проходящей через контур, к паропроизводительности контура D_п за тот же промежуток времени называется кратностью циркуляции К_ц. Для котлов с естественной циркуляцией К_ц = 10 ? 60.

В барабанных котлах с принудительной циркуляцией движение воды и пароводяной смеси (Рисунок 3.1 - фрагмент б) осуществляется с помощью циркуляционного насоса (ЦН), движущий напор которого рассчитан на преодоление сопротивления всей системы.



Рисунок 3.1 - Схемы генерации пара в паровых котлах: а - естественная циркуляция; б - многократная принудительная циркуляция; в - прямоточное движение; Б - барабан; ИСП - испарительные поверхности; ПЕ - пароперегреватель, ЭК - водяной экономайзер; D_п - расход пара; D_п.в - расход питательной воды; ПН - питательный насос; ЦН - циркуляционный насос; НК - нижний коллектор; Q - подвод теплоты; ОП - опускные трубы; ПОД - подъемные трубы

В прямоточных экранных котлах (Рисунок 3.1 - фрагмент в) нет циркуляционного контура, нет многократной циркуляции, отсутствует барабан. Вода прокачивается по контуру котла питательным насосом (ПН) через экономайзер (ЭК), испарительные поверхности (ИСП) и пароперегреватель (ПЕ), включенные последовательно. Следует отметить, что прямоточные котлы используют воду более высокого качества (дистиллат). Вся вода, поступающая в испарительный тракт (ИСП), на выходе из него полностью превращается в пар, то есть в этом случае кратность циркуляции К_ц = 1.

Котельные агрегаты паропроизводительностью от 50 до 220 т/ч на давление 3,92 ? 13,7 МН/м² выполняют только в виде барабанных, работающих с естественной циркуляцией воды.

Агрегаты паропроизводительностью от 250 до 640 т/ч на давление 13,7 МН/м² выполняют и виде барабанных, и экранных прямоточных. Котельные агрегаты паропроизводительностью от 950 т/ч и выше на давление 25 МН/м² - только в виде экранных прямоточных, поскольку при сверхкритическом давлении естественную циркуляцию осуществить невозможно в силу объективных физических факторов. Пар сверхкритических параметров обладает плотностью близкой к плотности воды, что минимизирует роль фактора разности плотностей между водой и пароводяной смесью для создания подъемной силы в контуре котла и естественной циркуляции.

1.2 Барабанные парогенераторы

Барабанные парогенераторы используются для выработки энергетического пара высоких и сверхкритических параметров на тепловых электрических станциях и технологического пара низкого и среднего давления на промышленных котельных. Типичный профиль энергетического барабанного котельного агрегата паропроизводительностью 50 ? 220 т/ч на давление пара 3,97 ? 13,7 МН/м² при температуре перегрева пара 440 ? 570 ^оС показан на рисунке 3.2. Котел характеризуется компоновкой его элементов в виде буквы (П), в результате чего образуются два хода дымовых газов. Первым ходом является экранированная топка, определившая название типа котельного агрегата. Экранирование топки настолько значительно, что в ней экранным поверхностям полностью передается все тепло, требующееся для превращения в пар воды, поступившей в барабан котла. В результате исчезает необходимость в кипятильных конвективных поверхностях нагрева; таковыми в котельных агрегатах этого типа остаются только пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель.

Выйдя из топочной камеры 2, дымовые газы поступают в короткий горизонтальный соединительный газоход, где размещен пароперегреватель 4, отделенный от топочной камеры только небольшим кипятильным пучком труб (фестоном) 3. После этого дымовые газы направляются во второй нисходящий газоход, в котором расположены в рассечку водяные экономайзеры 5 и воздухоподогреватели 6.

