Конвективные поверхности нагрева котлов. Водный режим котельных агрегатов. – 2 часа

Элементы паровых котельных агрегатов. Испарительные поверхности нагрева. Циркуляция.

Участие испарительных поверхностей нагрева, т. е. кипятильных пучков и топочных экранов вертикально-водотрубных котлов, а также топочных экранов и фестонов котельных агрегатов экранного типа, в процессе паро­образования в котле непрерывно уменьшается с повышением давления пара. Если в котлах низкого давления, производящих насыщенный пар, испари­тельные поверхности нагрева составляют 100% общей поверхности нагре­ва, то в котельных агрегатах закритического давления испарительные по­верхности нагрева почти полностью отсутствуют, так как в закритической области вода, достигшая температуры кипения, переходит в пар без допол­нительной затраты тепла. В котельных агрегатах закритического давле­ния приблизительно 35% используемого в них тепла затрачивается на по­догрев воды до температуры парообразования, а 65% расходуется на пере­грев пара.

Система испарительных поверхностей нагрева определяется типом ко­тельного агрегата.

Испарительные системы котлов с естественной циркуляцией показаны на рис. 16-1 и 16-2.

Испарительные поверхности нагрева вертикально-водотрубных котельных агрегатов (рис. 16-1) состоят из развитого пучка кипя­тильных труб 2, ввальцованных в верхний 1 и нижний 3 барабаны, топоч­ных экранов 6, питаемых водой из котельных барабанов через опускные 7 и соединительные 4 трубы из камер (коллекторов) 5.

Барабаны вертикально-водотрубных котлов изготовляют из лис­товой стали сварными диаметром 1 000-1 500 мм. Поскольку эти котлы предназначены для работы при давлении 14-40 aтм, толщина стенки бара­бана получается относительно небольшой. Например, для котлов типа Д КВР на давление 14 aтм толщина стенки барабана диаметром 1 000 мм равна 13 мм, на давление 24 aтм при том же диаметре барабана - 20 мм и на дав­ление 40 aтм при диаметре барабана 960 мм - 40 мм. Штампованные днища барабанов имеют специальные лазы, закрываемые люками.

Коллекторы выполняют обычно из труб диаметром до 219 мм; экранные трубы присоединяют к ним сваркой.

Испарительные поверхности нагрева котельных агрегатов экран­ного типа (рис. 16-2) состоят из барабана 2, системы экранных труб 6 и 7 с нижними 9 и 10 и верхними 4 и 5 экранными коллекторами, си­стемы опускных труб 8 и системы соединительных труб 3.

Рис. 16-1. Испарительные поверхности нагрева вертикаль вертикально-водотруб­ного котла.

Барабаны изготовляют сварными, днища - штампованными. Диа­метр барабана в зависимости от паропроизводительности котельного агре­гата и давления пара составляет 1 200-1 800 мм при длине, достигающей ~ 18 м. Толщина стенки барабана для котлов с давлением 100 aтм составляет 90-100 мм, а для котлов с давлением 140 aтм - еще больше. Эк­ранные коллекторы выполняют из бесшовных труб с наружным диаметром до 426 мм. Тру­бы экранной системы бесшовные с наружным диаметром 51-60мм; их присоединяют к коллек­торам на сварке, к барабанам при среднем дав­лении-вальцовкой, а при высоком давлении- сваркой.

Рис 16-1 Испарительные поверхности

нагрева котельного агрегата экранного Рис. 16-3 Схема контура

типа естественной циркуляции

Для обеспечения надежной работы и рас­четной производительности котельного агрегата большое значение имеет правильная организа­ция движения воды в испарительных поверхно­стях нагрева. Надежная работа может быть обеспечена только в том случае, когда вода, дви­жущаяся в кипятильных и экранных трубах, ра­ботающих при повышен­ной температуре, создаст необходимое охлажде­ние металла этих труб, так как снижение меха­нической прочности ме­талла при повышении температуры может при­вести к разрушению их. Расчетная паропроизводительность достигается тем, что при правильно организованном движе­нии воды и пароводяной смеси обеспечивается эффективное использо­вание всех труб испари­тельной поверхности на­грева котла.

