Конвективная поверхность нагрева размещена в газоходе и представляет змеевиковый экономайзер, состоящий из 16 секций. Секции набирают таким образом, чтобы змеевики располагались параллельно фронту котла в шахматном порядке. Для сжигания газа установлены четыре подовые горелки с прямой щелью, заканчивающейся вверху внезапным расширением. Горелки размещены между вертикальными топочными экранами.
Конвективные поверхности нагрева должны иметь устройства для удаления осевшей после обдувки золы. Из мест обора зола должна удаляться свободно я без перегрузок. Все места, где скапливается осевшая зола, должны быть достаточных размеров и доступны для чистки. Глухие мешки, где может скапливаться зола, должны быть уменьшены до минимума.
| Z - схема соединения экранных поверхностей нагрева. |
Конвективная поверхность нагрева 2 котла состоит из 156 горизонтальных труб длиной 2 9 м, расположенных в 6 рядов по 26 труб в каждом и вваренных в коллекторы диаметром 108 X 4 мм.
| Парогенератор БКЗ 420 / 140. |
Конвективные поверхности нагрева, за исключением экономайзера, расположены в плоскости, перпендикулярной фронту, и опираются на подвесные трубы 6, являющиеся первой ступенью экономайзера.
Конвективные поверхности нагрева в передвижных паровых котлах состоят из испарительных поверхностей котла, пароперегревателей и водяных экономайзеров.
Конвективная поверхность нагрева, располагаемая в зоне температур, указанных в таблице или на 50 С меньших, должна быть фесто-нирована. В противном случае температуры газов, указанные в таблице, должны быть уменьшены на 50 С.
Конвективные поверхности нагрева (испарительная и пароперегревателя) размещены в двух самостоятельных горизонтальных газоходах и выполнены в виде гладкотрубных змеевиков, расположенных вертикально. Пароперегреватель конвективного типа, двухступенчатый. Температура перегрева пара регулируется двухступенчатым пароохладителем, установленным в рассечку.
Конвективные поверхности нагрева расположены в двух опускных газоходах с полностью экранированными стенами. Ограждающими поверхностями каждой конвективной шахты являются промежуточная стена котла, боковая стена котла, фронтовая и задняя стены конвективной шахты.
Конвективные поверхности нагрева обычно выполняют в виде рядов труб с коридорным или шахматным расположением, омываемых продуктами сгорания топлива. Движение газов в трубном пучке продольное или поперечное, В этих поверхностях нагрева перенос теплоты от греющих газов к рабочей среде осуществляется преимущественно за счет конвекции. Радиационная составляющая в общем потоке теплоты, передаваемом рабочему телу, относительно невелика вследствие снижения температур потока газов по ходу их движения в газоходах котла и малой толщины излучающего слоя в межтрубном пространстве.
Конвективные поверхности нагрева всех котлов выполнены одинаково, за исключением котла KB-TGB, у которого в конвективной шахте установлен един пакет.
Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару.
КОНВЕКТИВНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ НАГРЕВА КОТЛА
(от лат. convectio - принесение, доставка) - тепловоспринимающая поверхность котла, теплообмен к-рой с омывающими её продуктами сгорания осуществляется в осн. за счёт конвекции (см. Конвективный теплообмен). К ней относятся все поверхности нагрева котла, кроме поверхностей тооочных экранов и радиационно-конвективных ширмовых перегревателей, устанавливаемых в топке и первом газоходе.
. 2004 .
Смотреть что такое "КОНВЕКТИВНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ НАГРЕВА КОТЛА" в других словарях:
конвективная поверхность нагрева котла - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN convection surface …
конвективная поверхность нагрева - стационарного котла конвективная поверхность нагрева Поверхность нагрева стационарного котла, получающая теплоту, в основном, конвекцией. [ГОСТ 23172 78] Тематики котел, водонагреватель Синонимы конвективная поверхность нагрева EN convective… … Справочник технического переводчика
Конвективная поверхность нагрева стационарного котла - 54. Конвективная поверхность нагрева стационарного котла Конвективная поверхность нагрева D. Beruhrungsheizflache Е. Convective heating surface F. Surface de convection Поверхность нагрева стационарного котла, получающая теплоту, в основном,… …
Поверхность нагрева, воспринимающая теплоту в процессе излучения и конвекции. К Р. к. п. н. относится ширмовая поверхность нагрева котла, воспринимающая теплоту излучения и конвекции примерно в равных кол вах … Большой энциклопедический политехнический словарь
радиационно-конвективная поверхность нагрева стационарного котла - радиационно конвективная поверхность нагрева Поверхность нагрева стационарного котла, получающая теплоту излучением и конвекцией примерно в равных количествах. [ГОСТ 23172 78] Тематики котел, водонагреватель Синонимы радиационно конвективная… … Справочник технического переводчика
- (англ. Boiler radiant convective heating surface) поверхность нагрева, воспринимающая теплоту в процессе излучения и конвекции. К радиационно конвективной поверхности нагрева обычно относится ширмовая поверхность нагрева котла, воспринимающая… … Википедия
Радиационно-конвективная поверхность нагрева стационарного котла - 53. Радиационно конвективная поверхность нагрева стационарного котла Радиационно конвективная поверхность нагрева D. Beruhrungs und Strahlungsheizfache Е. Radiant convective heating surface F. Surface convective et rayonnement Поверхность нагрева … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Ширм-конвективная поверхность нагрева - Комбинированная поверхность нагрева котла, состоящая из ширм и расположенных между ними конвективных пакетов змеевиков. Примечание. Змеевики могут образовывать одно и многорядные пучки, расположенные под углом друг к другу и потоку газов, и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 23172-78: Котлы стационарные. Термины и определения - Терминология ГОСТ 23172 78: Котлы стационарные. Термины и определения оригинал документа: 47. Барабан стационарного котла Барабан D. Trommel E. Drum F. Reservoir Элемент стационарного котла, предназначенный для сбора и раздачи рабочей среды, для… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 28269-89: Котлы паровые стационарные большой мощности. Общие технические требования - Терминология ГОСТ 28269 89: Котлы паровые стационарные большой мощности. Общие технические требования оригинал документа: Головная серия котлов Котлы, поставленные заказчику за период с начала изготовления оборудования котла данного типа до… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
К атегория: Монтаж котлов
Поверхности нагрева
Трубно-барабанная система парового котла состоит из радиационных и конвективных поверхностей нагрева, барабанов и камер (коллекторов). Для радиационных и конвективных поверхностей нагрева используют бесшовные трубы, изготовленные из углеродистой качественной стали марок 10 или 20 (ГОСТ 1050-74**).