Горелки 1 могут быть как завихривающие с расположением на передней стене или на боковых стенках встречно, так и угловые (как показано на рисунке). У котельных агрегатов паропроизводитеьностью 320 ? 640 т/ч на давление пара 13,7 МН/м², как правило, сохраняют П-образную компоновку, хотя в некоторых случаях появляется и Т-образная компоновка. Выполнение пароперегревателя становится более сложным. Шире начинают применяться полуоткрытые топки и регенеративные воздухоподогреватели.

Рисунок 3.2 - Котельный агрегат барабанного типа паропроизводительностью 220 т/ч с давлением пара 9,8 МПа и температурой перегретого пара 540 ^оС

При П-образной компоновке котельного агрегата (Рисунок 3.3), работающего с естественной циркуляцией воды, барабан 4 котла обычно размещают сравнительно высоко над топкой; сепарацию пара в этих котлах обычно осуществляют в выносных устройствах - циклонах 5.

При сжигании антрацита применяют полуоткрытую полностью экранированную топку 2 со встречным расположением горелок 1 на передней и задней стенках и подом, предназначенным для жидкого шлакоудаления.

Рисунок 3.3 - Котельный агрегат паропроизводительностью 420 т/ч с давлением пара 13,7 МПа и температурой перегретого пара 570 ^оС

На стенках камеры горения размещают шиповые, утепленные огнеупорной массой экраны, а на стенках камеры охлаждения - открытые экраны. Часто применяют комбинированный пароперегреватель 3, состоящий из потолочной радиационной части, полурадиационных ширм и конвективной части. В нисходящей части агрегата в рассечку, то есть, чередуясь, размещены водяной экономайзер второй ступени (по ходу воды) и трубчатый воздухоподогреватель второй ступени (по ходу воздуха), а за ними водяной экономайзер и воздухоподогреватель первой ступени (6 и 7).

Барабанные котельные агрегаты низкого и среднего давления промышленных котельных предназначены для выработки пара на технологические нужды и покрытия тепловых нагрузок коммунально-бытового сектора в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ). Парогенераторы средней единичной производительности (35 ? 50 т/ч) имеют также, как и энергетические, П-образную компоновку. Промышленные котельные, снабжающие промпредприятия паром низкого давления (до 1,4 МПа), комплектуются паровыми котлами производительностью до 50 т/ч. Котлы выпускаются для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. На рисунке 3.4 показан котел низкого давления с пылеугольной топкой.

Рисунок 3.4 - Котел низкого давления 50 т/ч типа К-50-14 с пылеугольной топкой

На ряде промышленных предприятий при технологической необходимости применяют котлы среднего давления. На рисунке 3.5 представлен общий вид однобарабанного вертикально-водотрубного котла БК-35 производительностью 35 т/ч при избыточном давлении в барабане 4,3 МПа (давление пара на выходе из пароперегревателя 39 ат) и температуре перегрева 440 ^оС.

Котел состоит из двух вертикальных газоходов - подъемного и опускного, соединенных в верхней части небольшим горизонтальным газоходом. Такая компоновка котла называется, как отмечалось выше, П - образной.

Рисунок 3.5 - Паровой однобарабанный котел БК-35 с газомазутной топкой: 1 - газомазутная горелка; 2 - боковой экран; 3 - фронтовой экран; 4 - подвод газа; 5 - воздухопровод; 6 - опускные трубы; 7 - каркас; 8 - выносной циклон; 9 - барабан котла; 10 - подвод воды; 11 - коллектор пароперегревателя; 12 - выход пара; 13 - поверхностный охладитель пара; 14 - пароперегреватель; 15 - змеевиковый водяной экономайзер; 16 - выход дымовых газов; 17 - трубчатый воздухоподогреватель; 18 - задний экран; 19 - топочная камера

В котле сильно развита экранная поверхность и сравнительно небольшой конвективный пучок. Экранные трубы диаметром 60 х 3 мм выполнены из стали марки 20. Трубы заднего экрана в верхней части разводятся, образуя фестон. Нижние концы экранных труб развальцованы в коллекторах, а верхние ввальцованы в барабан. Коллекторы экранов имеют пружинные опоры, благодаря чему вся трубная система может беспрепятственно расширяться при нагревании.