Естественная цир­куляция в кипятильных и экранных трубах про­исходит под действием гравитационных сил, обусловливаемых разностью плотностей воды и пароводяной смеси, находящихся в поле тяготения. Для возможности возникновения естественной циркуляции должен существо­вать замкнутый циркуляционный контур (рис. 16-3), состоящий из двух систем вертикальных или наклонных труб, соединенных последовательно и заполненных водой. Если этот контур попадает в такие условия, что одна система труб обогревается больше, чем другая, или одна система труб обо­гревается, а другая - нет, то вода, заполняющая контур, приходит в дви­жение, причем находящаяся в сильно обогреваемых трубах вода начинает подниматься, а находящаяся в менее обогреваемых или совсем не обогре­ваемых трубах - опускаться. Причиной, вызывающей это движение, явля­ется уменьшение плотности воды в более обогреваемых трубах в результа­те повышения ее температуры. Вследствие этого давление на воду в нижней части контура, вызванное силой тяготения, становится неодинаковым и вода приходит в движение. Если подвод тепла к контуру приведет к парооб­разованию в обогреваемых трубах, то это еще больше увеличит разность плотностей воды и пароводяной смеси, и скорость движения - циркуля­ция - усилится. Скорость циркуляции будет возрастать с увеличением обо­грева трубы, так как при этом усиливается интенсивность парообразова­ния в трубе и в большей степени уменьшается плотность пароводяной смеси. Так как причиной возникновения естественной циркуляции является сила тяжести, то естественная циркуляция будет происходить тем эффективнее, чем выше будет величина ускорения силы тяжести и наоборот.

Отношение количества воды, вошедшей в испарительный контур, к количеству пара, который вырабатывается за то же время этим контуром, называют кратностью циркуляции. Для котлов с естествен­ной циркуляцией кратность циркуляции колеблется от 8 до 50.

Паровые котлы, как правило, имеют по два-три и более параллельно работающих циркуляционных контура. Например, испарительная поверх­ность нагрева котла ДКВР, показанная на рис. 16-1, имеет три циркуляцион­ных контура: один, образуемый кипятильными трубами котла, и два, образуемые экранами. Часть питательной воды, поступающей в верхний ба­рабан 1 котла по группе кипятильных труб, являющихся опускными, про­ходит в нижний барабан 3. Здесь вода разделяется на три потока: один из них по группе кипятильных труб, являющихся подъемными, возвращается в верхний барабан в виде пароводяной смеси, а два других по соединитель­ным трубам 4 проходят в нижние коллекторы 5 экранов, затем в экранные трубы и, наконец, также в виде пароводяной смеси, в верхний барабан котла. Другая часть питательной воды, поступающей в котел, из верхнего бараба­на котла по опускным трубам 7 также поступает в коллекторы б, увеличивая надежность питания их.

В циркуляционных контурах экранного котельного агрегата (рис. 16-2) вода из барабана 2 по опускным водоподводящим трубам 8 поступает в пе­редний и задний нижние коллекторы 9 и в нижние боковые коллекторы 10. Из названных коллекторов вода распределяется по экранным трубам 6 и 7, покрывающим стены топки. Поднимаясь по экранным трубам, вода под действием лучистой теплоты факела частично испаряется, образуя пароводяную смесь. Из экранных труб пароводяная смесь по соедини­тельным трубам 3 поступает в барабан 2, в котором пар отделяется от воды и выходит из барабана по паропроводу 1, а вода возвращается в циркуляционный контур.

Описанная схема циркуляции носит принципиальный характер. В каждом конкретном котельном агрегате экранного типа она приобре­тает свои отличительные особенности.

Нарушение циркуляции обычно вызывается тепловой и гидравлической неравномерностью работы параллельно включенных труб. В этом отноше­нии различают опрокидывание циркуляции, возникновение свободного уровня воды в трубах и расслоение потока пароводяной эмульсии.

Под опрокидыванием циркуляции понимают яв­ление, когда в результате общих нарушений нормального режима работы котла (неравномерное распределение температуры по ширине котла, шлако­вание и др.) слабо обогреваемые подъемные трубы, выведенные в водя­ной объем котла, начинают работать как опускные. Так как при этом скорость воды в этих трубах обычно оказывается незначительной и непосто­янной, то образующиеся в воде паровые пузыри попеременно либо очень медленно всплывают, либо так же медленно сносятся потоком вниз. Проис­ходящее при этом объединение паровых пузырей может достигнуть пре­дела, когда значительная часть трубы заполняется паром. Это вызывает резкое повышение температуры стенки трубы, так как величина коэффици­ента теплоотдачи от стенки трубы к пару в несколько десятков раз меньше величины коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к кипящей воде.

Если при этом температура стенки трубы превысит допустимую по условиям прочности металла, труба может разорваться.