Радиационные поверхности нагрева выполняют из труб, размещаемых вертикально в один ряд по стенкам (боковой и задний экраны) или в объеме топочной камеры (фронтовой экран).
При низких давлениях пара (0,8…1 МПа) свыше 70% теплоты тратится на парообразование и лишь около 30 % - на нагревание воды до кипения. Радиационных поверхностей нагрева оказывается недостаточно для испарения заданного количества воды, поэтому часть испарительных труб размещают в конвективных газоходах.
Конвективными называются поверхности нагрева котла, получающие теплоту в основном конвекцией. Конвективные испарительные поверхности обычно выполняют в виде нескольких рядов труб, закрепленных верхними и нижними концами в барабанах или камерах котла. Эти трубы принято называть кипятильным пучком. К конвективным поверхностям нагрева относятся также пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель.
Пароперегреватель - устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле. Пароперегреватель представляет собой систему змеевиков, соединенных на входе насыщенного пара с барабаном котла и на выходе - с камерой перегретого пара. Направление движения пара в змеевиках пароперегревателя может совпадать с направлением движения газового потока - прямоточная схема - или быть ему противоположным-протнвоточная схема.
Рис. 1. Трубная система парового котла: 1, 19- верхний и нижний барабаны, 2 - выход пара, 3 - предохранительный клапан, 4 - подвод питательной воды, 5 - манометр, 6 - водоуказа-тельная колонка, 7 - непрерывная продувка, 8 - водоспускные трубы фронтового экрана, 9 - водоспускные трубы боковых экранов, 10 - фронтовой экран, 11, 14 -- камеры боковых экра нов, 12 - дренаж (периодическая продувка) 13 - камера фронтового экрана, 15, 17 - боко вой и задний экраны, 16 - камера заднего экра на, 18 - водоспускные трубы заднего экрана 20 - продувка нижнего барабана, 21 - конвек тивный пучок труб
Рис. 2. Схемы включения пароперегревателя:
а - прямоточная, б - протнвоточная, в - смешанная
При смешанной схеме движения газов и пара (рис. 2, в), наиболее надежной в эксплуатации, змеевики входные (по ходу пара), в которых наблюдаются наибольшие отложения солей, и выходные с паром максимальной температуры отнесены в область умеренных температур.
В конвективном вертикальном пароперегревателе насыщенный пар, поступающий из барабана котла, подается в змеевики первой ступени 6, включенные по противоточной схеме, нагревается в них и направляется в регулятор перегрева - пароохладитель. Перегрев пара до заданной температуры происходит в змеевиках второй ступени, включенных по смешанной схеме.
Вверху змеевики пароперегревателя подвешены к балкам потолочного перекрытия котла, а внизу они имеют дистанционные крепления - планки 7 и гребенки 8. К промежуточной камере (пароохладителю) и к камере перегретого пара змеевики присоединяют сваркой.
Камеры пароперегревателя изготовляют из стальных труб диаметром 133 мм, а змеевики; 9 - из стальных труб диаметром 32, 38 или 42 мм со стенками толщиной 3 или 3,5 мм. При температуре стенок труб поверхностей нагрева до 500 °С материалом для змеевиков и камер (коллекторов) служит углеродистая качественная сталь марок 10 или 20. Последние по ходу пара змеевики пароперегревателя, которые работают при температуре стенок труб более 500 °С, выполнены из легированных сталей 15ХМ, 12Х1МФ.
Регулятор перегрева, в который пар поступает после пароперегревателя, представляет собой систему стальных змеевиков диаметром 25 или 32 мм, установленных в стальном корпусе и образующих два контура: левый и правый. По змеевикам прокачивается питательная вода в количестве, необходимом для охлаждения пара на заданную величину. Пар омывает змеевики с наружной стороны.