Пароперегреватель вертикального типа 14, выполненный из труб диаметром 38 х 3 мм, расположен в горизонтальном газоходе и состоит из двух частей. В рассечку между первой и второй частями пароперегревателя включен поверхностный пароохладитель 13 (регулятор температуры перегретого пар). В опускном газоходе котла размещены хвостовые поверхности нагрева - змеевиковый водяной экономайзер 15 и трубчатый воздухонагреватель 17.

Основным типом паровых котлов малой производительности (2,5 ? 20 т/ч), широко распространенных в различных отраслях промышленности, в коммунальном и сельском хозяйстве, где пар используется для технологических и отопительно-вентиляционных нужд, являются вертикально-водотрубные котлы ДКВР (двухбарабанный вертикально-водотрубный котел, реконструированный).

Эти котлы при низких давлениях 1,4 и 2,4 МПа обеспечивают получение насыщенного или перегретого пара с температурой 225 ? 250 ?С. Котлы данного типа имеют, помимо топочных экранов, развитый конвективный испарительный пучок.

Эти унифицированные котлы в зависимости от рода сжигаемого топлива комплектуются различными типами топок и сравнительно простыми хвостовыми поверхностями нагрева (чаще всего одним экономайзером). Движение газов в котле горизонтальное с поворотами или без них. Схема парогенератора ДКВР показана на рисунке 3.6, а его конструктивные особенности отражены на рисунке 3.7.

В соответствии с рисунком 3.6 котел ДКВР имеет две основные зоны теплообмена: топку, где тело передается теплоносителю в основном излучением, и два последовательно расположенных один за другим газохода, где преобладает конвективный теплообмен. Топка оборудуется устройствами для сжигания топлива. В зависимости от вида топлива это могут быть:

- колосниковые поворотные решетки (котлы малой паропроизводительности - 2,5 т/ч) или механизированные ленточные конвейеры (паропроизводительность - 20 ? 25 т/ч) для сжигания твердого топлива;

- форсунки различных типов для сжигания жидкого топлива - мазута;

- горелки различных конструкций для сжигания газа или угольной пыли.

Испарительный циркуляционный контур котла состоит из топочных экранов 4, расположенных на стенках топки по ее периметру, двух барабанов 1 и 5, расположенных горизонтально друг над другом и соединенных между собой системой кипятильных труб 2 и 3 диаметром 51/60 мм, расположенных в первой и второй конвективных зонах обогрева.

Питательная вода поступает в верхний барабан 1, опускается по слабонагреваемым (или необогреваемым) трубам 3 в нижний барабан 5, откуда по подъемным (обогреваемым) трубам 2 она возвращается в верхний барабан в виде парожидкостной смеси. В трубы боковых экранов 4 вода поступает из верхнего барабана - через распределительные коллекторы.

Парожидкостная смесь, образующаяся в трубах экрана, также поступает в верхний барабан. Здесь с помощью сепарационных устройств насыщенный пар отделяется от жидкости, после чего он поступает в пароперегреватель, обычно расположенный после второ-

го или третьего ряда подъемных кипятильных труб.

Рисунок 3.6 - Схема парогенератора ДКВР:1 - верхний барабан; 2 и 3 - кипятильные трубы; 4 - боковой экран; 5 - нижний барабан; 6 - водяной экономайзер.

Образующиеся в топке парогенератора продукты сгорания топлива последовательно омывают подъемные и опускные трубы, после чего поступают в водяной экономайзер 6, омывая его трубы, и далее поступают через боров в дымосос (в случае искусственной тяги) и далее в дымовую трубу, откуда выбрасываются в атмосферу.

Питательная вода насосом нагнетается в трубы водяного экономайзера 6, где она подогревается продуктами сгорания, после чего поступает в верхний барабан.