Свободный уровень воды может образоваться в слабо обогре­ваемых трубах, выведенных в паровое пространство барабана, при параллель­ной работе их с сильно обогреваемыми трубами. В этом случае может возникнуть такой режим, при котором вся циркулирующая вода начнет поступать только в сильно обогреваемые трубы. В результате в слабо обо­греваемых трубах появится свободный уровень воды, так как высота столба воды в них, уравновешивающая высоту столба более легкой пароводяной смеси в сильно обогреваемых трубах, станет меньше высоты трубы. Отрезок трубы над свободным уровнем окажется заполненным паром; охлаждение этой части трубы из-за малой теплоотдачи от внутренней ее поверхности к пару прекратится, и труба может постепенно нагреться до опасной тем­пературы и разорваться.

Расслоение потока может возникнуть при движении парово­дяной смеси с небольшой скоростью в горизонтальных и слабонаклонных трубах: по нижней части трубы начинает двигаться вода, а по верхней - пар. В результате такого расслоения отвод тепла от верхней части трубы уменьшается, что может привести к чрезмерному повышению температуры металла и разрыву трубы.

Так как нарушение интенсивного охлаждения кипятильных труб, на­ступающее при опрокидывании циркуляции, образовании свободного уров­ня в трубах и расслоении пароводяной смеси, может привести к аварийному выходу котла из работы, то при проектировании циркуляционных схем паровых котлов уделяют большое внимание исключению возможности возникновения этих ненадежных режимов работы.

При проектировании топочных экранов стремятся по возможности вы­ровнять тепловосприятие всех труб каждого контура. Для этого, в част­ности, прибегают к секционированию экранов, при котором трубы, покры­вающие каждую стену топки, разделяют на секции по ширине стены с самостоятельными подводом воды и отводом пароводяной смеси. Стре­мятся также повысить кратность циркуляции в экранных контурах, что достигается по возможности предельным уменьшением сопротивления опускных и пароотводящих труб путем увеличения их сечения и выпол­нения пароотводящих труб минимальной длины при увеличении высоты экранов.

Испарительные системы котлов с многократной принудительной циркуляцией выполняют различно. Их основной особенностью является исполь­зование труб небольшого диаметра: 42-32 мм, а иногда и менее. Циркуля­ция в этих котлах происходит под действием внешних сил, что достигается установкой насосов. При этом, однако, действие гравитационных сил сох­раняется, но оно перестает быть решающим. Кратность циркуляции в котлах с многократной принудительной цир­куляцией составляет 5-10.

Основной особенностью работы котлов с многократной принудительной циркуляцией является неравномерное распределение воды по параллельно включенным трубам контура, которое проявляется значительно сильнее, чем в котлах с естественной циркуляцией. Это объясняется тем, что в кон­турах котельных агрегатов с принудительной циркуляцией гидродинамиче­ское сопротивление труб оказывается значительно большим, чем в контурах с естественной циркуляцией.

Указанная неравномерность распределения воды приводит к значительной неравномерности - разбегу величин энтальпии пароводяной смеси на выходе из различных труб контура, что может повлечь за собой перегрев металла тех труб, в которые поступает мало воды, и как следствие к их разрушению. Такую неравномерность устраняют установкой в трубах дросселирующих шайб.

В прямоточных котлах движение воды и пароводяной смеси определя­ется теми же уравнениями и носит тот же характер, что и в котлах с много­кратной принудительной циркуляцией, с той, однако, разницей, что вода и пароводяная смесь проходят через испарительную систему однократно.

Сепарирующие устройства барабанных паровых котлов предназнача­ются для отделения от насыщенного пара, образовавшегося в котле, содер­жащихся в нем капель воды. В этих каплях в растворенном состоянии на­ходится соответствующее количество тех примесей, которые содержатся в котловой воде; таким образом, с этими каплями пар, выходящий из ба­рабана котла, выносит некоторое количество минеральных примесей.

После испарения капель воды, в пароперегревателе вынесенные соли отлагаются на внутренней поверхности змеевиков, вследствие чего ухудша­ются условия теплообмена и возникает нежелательное повышение темпера­туры трубок пароперегревателя. Соли могут также отложиться в армату­ре паропроводов, приводя к нарушению ее плотности и в проточной части паровой турбины, приводя к снижению экономичности ее работы и созда­вая вибрацию.

Капли воды образуются при прохождении пара через поверхность воды в барабане (зеркало испарения). Проходя через воду, пар разрывает ее поверхностный слой, в результате чего образуются капли, ко­торые выбрасываются в паровое пространство барабана, причем мелкие капли уносятся паром. Унесенную влагу разделяют на грубодисперсную (сепарируемую), которую можно сравнительно легко отделить от пара ме­ханическими средствами, и мелкодисперсную (несепарируемую), которую механическими средствами отделить от пара не удается.