Экономайзер - устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для подогрева или частичного испарения поступающей в котел воды. Водяные экономайзеры по конструкции делятся на стальные змееви-ковые и чугунные ребристые.
Стальные змеевиковые экономайзеры применяют для котлов, работающих при давлении свыше 2,3 МПа. Они представляют собой несколько секций, набранных из стальных змеевиков диаметром 28 или 32 мм со стенками толщиной 3 или 4 мм. Концы труб змеевиков вварены в расположенные вне обмуровки котла камеры диаметром 133 мм.
По характеру работы стальные змеевиковые экономайзеры бывают некипящего и кипящего типов. В экономайзерах неки-пящего типа питательная вода не догревается до температуры кипения, т. е. в них отсутствует парообразование. В экономайзерах кипящего типа допускается вскипание и частичное парообразование питательной воды. Из схемы включения экономайзеров некипящего и кипящего типов видно, что экономайзер кипящего типа не отделен от барабана котла запорным устройством и представляет с котлом единое целое.
Чугунные ребристые экономайзеры, используемые для котлов низкого давления, состоят из литых ребристых чугунных труб с квадратными ребрами. Чугунные трубы собирают в группы и соединяют между собой литыми калачами с фланцами. По системе труб питательная вода проходит вверх навстречу дымовым газам. Для очистки ребристых труб от золы и сажи между отдельными группами труб устанавливают обдувочные устройства.
Рис. 3. Конвективный вертикальный пароперегреватель парового котла средней мощности: 1 - барабан, 2--камера перегретого пара, 3 - промежуточная камера, выполняющая роль регулятора перегрева пара, 4 - балка, 5 - подвеска, 6. 9- змеевики, 7-планка, 8 - гребенка
Рис. 4. Регулятор перегрева: 1, 12 - камеры выхода и входа воды, 2 - штуцер, 3 - фланец с крышкой, 4 - подводящие пар трубы, 5 - опоры, 6 - корпус, 7 - отводящие пар трубы, 8 - металлическое корыто, 9 - дистанционная доска, 10 - змеевики, 11 - кожух
Преимущества чугунных экономайзеров: их повышенная сопротивляемость химическим разрушениям и меньшая стоимость по сравнению со стальными. Однако в чугунных экономайзерах из-за хрупкости металла не допускается образование пара, поэтому они могут быть только некипящего типа.
Стальные и чугунные водяные экономайзеры в современных котлах изготовляют в виде блоков; их поставляют в собранном виде.
Воздухоподогреватель - устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания топлива перед подачей его в топку котла, состоящее из системы прямолинейных труб, концы которых закреплены в трубных досках, каркасной рамы и металлической обшивки. Воздухоподогреватели устанавливают в газоходе котла за экономайзером - одноступенчатая компоновка или в «рассечку» - двухступенчатая компоновка.
Барабан котла - это цилиндр, изготовленный из специальной котельной стали 20К или 16ГТ (ГОСТ 5520-79*), со сферическими днищами на торцах. С одной или двух сторон барабана расположены лазы овальной формы. Экранные, конвективные, опускные и пароотводящие трубы присоединяют к барабану с помощью развальцовки или сварки.
Рис. 5. Секция экономайзера: 1,2 - камеры входа и выхода воды, 3 - опорные стойки, 4 - змеевики, 5 - опорная балка
Рис. 6. Схемы включения экономайзера некипящего (а) и кипящего (б) типов: 1 - вентиль, 2 - обратный клапан, 3,7 - вентили для питания котла через и мимо экономайзера, 4 - предохранительный клапан, 5 - входная камера, 6 - экономайзер, 8 - барабан котла
Барабаны котлов малой и средней мощности изготовляют диаметром от 1000 до 1500 мм и толщиной стенки от 13 до 40 мм в зависимости от рабочего давления. Например, толщина стенок барабанов котлов типа ДЕ, работающих при давлении 1,3 МПа, равна 13 мм, а котлов, работающих при давлении 3,9 МПа,- 40 мм.
Внутри барабана размещаются питательное и сепарационные устройства, а также труба для непрерывной продувки. Арматуру и вспомогательные трубопроводы присоединяют к штуцерам, приваренным к барабану. Барабан, как правило, закрепляют на каркасе котла двумя роликовыми опорами, которые осуществляют его свободное перемещение при нагревании.
Рис. 7. Одноколонковый блочный экономайзер: 1 - блок, 2 - обдувочное устройство, 3 - коллектор (камера), 4 - соединительный калач, 5 - труба
Тепловые расширения трубно-барабанной системы котла обеспечивает конструкция опор барабанов и камер. Нижний барабан и камеры (коллекторы) экранов котлов имеют опоры, допускающие их перемещение в горизонтальной плоскости и исключающие движение вверх. А вся трубная система котла вместе с верхним барабаном, опирающимися на трубную систему, при тепловых расширениях может перемещаться только вверх.
У других котлов средней мощности неподвижными в вертикальной плоскости являются опоры верхних камер и барабанов.