Рисунок 3.7 - Боковой разрез котла ДКВР - 2,5 - 13: 1 - подводящий коллектор; 2 - пневмомеханический забрасыватель; 3 - трубы бокового экрана; 4 - верхний барабан; 5 - камера догорания; 6 - первый ряд труб конвективного пучка; 7 - чугунная перегородка; 8 - обдувочный прибор; 9 - шамотная перегородка; 10 - нижний барабан; 11 - колосниковая решетка.

В настоящее время в ЦКТИ совместно с Бийским котельным заводом создали серию специализированных вертикально-водотрубных котлов на давление 1,4 и 2,4 МПа паропроизводительностью до 25 т/ч: для каменных и бурых углей типа КЕ, газомазутных - типа ДЕ. Они должны со временем заменить котлы ДКВР.

1.3 Экранные прямоточные парогенераторы

Котельные агрегаты паропроизводительностью 950, 1600 и 2500 т/ч на давление пара 25 МН/м² предназначаются для работы в блоке с турбинами мощностью 300, 500 и 800 МВт. Эти котельные агрегаты являются котлами с П-образной компоновкой и развитой экранированной топкой. По типу они являются экранными прямоточными с принудительной циркуляцией.

Водотрубный котел с многоразовой естественной или искусственной циркуляцией пароводяного потока должен иметь, как минимум, один барабан, где пар отделяется от циркулирующей воды и замыкаются все циркуляционные контуры котла.

Повышение рабочего давления пара в энергетических котлах привело к увеличению толщины стенок барабана (до 0,1 м), что значительно усложнило технологический процесс его изготовления и привело к повышению стоимости. Повышение давления пара снижает, как отмечалось выше, надежность естественной циркуляции в контуре котла, так как разность плотностей воды и пароводяной смеси при этом резко уменьшается. При переходе на критические и закритические давления естественная циркуляция становится вообще невозможной.

Указанные обстоятельства явились основной причиной для разработки безбарабанных конструкций котлов, называемых экранными прямоточными. В этих котлах вода переходит в насыщенный и перегретый пар при однократном ее прохождении через все элементы котлоагрегата.

Прямоточный котел - это единственно возможный конструктивный вариант для получения пара закритического давления. Принцип прямоточности заключается в том, что в обогреваемый элемент (змеевик) подается насосом столько воды, сколько образуется в нем пара. Простейший прямоточный котел представляет собой змеевик, в один конец которого поступает вода, а из другого выходит перегретый пар. Чтобы обеспечить в мощных прямоточных котлах приемлемое гидравлическое сопротивление тракта котла, поверхность нагрева выполняют в виде большого числа (нескольких десятков) параллельных витков.

Принципиальная схема экранного прямоточного котла показана на рисунке 3.8.

Питательная вода подается насосом в конвективный экономайзер 6, где она подогревается за счет тепла уходящих газов и затем поступает в экранные трубы 2, выполненные в виде параллельно включенных змеевиков, расположенных на стенах топочной камеры. В нижней части змеевиков вода нагревается до температуры насыщения. Парообразование до степени сухости 70 ? 75 % происходит в змеевиках среднего уровня расположения.

Затем пароводяная смесь поступает в переходную конвективную зону 4, где происходит окончательное испарение воды и частичный перегрев пара, а также выпадение остаточных концентраций солей, содержащихся в питательной воде. Выпадение солей в этой зоне менее опасно, чем в радиационной, так как температура дымовых газов здесь ниже, чем в топке котла. Поэтому появление слоя отложений солей не может вызвать опасного перегрева труб.

Из переходной зоны пар направляется в радиационный перегреватель 2, затем доводится до заданной температуры в конвективном перегревателе 3 и поступает на турбину. В опускной шахте котлоагрегата расположены первая и (по ходу газов) и вторая ступе ни 5 и 7 воздухоподогревателя.