Влажный пар характеризуется влажностью его и солесодержанием. Влажностью насыщенного пара называют отношение массы содер­жащейся в нем влаги к общей массе влажного пара, выраженное в процен­тах.

С п = W C к.в. /100, мг/кг

где W - средняя влажность насыщенного пара, %

Влажность пара, выходящего из барабана котла, увеличивается с по­вышением паронапряжения зеркала испарения, т. е. с возрастанием отношения часового количества пара, произведенного кот­лом (м 3 /ч), к площади зеркала испарения (м 2), с повышением паронапря­жения парового объема котла, т. е. с повышением отношения часового количества пара, произведенного котлом (м 3 /ч), к объему парового пространства барабана (м 3), и с подъемом уровня воды в барабане.

Осложнения, вызываемые уносом котловой воды, требуют снижения влажности и солесодержания пара, выходящего из барабана котла. В прин­ципе это может быть достигнуто уменьшением рабочего паронапряжения зеркала испарения и парового объема барабана. Однако для котла данной производительности уменьшение этих параметров связано с увеличением размеров барабана котла и, следовательно, удорожанием его; поэтому та­кой способ снижения влажности пара не является целесообразным.

Снижения влажности пара достигают рациональной организацией ввода пароводяной смеси в барабан, обеспечением равномерного распреде­ления пара в паровом пространстве барабана, а также установкой специаль­ных устройств - сепараторов, предназначенных для отделения ка­пель котловой воды от пара. В сепараторах используют различные механи­ческие эффекты, как-то гравитацию, инерцию, пленочный эффект и др.

Гравитационная сепарация осуществляется, естественно, в процессе движения пара в барабане котла вверх, к выходу из него. Для выравнивания скорости подъема пара по барабану в его водяное простран­ство (рис. 17, а) погружают дырчатый лист 1. Для дополнительного вы­равнивания скорости подъема пара в барабане ставят пароприемный дыр­чатый лист 2, что также улучшает гравитационную сепарацию.

Инерционная сепарация (рис. 17, б и в) осуществляется соз­данием резких поворотов потока пароводяной смеси, поступающей в бара­бан котла из экранных или кипятильных труб, путем установки отбойных щитков 3. В результате вода из пароводяной смеси как более плотная (инертная) выпадает из потока, а пар как менее плотный (инертный) поднимает­ся к выходу их барабана. Сепарация может быть улучшена установкой на пути пара жалюзийной решетки 4, в которой пар претерпевает дополни­тельные изменения направления движения, в результате чего (также под воздействием силы инерции) происходит дополнительное отделение ка­пель воды от пара.

Рис. 17. Схемы сепарационных устройств.

а - погружной дырчатый лист; б-отбойные и распределительные щитки; в - жалюзийный сепаратор; г - внутрибарабанный циклон; д - швеллерковый сепаратор.

На инерционном принципе построена и циклонная сепара­ция (рис. 17, г), осуществляемая подачей пароводяной смеси в центро­бежные циклоны 5, в которых вода отбрасывается к стенкам и затем стекает в водяное пространство барабана, а пар выходит через цент­ральную трубу циклона. Циклонная сепарация очень эффективна. Циклоны можно устанавливать в барабане либо выносить наружу.

Пленочная сепарация основана на том, что при ударе влажного пара о развитую твердую увлажненную поверхность мельчайшие частицы влаги, содержащейся в паре, прилипают к этой поверхности, образуя на ней сплошную водяную пленку. Влага в этой пленке дер­жится достаточно крепко и не отрывается струей пара, но вместе с тем при вертикальном или наклонном расположении стенки беспрепятственно и беспрерывно стекает. Эффект пленочной сепарации используется в швеллерковых сепараторах (рис. 17, д), в которых разви­тая твердая поверхность для образования пленки создается системой на­клонно расположенных и входящих один в другой швеллерков 6.

Применение сепарационных устройств позволяет снизить содержание влаги в паре до 0,1-0,15%.

При высоком давлении водяной пар приобретает свойство непосредствен­но растворять некоторые твердые примеси, содержащиеся в котловой воде, причем это свойство его резко усиливается с повышением давления. В частности, при давлении 70 aтм пар начинает растворять заметное количество кремниевой кислоты и хлористого натрия. При снижении давления эти примеси выделяются, образуя твердые отложения на металлических повер­хностях. В частности, кремниевая кислота начинает отлагаться в виде SiO2 на лопатках паровых турбин в области давлений ниже 20 aтм, нарушая нор­мальную работу турбины.