Рис. 8. Воздухоподогреватель: 1,3 - верхняя и нижняя трубные доски, 2 - труба, 4 - рама, 5 - обшивка
Рис. 9. Компоновка конвективной шахты: а - одноступенчатая, 6 - двухступенчатая; 1 - воздухоподогреватель, 2 - водяной экономайзер, 3,7- водяные экономайзеры соответственно второй и первой ступени. 4 - опорная охлаждаемая балка водяного экономайзера, 5,9 - воздухоподогреватели соответственно второй и первой ступени, 6 - опорная балка воздухоподогревателя, 8 - компенсатор, 10 - колонна каркаса
Рис. 10. Роликовая опора барабана котла: 1- барабан, 2 - верхний ряд роликов, 3 - нижний ряд роликов, 4 - неподвижная подушка опоры, 5 - балка каркаса
В этом случае радиационные трубы вместе с нижними камерами перемещаются по вертикали вниз. Нижние камеры удерживаются от поперечных перемещений направляющими опорами, допускающими только вертикальный ход камер. Для того чтобы радиационные трубы не выходили из плоскости экрана, все трубы дополнительно закрепляют в несколько ярусов по высоте. Промежуточное крепление экранных труб по высоте в зависимости от конструкции обмуровки - неподвижное, связанное с каркасом, или подвижное - в виде поясов жесткости. Первый тип крепления используют при обмуровке, опирающейся на фундамент или каркас котла, второй - при натрубной обмуровке.
Свободное вертикальное перемещение трубы при ее креплении к каркасу котла обеспечивается за счет зазора в скобе, приваренной к трубе. Тяга, жестко закрепленная в каркасе, исключает выход трубы из плоскости экрана.
Рис. 11. Крепление труб поверхностей нагрева к каркасу, обеспечивающее их перемещение: а - по вертикали, б - по горизонтали; 1 - скоба, 2- труба, 3- защитное ребро, 4- тяга, 5 - закладная деталь, 6 - пояс жесткости
- Поверхности нагрева
Элементы поверхностей нагрева являются главными в котельном агрегате и их исправность в первую очередь определяет экономичность и надежность котельной установки.
Размещение элементов поверхности нагрева современного котла показано на рисунке:
Этот котел имеет П-образную форму. Левая вертикальная камера 2 образует топку, все стены ее покрыты трубами. Расположенные на стенах и потолке трубы, в которых происходит испарение воды, называют экранами . Экранные трубы, а также части пароперегревателя, расположенные на стенах топки, называют радиационными поверхностями нагрева , так как они воспринимают тепло от топочных газов главным образом вследствие радиации или лучеиспускания.
Нижнюю часть 9 топочной камеры обычно называют холодной воронкой. В ней происходит выпадение из топочного факела частиц золы. Охлажденные и затвердевшие частицы золы в виде спекшихся комков (шлака) через устройство 8 удаляются в систему гидрозолоудаления.
Верхняя часть топки переходит в горизонтальный газоход, в котором размещены ширмовый 3 и конвективный 5 пароперегреватели. Боковые стены и потолок горизонтального газохода обычно также покрыты трубами пароперегревателя. Эти элементы пароперегревателя называют полурадиационными , так как они воспринимают тепло от топочных газов как в результате радиации, так и конвекции, т. е. теплообмена, который происходит при соприкосновении горячих газов с трубами.
После горизонтального газохода за поворотной камерой начинается правая вертикальная часть котла, называемая конвективной шахтой. В ней в различной последовательности размещены ступени , ступени воздухоподогревателя, а в некоторых конструкциях и змеевики .
Схема устройства котла зависит от его конструкции и мощности, а также давления пара. В устаревших трех-барабанных котлах низкого и среднего давления вода нагревается и испаряется не только в экранах, но и в кипятильных трубах, расположенных между верхними и нижними барабанами.
По опускному 3 пучку кипятильных труб вода из заднего барабана опускается в нижний барабан; эти трубы играют роль водоопускных труб. Незначительный нагрев этих труб топочными газами не нарушает циркуляции воды в котле, так как при низком и среднем давлениях разница в удельных весах воды и пара большая, что обеспечивает достаточно надежную циркуляцию. Вода в нижние камеры экранов 7 подается из верхних барабанов 2 по наружным необогревяемым водоопускным трубам.
В котлах среднего давления доля тепла, идущего на перегрев пара, сравнительно невелика (менее 20% всего тепла, воспринимаемого котельным агрегатом от дымовых газов), поэтому поверхность нагрева пароперегревателя также невелика и он размещается между пучками кипятильных труб.
В однобарабанных котлах среднего давления более поздних выпусков основная испарительная поверхность размещена на стенах топки в виде экранов 6, а небольшой конвективный пучок 10 выполнен из разведенных с большим шагом труб, которые представляют собой полурадиационную часть котла.
Котлы высокого давления изготовляются обычно с одним барабаном и конвективных пучков не имеют. Вся испарительная поверхность нагрева выполнена в виде экранов, которые питаются водой по наружным необогреваемым водоопускным трубам.
В прямоточных котла х барабан отсутствует.
Вода из экономайзера 3 поступает по подводящим трубам 7 в нижнюю камеру 6, а затем в радиационную часть 5, которая представляет собой испарительные трубы (витки), расположенные по стенам топки. Пройдя через витки, большая часть воды превращается в пар. Полностью испаряется вода в переходной зоне 2, которая располагается в области более низких температур топочных газов. Из переходной зоны пар поступает в пароперегреватель 1.