Рисунок 3.8 - Схема экранного прямоточного парогенератора: 1 - нижняя радиационная часть испарительной поверхности нагрева; 2 - радиационный перегреватель; 3 - конвективная часть пароперегревателя; 4 - поверхность нагрева переходной зоны; 5, 7 - первая и вторая ступени воздухоподогревателя; 6 - конвективный экономайзер; 8 - горелка.

К достоинствам прямоточного котла можно отнести следующее:

- возможность получения пара любых параметров;

- низкая металлоемкость по сравнению с барабанными котлами;

- высокая паропроизводительность;

- быстрый пуск котла;

- относительная взрывобезопасность.

Недостатки прямоточного котла:

- большое гидравлическое сопротивление котла и, следовательно высокий расход электроэнергии на привод питательного насоса;

- высокие требования к регулированию тепловой нагрузки, так как отсутствует аккумулятор воды и тепла (барабан).

- повышенные требования к качеству питательной воды.

Вода не должна содержать солей во избежание отложений накипи, которая способствует пережогу труб. Накипь периодически удаляют, промывая котел растворами соляной или хромовой кислот.

1.4 Основные конструктивные элементы парогенераторов

К основным элементам парогенератора относят: испарительные поверхности нагрева (экранные трубы и конвективный пучок), пароперегреватель с регулятором перегрева пара, водяной экономайзер и воздухоподогреватель. Все эти элементы монтируются на общий стальной каркас - раму и поэтому представляют собой единый комплекс, который называется парогенератором.

1.5 Испарительные поверхности котла

Парогенерирующие (испарительные) поверхности нагрева отличаются друг от друга в котлах различных систем, но, как правило, располагаются в основном в топочной камере и воспринимают теплоту излучением - радиацией. Это - экранные трубы, а также устанавливаемый на выходе из топки небольших котлов конвективный (котельный) пучок.

Экраны котлов с естественной циркуляцией, работающих под разрежением в топке, выполняются из гладких труб (гладкотрубные экраны) с внутренним диаметром 40 ? 60 мм. Экраны представляют собой ряд параллельно включенных вертикальных подъемных труб, соединенных между собой коллекторами. Расположение испарительных поверхностей барабанного котельного агрегата показано на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 - Схема расположения испарительных поверхностей барабанного котельного агрегата: 1 - контур обмуровки топки; 2 ? 4 - панели бокового экрана; 5 - фронтовой экран; 6 - коллекторы экранов и конвективного пучка; 7 - барабан; 8 - фестон; 9 - конвективный пучок; 10 - задний экран

Зазор между трубами обычно составляет 4 ? 6 мм. Некоторые экранные трубы введены непосредственно в барабан и не имеют верхних коллекторов. Каждая панель экранов вместе с опускными трубами, вынесенными за пределы обмуровки топки, образуют независимый контур циркуляции.

Трубы заднего экрана в месте выхода продуктов сгорания из топки разводятся в два ряда. Такая разрядка труб называется фестонированием. Она позволяет увеличить сечение для прохода газов, снизить их скорость и предотвратить забивание зазоров между трубами расплавленными частицами золы, затвердевшими при охлаждении, выносимыми газами из топки.

В парогенераторах большой мощности, помимо настенных экранов, устанавливаются дополнительные экраны, делящие топку на отдельные отсеки. Схема секционирования топки дополнительными экранами показана на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 - Схема размещения экранов в поперечном сечении топки: 1 - фронтовой экран; 2 - боковые экраны; 3 - задний экран; 4 - двусветный экран; 5 - горелки; 6 - контур обмуровки топки

Эти экраны (поз. 4) освещаются факелами с двух сторон и называются двухсветными. Они воспринимают вдвое больше теплоты, чем настенные. Двухсветные экраны, увеличивая общее восприятие в топке, позволяют уменьшить ее размеры.