Таким образом, в прямоточных котлах циркуляция воды с ее возвратным движением отсутствует. Вода и пар проходят по трубам только один раз.
Пароперегревателем называют поверхность нагрева парового котла, в которой происходит перегрев пара до заданной температуры. Современные паровые котлы большой паропроизводительности имеют два пароперегревателя - первичный и вторичный (промежуточный). В первичный пароперегреватель насыщенный пар, имеющий температуру кипящей воды, поступает из барабана котла или переходной зоны прямоточного котла. Во вторичный пароперегреватель пар поступает из для повторного перегрева.
Для перегрева пара в котлах высокого давления затрачивается до 35% тепла, а при наличии вторичного перегрева - до 50% тепла, воспринимаемого котельным агрегатом от топочных газов. В котлах с давлением более 225 ата эта доля тепла возрастает до 65%. В результате поверхности нагрева пароперегревателей значительно возрастают,и в современных котлах их размещают в радиационной, полурадиационной и конвективной частях котла.
На рисунке ниже изображена схема пароперегревателя современного котла.
Пар из барабана 7 направляется в настенные трубные панели радиационной части 2 ж 4, затем в потолочные трубные панели 5. Из пароохладителя 8 пар поступает в ширмы 6, а затем в змеевики 10 конвективной части пароперегревателя. Ширма представляет собой расположенный в одной плоскости пакет U-образных труб, которые жестко скреплены между собой почти без зазора. Пар входит в одну камеру ширмы, проходит по трубам и выходит через вторую камеру. Схема расположения ширм в котле показана на рисунке:
Водяные экономайзеры вместе с воздухоподогревателями обычно располагают в конвективных шахтах. Эти элементы поверхности нагрева называют хвостовыми, так как их располагают последними по пути дымовых газов. Водяные экономайзеры выполняют преимущественно из стальных труб. На котлах низкого и среднего давления устанавливают чугунные экономайзеры, составленные из чугунных ребристых труб. Трубы соединены чугунными отводами (калачами).
Стальные экономайзеры могут быть кипящего и некипящего типа. В экономайзерах кипящего типа часть подогреваемой воды (до 25%) превращается в пар.
Современные котлы, в отличие от тех, которые использовались несколько лет назад, в качестве топлива могут использовать не только газ, уголь, мазут и т.д. В качестве экологически чистого топлива в настоящее время все более часто используют пелетты. Заказать пелетты для Вашего пелеттного котла, Вы сможете здесь — http://maspellet.ru/zakazat-pellety.
Классификация котлов
Котельные агрегаты разделяются на паровые, предназначенные для производства водяного пара, и водогрейные, предназначенные для получения горячей воды.
По виду сжигаемого топлива и соответствующего топливного тракта различают котлы для газообразного, жидкого и твердого топлива.
По газовоздушному тракту различают котлы с естественной и уравновешенной тягой и с наддувом. В котле с естественной тягой сопротивление газового тракта преодолевается под действием разности плотностей атмосферного воздуха и газа в дымовой трубе. Если сопротивление газового тракта (так же, как и воздушного) преодолевается с помощью дутьевого вентилятора, то котел работает с наддувом. В котле с уравновешенной тягой давление в топке и начале газохода поддерживается близким к атмосферному совместной работой дутьевого вентилятора и дымососа. В настоящее время стремятся все выпускаемые котлы, в том числе и с уравновешенной тягой, изготовлять газоплотными.
По виду пароводяного тракта различают барабанные (рис. 3.1, а, б )и прямоточные (рис. 3.1, в ) котлы. Во всех типах котлов через экономайзер 1 и пароперегреватель 6 вода и пар проходят однократно. В барабанных котлах многократно циркулирует пароводяная смесь в испарительных поверхностях нагрева 5 (от барабана 2 по водоопускным трубам 3 к коллектору 4 и барабану 2). Причем в котлах с принудительной циркуляцией (рис. 3.1, б ) перед входом воды в испарительные поверхности 5 устанавливают дополнительный насос 8. В прямоточных котлах (рис. 3.1, в ) рабочее тело по всем поверхностям нагрева проходит однократно под действием напора, развиваемого питательным насосом 7.
В котлах с рециркуляцией и комбинированной циркуляцией для увеличения скорости движения воды в некоторых поверхностях нагрева при пуске прямоточного котла или работе на пониженных нагрузках обеспечивают принудительную рециркуляцию воды специальным насосом 8 (рис. 3.1, г ).
По фазовому состоянию выводимого из топки шлака различают котлы с твердым и жидким шлакоудалением. В котлах с твердым шлакоудалением (ТШУ) шлак из топки удаляется в твердом состоянии, а в котлах с жидким шлакоудалением (ЖШУ) – в расплавленном.