1.6 Пароперегреватели

Пароперегреватель предназначен для повышения температуры пара, поступающего из испарительной системы котла. Он является одним из наиболее ответственных элементов котельного агрегата. С повышением параметров пара тепловосприятие пароперегревателей возрастает до 60 % всего тепловосприятия котлоагрегата. Стремление получить высокий перегрев пара вынуждает располагать часть пароперегревателя в зоне высоких температур продуктов сгорания, что естественно, снижает прочность металла труб. В зависимости от определяющего способа передачи теплоты от газов пароперегреватели или отдельные их ступени разделяются на конвективные, радиационные и полурадиационные. Схема размещения различных элементов радиационно-конвективного пароперегревателя показана на рисунке 3.11.

Рисунок 3.11 - Схема радиационно-конвективного пароперегревателя: 1 - барабан; 2 - настенный радиационный перегреватель; 3 - ширмовый полурадиационный перегреватель; 4 - потолочный радиационный перегреватель; 5 - конвективный перегреватель; 6 - отвод перегретого пара; 7 - регулятор перегрева

Пароперегреватели выполняются обычно из труб диаметром 22 ? 54 мм. При высоких параметрах пара их размещают в топочной камере, и большую часть тепла они получают излучением от факела. Это - радиационный пароперегреватель.

Конвективные пароперегреватели располагаются в горизонтальном газоходе или в начале конвективной шахты в виде плотных пакетов, образованных змеевиками с шагом по ширине газохода, равным 2,5 ? 3 диаметра трубы.

Конвективные пароперегреватели в зависимости от направления движения пара в змеевиках и потока дымовых газов могут быть противоточными, прямоточными и со смешанным направлением потоков.

Температура перегретого пара должна поддерживаться постоянной всегда независимо от режима работы и нагрузки котлоагрегата, поскольку при ее понижении повышается влажность пара в последних ступенях турбины, а при повышении температуры сверх расчетной появляется опасность чрезмерных термических деформаций и снижения прочности отдельных элементов турбины.

Поддерживают температуру пара на постоянном уровне с помощью регулирующих устройств - пароохладителей. Наиболее широко распространены пароохладители впрыскивающего типа, в которых регулирование производится путем впрыскивания обессоленной воды (конденсата) в поток пара. Вода при испарении отнимает часть теплоты у пара и снижает его температуру.

Обычно впрыскивающий пароохладитель устанавливают между отдельными частями пароперегревателя. Вода впрыскивается через ряд отверстий по окружности сопла и разбрызгивается внутри рубашки, состоящей из диффузора и цилиндрической части, защищающей корпус, имеющий более высокую температуру, от попадания из него брызг воды во избежание образования трещин в металле корпуса из-за резкого изменения температуры.

В котлах средней паропроизводительности применяются поверхностные пароохладители, которые обычно размещают при входе пара в пароперегреватель или между его отдельными частями.

К коллектору пар подводится и отводится через змеевики. Внутри коллектора расположены змеевики, по которым течет питательная вода. Температура пара регулируется количеством воды, поступающей в пароохладитель.

1.7 Водяные экономайзеры

Водяные экономайзеры расположены в конвективном газоходе и работают при относительно невысоких температурах продуктов сгорания (дымовых газов).

Они предназначены для подогрева питательной воды перед ее поступлением в испарительную часть котлоагрегата за счет использования тепла уходящих газов. Наиболее часто экономайзеры выполняют из стальных труб диаметром 28 ? 38 мм, согнутых в вертикальные змеевики и скомпонованных в пакеты. Трубы в пакетах располагаются в шахматном порядке довольно плотно: расстояние между осями соседних труб поперек потока дымовых газов составляет 2 ? 2,5 диаметра трубы, вдоль потока - 1 ? 1,5. Крепление труб змеевиков и их дистанционирование осуществляются опорными стойками, закрепленными в большинстве случаев на полых (для воздушного охлаждения), изолированных со стороны горячих газов балках каркаса. Схема размещения элементов экономайзера в конвективном газоходе котла показана на рисунке 3.12.