Рис. 3.1. Схемы пароводяного тракта котла: а
– барабанного с естественной циркуляцией;
б –
барабанного с принудительной циркуляцией; в
– прямоточного; г
– прямоточного
с принудительной циркуляцией: 1 – экономайзер; 2 – барабан котла; 3 – водоопускные трубы;
4 – коллектор экранных труб; 5 – испарительные поверхности нагрева; 6 – пароперегреватель;
7 – питательный насос; 8 – циркуляционный насос
Водогрейные котлы характеризуют по их теплопроизводительности, температуре и давлению подогретой воды, а также по роду металла, из которого он изготовлен.
Водогрейные котлы бывают стальные и чугунные.
Чугунные котлы изготавливают для отопления отдельных жилых и общественных зданий. Их теплопроизводительность не превышает 1 – 1,5 Гкал/ч, давление – 0,3 – 0,4 МПа, температура – 115 о С. Стальные водогрейные котлы большой теплопроизводительности устанавливают в крупных квартальных или районных котельных, которые могут обеспечить теплоснабжение крупных жилых районов.
Паровые котельные агрегаты выпускаются различными по типу, паропроизводительности и параметрам производимого пара.
По паропроизводительности различают котлы малой производительности – 15 – 20 т/ч, средней производительности – от 25 – 35 до 160 – 220 т/ч и большой производительности от 220 – 250 т/ч и выше.
Под номинальной паропроизводительностью понимают наибольшую нагрузку (в т/ч или кг/с) стационарного котла, с которой он может работать в течение длительной эксплуатации при сжигании основного вида топлива или при подводе номинального количества теплоты при номинальных значениях пара и питательной воды с учетом допускаемых отклонений.
Номинальные значения давления и температуры пара – это параметры, которые должны быть обеспечены непосредственно перед паропроводом к потребителю пара при номинальной паропроизводительности котла (а температура также при номинальном давлении и температуре питательной воды).
Номинальная температура питательной воды – это температура воды, которую необходимо обеспечить перед входом в экономайзер или другой подогреватель питательной воды котла (или при их отсутствии – перед входом в барабан) при номинальной паропроизводительности.
По давлению рабочего тела различают котлы низкого (менее 1 МПа), среднего
(1 – 10 МПа), высокого (10 – 25 МПа) и сверхкритического давления (более 25 МПа).
Котельные агрегаты вырабатывают насыщенный или перегретый пар с температурой до 570 °С.
По назначению паровые котлы можно разделить на промышленные, устанавливаемые в производственных, производственно-отопительных и отопительных котельных, и энергетические, устанавливаемые в котельных тепловых электрических станций.
По типу компоновки котлы можно разделить на вертикально-циллиндрические, горизонтальной компоновки (с развитой испарительной поверхностью нагрева) и вертикальной компоновки.
Барабанные паровые котлы
Барабанные котлы широко применяют на ТЭС и в котельных. Наличие одного или нескольких барабанов с фиксированной границей раздела между паром и водой является отличительной чертой этих котлов. Питательная вода в них, как правило, после экономайзера 1 (см. рис. 3.1, а ) подается в барабан 2, где смешивается с котловой водой (водой, заполняющей барабан и экраны). Смесь котловой и питательной воды по опускным необогреваемым трубам 3 из барабана поступает в нижние распределительные коллектора 4, а затем в экраны 5 (испарительные поверхности). В экранах вода получает теплоту Q от продуктов сгорания топлива и закипает. Образующаяся пароводяная смесь поднимается в барабан. Здесь происходит разделение пара и воды. Пар по трубам, соединенным с верхней частью барабана, направляется в перегреватель 6, а вода снова в опускные трубы 3.
В экранах за один проход испаряется лишь часть (от 4 до 25 %) поступающей в них воды. Тем самым обеспечивается достаточно надежное охлаждение труб. Предотвратить накопление солей, осаждающихся при испарении воды на внутренней поверхности труб, удается благодаря непрерывному удалению части котловой воды из котла. Поэтому для питания котла допускается использование воды с относительно большим содержанием растворенных в ней солей.
Замкнутую систему, состоящую из барабана, опускных труб, коллектора и испарительных поверхностей, по которой многократно движется рабочее тело, принято называть контуром циркуляции, а движение воды в нем – циркуляцией. Движение рабочей среды, обусловленное только различием веса столбов воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъемных, называют естественной циркуляцией, а паровой котел – барабанным с естественной циркуляцией. Естественная циркуляция возможна лишь в котлах с давлением, не превышающим 18,5 МПа. При большем давлении из-за малой разности плотностей пароводяной смеси и воды устойчивое движение рабочей среды в циркуляционном контуре обеспечить трудно. Если движение среды в циркуляционном контуре создается насосом 8 (см. рис. 3.1, б ), то циркуляция называется принудительной , а паровой котел – барабанным с принудительной циркуляцией. Принудительная циркуляция позволяет выполнять экраны из труб меньшего диаметра как с подъемным, так и опускным движением среды в них. К недостаткам такой циркуляции следует отнести необходимость установки специальных насосов (циркуляционных), которые имеют сложную конструкцию, и дополнительный расход энергии на их работу.
Простейший барабанный котел, используемый для получения водяного пара, состоит из горизонтального цилиндрического барабана 1 с эллиптическими днищами, на 3/4 объема заполненного водой, и топки 2под ним (рис. 3.2, а ). Стенки барабана, обогреваемые снаружи продуктами горения топлива, играют роль теплообменной поверхности.
С ростом паропроизводительности резко возросли размеры и масса котла. Развитие котлов, направленное на увеличение поверхности нагрева при сохранении водяного объема, шло по двум направлениям. Согласно первому направлению увеличение теплообменной поверхности достигалось благодаря размещению в водном объеме барабана труб, обогреваемых изнутри продуктами сгорания. Так, появились жаротрубные (рис. 3.2, б ), затем дымогарные и, наконец, комбинированные газотрубные котлы. В жаротрубных котлах в водном объеме барабана 1 параллельно его оси размещены одна или несколько жаровых труб 3 большого диаметра (500 – 800 мм), в дымогарных – целый пучок труб 3 малого диаметра. В комбинированных газотрубных котлах (рис. 3.2, в ) в начальной части жаровых труб расположена топка 2, а конвективная поверхность выполнена из дымогарных труб 3. Производительность этих котлов была невелика, ввиду ограниченных возможностей размещения жаровых и дымогарных труб в водяном объеме барабана 1.Их использовали в судовых установках, локомобилях и паровозах, а также для получения пара на собственные нужды предприятия.
Рис. 3.2. Схемы котлов: а – простейшего барабанного; б – жаротрубного; в – комбинированного газотрубного; г – водотрубного; д – вертикально-водотрубного; е – барабанного современной конструкции
Второе направление в развитии котлов связано с заменой одного барабана несколькими, меньшего диаметра, заполненными водой и пароводяной смесью. Увеличение числа барабанов привело сначала к созданию батарейных котлов, а замена части барабанов трубами меньшего диаметра, расположенными в потоке дымовых газов, – к водотрубным котлам. Благодаря большим возможностям увеличения паропроизводительности это направление получило широкое развитие в энергетике. Первые водотрубные котлы имели наклоненные к горизонтали (под углом 10 – 15°) пучки труб 3, которые с помощью камер 4 присоединялись к одному или нескольким горизонтальным барабанам 1 (рис. 3.2, г
). Котлы такой конструкции получили название горизонтально-водотрубных
. Среди них особо следует выделить котлы русского конструктора В. Г. Шухова. Прогрессивная идея, связанная с разделением общих камер, барабанов и трубных пучков на однотипные группы (секции) одинаковой длины и тем же числом труб, заложенная в конструкцию, позволила осуществлять сборку котлов разной паропроизводительности из стандартных деталей.
Но такие котлы не могли работать при переменных нагрузках.
Создание вертикально-водотрубных котлов – следующий этап развития котлов. Пучки труб 3, соединяющие верхние и нижние горизонтальные барабаны 1,стали располагать вертикально или под большим углом к горизонту (рис. 3.2, д ). Повысилась надежность циркуляции рабочей среды, обеспечился доступ к концам труб и тем самым упростились процессы вальцовки и очистки труб. Совершенствование конструкции этих котлов, направленное на повышение надежности и эффективности их работы, привело к появлению современной конструкции котла (рис. 3.2, е ):однобарабанного с нижним коллектором 5 небольшого диаметра; опускными трубами 6 и барабаном 1, вынесенными из зоны обогрева за обмуровку котла; полным экранированием топки; конвективными пучками труб с поперечным омыванием продуктами сгорания; предварительным подогревом воздуха 9, воды 8 и перегревом пара 7.
Конструктивная схема современного барабанного котла определяется его мощностью и параметрами пара, видом сжигаемого топлива и характеристиками газовоздушного тракта. Так, с ростом давления меняется соотношение между площадями нагревательных, испарительных и перегревательных поверхностей. Увеличение давления рабочего тела от
р
= 4 МПа до р
= 17 МПа приводит к уменьшению доли теплоты q,
затраченной на испарение воды с 64 до 38,5 %. Доля теплоты, расходуемой на подогрев воды, увеличивается при этом с 16,5 до 26,5 %, а на перегрев пара – с 19,5 до 35 %.
Поэтому с повышением давления растут площади нагревательной и перегревательной поверхностей, а площадь испарительной поверхности уменьшается.
В отечественных промышленных и промышленно-отопительных котельных широко распространены котельные агрегаты типа ДКВР (двухбарабанный котел, водотрубный, реконструированный) с номинальной паропроизводительностью 2,5; 4; 6,5; 10 и 20 т/ч, изготовляемые Бийским котельным заводом.
Котлы типа ДКВР (рис. 3.3 и 3.4) изготовляют в основном на рабочее давление пара
14 кгс/см 2 для производства насыщенного пара и с пароперегревателем для производства перегретого пара с температурой 250 °С. Кроме того, котлы паропроизводительностью 6,5 и 10 т/ч изготовляют на давление 24 кгс/см 2 для производства пара, перегретого до 370 °С, а котлы паропроизводительностью 10 т/ч также на давление 40 кгс/см 2 для производства пара, перегретого до 440 °С.
Котлы типа ДКВР выпускают в двух модификациях по длине верхнего барабана.