В зависимости от степени подогрева воды экономайзеры делят на некипящие и кипящие. В кипящем экономайзере до 20 % воды может превращаться в пар.

Общее число параллельно работающих труб выбирается исходя из скорости воды не ниже 0,5 м/с для некипящих и 1 м/с для кипящих экономайзеров. Эти скорости обусловлены необходимостью смывания со стенок труб пузырьков воздуха, способствующих коррозии, и превращения расслоения пароводяной смеси, что может привести к перегреву слабо охлаждаемой паром верхней стенки трубы и ее разрыву. Движение воды в экономайзере - обязательно восходящее. Число труб в пакете в горизонтальной плоскости выбирается исходя их скорости продуктов сгорания 6-9 м/с. Скорость эта определяется стремлением, с одной стороны, предохранить змеевики от заноса золой, а с другой - не допустить чрезмерного золового износа. Коэффициенты теплопередачи при этих условиях составляют обычно несколько десятков Вт/(м²•К). Для удобства ремонта и очистки труб от наружных загрязнений экономайзер разделяют на пакеты высотой 1 ? 1,5 м с зазорами между ними до 800 мм.

Рисунок 3.12 - Стальной змеевиковый экономайзер6 1 - нижний коллектор (вход воды); 2 - верхний коллектор (выход воды); 3 - опорная стойка; 4 - змеевики; 5 - опорные балки (охлаждаемые); 6 - спуск воды

В котлах малой мощности и низкого давления широкое распространение получили чугунные ребристые водяные экономайзеры. Чугунные экономайзеры бывают только некипящие. Они устанавливаются на котлах с рабочим избыточным давлением до 2 МПа. Чугунные экономайзеры, изготовленные из специального высококачественного чугуна, могут применяться на давление до 6 МПа.

На рисунке 3.13 представлен общий вид чугунного ребристого экономайзера системы ВТИ. Он набирается из отдельных стандартных ребристых труб длиной 2 м с внутренним диаметром 50 и толщиной стенки 13 мм, форма ребер - квадратная 140 х 140 мм. Ребра на трубах служат для увеличения поверхности нагрева и лучшей передачи тепла горячих газов воде. На конце каждой ребристой трубы имеется фланец прямоугольной формы размером 150 х 150 мм. Поверхность нагрева одной трубой составляет 2,95 м².

Рисунок 3.13 - Чугунный экономайзер: а - компоновка в газоходе котла; б - конструктивный элемент экономайзера; 1 - ребристые трубы; 2 ? 6 регулирующая и запорная арматура; 7 - соединительные калачи; 8 - водоохлаждаемая труба - балка

Ребристые трубы соединяются между собой калачами, расположенными горизонтально и вертикально, чем обеспечивается проход воды последовательно через все трубы горизонтальных рядов экономайзера. Для уплотнения соединений калачей с ребристыми трубами применяются паронитовые прокладки. Обдувка экономайзеров для очистки налипшей золы и сажистых загрязнений производится сжатым воздухом или перегретым паром давлением не менее 0,8 МПа.

1.8 Воздухоподогреватели

Воздухоподогреватели устанавливаются с целью подогрева воздуха, направляемого затем в топку для повышения эффективности горения топлива и в углеразмольные устройства, за счет использования уходящих газов.

Оптимальная величина подогрева воздуха в воздухоподогревателе зависит от рода сжигаемого топлива, его влажности и типа топочного устройства и колеблется от 200 ⁰С для каменных углей, сжигаемых на цепной решетке (во избежание перегрева колосников), и 250 ⁰С для торфа, сжигаемого на тех же решетках, до 350 ? 450 ⁰С при сжигании жидкого и пылевидного топлива в камерных топках.

Для получения высокой температуры подогрева воздуха применяется двухступенчатый подогрев. Для этого воздухонагреватель делится на две части, между которыми («в рассечку») устанавливается часть водяного экономайзера.