У котлов паропроизводительностью 2,5; 4,0 и 6,5 т/ч, а также у более ранней модификации котла паропроизводительностью 10 т/ч верхний барабан выполнен значительно более длинным, чем нижний. Барабаны соединены системой гнутых цельнотянутых стальных кипятильных труб наружным диаметром 51×2,5 мм, образующих развитую конвективную поверхность нагрева. Трубы расположены в коридорном порядке и своими концами завальцованы в барабаны. В продольном направлении трубы расположены на расстоянии между осями (шаг) 110, а в поперечном 100 мм.
Пароперегреватель в котлах типа ДКВР выполняют вертикальным змеевиковым из стальных цельнотянутых труб наружным диаметром 32 мм. Его размещают в начале котельного пучка, отделяя от камеры догорания двумя рядами кипятильных труб. Для того чтобы можно было разместить пароперегреватель, часть кипятильных труб не устанавливают. Трубный пучок и экраны в сборе с барабанами, коллекторами и опорной рамой этих котлов вписываются в железнодорожный габарит; это позволяет собирать металлическую часть котла на заводе и доставлять ее на монтажную площадку в собранном виде, что упрощает монтаж.
При установке котлов типа ДКВР с низкотемпературными поверхностями нагрева целесообразно предусматривать только водяной экономайзер либо только воздухоподогреватель, чтобы не усложнять компоновку и эксплуатацию котельного агрегата. Такое решение целесообразно еще и потому, что температура дымовых газов за котлами с развитыми поверхностями нагрева относительно низка и составляет приблизительно 250 – 300 °С, вследствие чего количество теплоты, уносимой дымовыми газами, относительно невелико. Более целесообразно устанавливать водяные экономайзеры, тогда агрегат получается компактным и простым в эксплуатации. При этом предпочтительнее выбирать чугунные ребристые экономайзеры, так как их изготовляют из недефицитного материала и они меньше страдают от коррозии.
Котлы типа ДКВР довольно чувствительны к качеству питательной воды, поэтому вода, используемая для их питания, должна подвергаться умягчению и деаэрации. Работа котельных установок с котлами типа ДКВР легко поддается автоматизации, особенно при сжигании жидкого и газообразного топлив.
Парогенераторы серии ДКВР хорошо компонуются со слоевыми топочными устройствами и первоначально были разработаны для сжигания твердого топлива. Позднее ряд парогенераторов перевели на сжигание жидкого и газообразного топлива. При работе на жидком и газообразном топливе производительность парогенераторов может быть выше номинальной на 30 – 50 % При этом нижняя часть верхнего барабана, расположенная над топочной камерой, должна быть защищена огнеупорным кирпичом или торкретом.
В ЦКТИ была обследована работа большого числа промышленных котельных, в которых эксплуатировались парогенераторы серии ДКВР. В результате обследования было установлено, что 85 % парогенераторов используют газ и мазут. Кроме того, были выявлены недостатки в работе парогенераторов: большие присосы воздуха в конвективную часть поверхности нагрева и водяной экономайзер, недостаточная степень заводской готовности, более низкие эксплуатационные КПД по сравнению с расчетными.
При разработке новой конструкции газомазутных парогенераторов серии ДЕ (рис. 3.5) особое внимание было обращено на увеличение степени заводской готовности парогенераторов в условиях крупносерийного производства, снижение металлоемкости конструкции, приближение эксплуатационных показателей к расчетным.
Во всех типоразмерах серии от 4 до 25 т/ч диаметр верхнего и нижнего барабанов парогенераторов принят равным 1000 мм. Толщина стенок обоих барабанов при давлении 1,37 МПа равна 13 мм. Длина цилиндрической части барабанов в зависимости от производительности изменяется от 2240 мм (парогенератор производительностью 4 т/ч) до 7500 мм (парогенератор производительностью 25 т/ч). В каждом барабане в переднем и заднем днище установлены лазовые затворы, что обеспечивает доступ в барабаны при ремонте.
Топочная камера от конвективной поверхности нагрева отделена газоплотной перегородкой.
Во всех парогенераторах серии предусмотрено двухступенчатое испарение. Во вторую ступень испарения выделена часть труб конвективного пучка. Общим опускным звеном всех контуров первой ступени испарения являются последние (по ходу продуктов сгорания) трубы конвективного пучка. Опускные трубы второй ступени испарения вынесены за пределы газохода.
Парогенератор производительностью 25 т/ч имеет пароперегреватель, обеспечивающий небольшой перегрев пара, до 225 °С.
Котельный агрегат типа ГМ-10 предназначается для производства перегретого пара с давлениями 1,4 и 4 МПа и температурами соответственно 250 и 440 °С. Котел предназначается для работы на природном газе и мазуте и отличается тем, что работает с наддувом, т. е. при избыточном давлении в топке. Это позволяет работать без дымососа.
Во избежание выбивания дымовых газов в окружающую среду котел выполнен с двойной стальной обшивкой. Через пространство, образуемое листами обшивки, проходит воздух, подаваемый дутьевым вентилятором, в результате чего через случайные неплотности в окружающую среду может выбиваться только холодный воздух.
По своей компоновке котел двухбарабанный асимметричный: кипятильный пучок и пароперегреватель размещены рядом с топкой. Топливо и воздух поступают в топку через комбинированные горелки, конструкция которых обеспечивает быстрый переход от сжигания одного вида топлива к сжиганию другого.