Температура воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, должна быть не менее чем на 10 ? 15 ⁰С выше точки росы дымовых газов во избежание коррозии холодного конца воздухоподогревателя в результате конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах(при их соприкосновении с относительно холодными стенками воздухоподогревателя), а также забивания при этом проходных каналов для газов налипающей на влажные стенки золой.

Эти условия можно соблюсти двумя путями: либо повышением температуры уходящих газов и потерей теплоты, что экономически невыгодно, либо установкой специальных устройств, для подогрева воздуха перед его поступлением в воздухоподогреватель. Для этого применяются специальные калориферы, в которых воздух подогревается отборным паром от турбин или отработавшим паром от питательных насосов. В некоторых случаях подогрев воздуха осуществляется путем рециркуляции, т.е. часть нагретого в воздухоподогревателе воздуха возвращается через всасывающий патрубок к дутьевому вентилятору и смешивается с холодным воздухом.

По принципу действия воздухоподогреватели разделяются на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных воздухоподогревателях тепло от газов к воздуху передается через неподвижную разделяющую их металлическую стенку трубы. Как правило, это стальные трубчатые воздухоподогреватели (диаметр трубок 25 ? 40 мм).

Схема такого подогревателя приведена на рисунке 3.14. Трубки в нем расположены обычно вертикально, внутри них движутся продукты сгорания; воздух омывает их поперечным потоком в несколько ходов, организуемых за счет перепускных воздуховодов (коробов) и промежуточных перегородок.

Газ в трубках движется со скоростью 8 ?15 м/с, воздух между трубками - вдвое медленнее. Это позволяет иметь примерно равные коэффициенты теплоотдачи с обеих сторон стенки трубы.

Тепловое расширение воздухоподогревателя воспринимается линзовым компенсатором 3, который устанавливается над воздухоподогревателем. При помощи фланцев он прикрепляется болтами снизу к воздухоподогревателю, а сверху к переходной раме предыдущего газохода котлоагрегата.



Рисунок 3.14 - Трубчатый рекуперативный воздухоподогреватель: 1 - стальные трубы 40 х 1,5 мм; 2, 6 - верхняя и нижняя трубные доски толщиной 20 ? 25 мм; 3 - компенсатор тепловых расширений; 4 - воздухоперепускной короб; 5 - промежуточная трубная доска; 7, 8 - опорные рама и колонны

В регенеративном воздухоподогревателе тепло передается металлической насадкой, которая периодически нагревается газообразными продуктами сгорания, после чего переносится в поток воздуха и отдает ему аккумулированное тепло. Регенеративный воздухоподогреватель котла (Рисунок 3.15) представляет собой медленно вращающийся (3 ? 5 об/мин) барабан (ротор) с набивкой (насадкой) из гофрированных тонких стальных листов, заключенных в неподвижный корпус. Секторными плитами корпус разделен на две части - воздушную и газовую. При вращении ротора набивка попеременно пересекает то газовый, то воздушный поток. Несмотря на то, что набивка работает в нестационарном режиме, подогрев идущего сплошным потоком воздуха осуществляется непрерывно без колебаний температуры. Движение газов и воздуха - противоточное.

Рисунок 3.15 - Устройство регенеративного вращающегося воздухоподогревателя: 1 - ротор; 2 - неподвижный корпус; 3 - набивка; 4 - короба подвода и отвода воздуха и газа; 5 - секторные плиты, разделяющие газовый и воздушный потоки; 6 - механизм привода (электродвигатель, редуктор, шестерня); 7 - сплошные перегородки ротора, препятствующие перемешиванию воздуха и продуктов сгорания.

Регенеративный воздухоподогреватель отличается компактностью (до 250 м² поверхности в 1 м³ набивки); он широко распространен на мощных энергетических котлоагрегатах. Недостатком его являются большие (до 10 %) перетоки воздуха в тракт газов, что ведет к перегрузкам дутьевых вентиляторов и дымососов и увеличению потерь с уходящими газами.

1. Размещено на Allbest.ru

...