Таким образом, при высоком давлении загрязненность пара, произво­димого котлом, начинает определяться не только величиной механического уноса капель котловой воды, но и растворимостью в паре содержащихся в воде нелетучих соединений. В результате в котлах высокого давления ме­ханическая сепарация не может обеспечить надлежащее качество пара.

Поскольку при данной влажности солесодержание пара изменяется пропорционально солесодержанию котловой воды, содержание солей в паре можно снизить уменьшением содержания солей в котловой воде. Это, одна­ко, нецелесообразно, так как требует усиленной продувки котла. В связи с этим для котлов высокого давления применяют схему уменьшения солесодержания пара промывкой его питательной водой. Пар после пред­варительной сепарации из него капель котловой воды направляют в про­мывочное устройство, в котором он проходит (барботирует) через слой пи­тательной воды. Солесодержание питательной воды обычно в несколько десятков раз меньше солесодержания котловой воды, поэтому в результате такой промывки солесодержание пара резко снижается, поскольку соли его растворяются в промывочном воде.

Пароперегреватели

Пароперегреватель, обычно отсутствующий в промышленных котель­ных агрегатах либо служащий только для небольшого перегрева пара, в энергетических котельных агрегатах становится особенно важной поверх­ностью нагрева. Это обусловлено тем, что с повышением давления и темпе­ратуры пара относительная доля тепла, расходуемого на перегрев, заметно возрастает, поскольку с ростом температуры перегретого пара его энталь­пия увеличивается, а с повышением давления насыщенного пара она умень­шается.

Различают пароперегреватели конвективные и комбинированные.

Конвективный пароперегреватель размещают в газоходе котельного агрегата, обычно сразу же за топкой, отделяя его от топки двумя-тремя

Рис. 18-1. Пароперегреватель котельного агрегата типа ДКВР.

рядами кипятильных труб в вертикально-водотрубных кот­лах или небольшим фестоном, образованным трубами заднего экрана, в котельных агрегатах экран­ного типа. Комбини­рованный паропере­греватель состоит из кон­вективной части, разме­щаемой там же, где и конвективный паропере­греватель, а также радиационной и полурадиацион­ной частей, размещаемых в топке.

Конвективный паро­перегреватель устанавли­вают в котельных агрега­тах низкого, среднего и - в отдельных случаях, вы­сокого давления, когда температура перегретого пара не превышает 440- 510° С. В котельных агре­гатах высокого и закритического давления, когда возникает необходимость очень высокого перегрева пара, устанавливают паро­перегреватели комбиниро­ванного типа.

В мощных котельных агрегатах высокого и закритического давления различают также первич­ный и промежуточный па­роперегреватели. В пер­вичном пароперегрева­теле осуществляют пер­вичный перегрев произ­веденного котлом пара перед подачей его в турби­ну. В промежуточ­ном пароперегревателе повторно перегревают пар, после того как он прохо­дит часть высокого давления турбины, до температуры, близкой к на­чальной.

Изготовляют пароперегреватели из стальных труб наружным диа­метром от 28 до 42 мм, изгибаемых в змеевики большей частью с вертикаль­ным расположением их. Скорость пара в трубах пароперегревателя выби­рают, исходя из условия обеспечения надежности температурного режима труб, руководствуясь значениями массовой скорости для первичных пароперегревателей 500-1 200 кг/м 2 ч. При выборе скорости движения пара учитывают, что гидравлическое сопротивление пароперегревателя не должно превышать 10% рабочего давления пара. Большинство паро­перегревателей имеет специальное устройство для регулирования темпе­ратуры пара.

Конвективный пароперегреватель котла ДКВР (рис. 18-1) изготовля­ется из стальных цельнотянутых труб 3 диаметром 32 x 3 мм. Входные концы труб пароперегревателя развальцованы в верхнем барабане 1 котла, выходные приварены к камере перегретого пара 2, которая у котлов давле­нием 14 и 24 атм. выполнена из трубы диаметром 133 X 5 мм, а у котлов давлением 40 amм - из трубы диаметром 133 X 16 мм. Для возможности выноса пароперегревателя при ремонте через левую боковую стену котла змеевики имеют чередующийся шаг: 90 и 60 мм, а крайние трубы кипятиль­ного пучка в области пароперегревателя расположены с шагом 150 мм.

Узел А

Рис. 18-2. Конвективный пароперегреватель котельного агрегата экранного

типа, а-общий вид; б-детали крепления.

Пароперегреватели унифицированы по профилю для котлов на давле­ния 14 и 24 amм и для котлов на давление 40 amм; кроме того, они унифициро­ваны для всех котлов по диаметру труб и камер. В котлах различной паропроизводительности пароперегреватели различаются числом параллельно включенных змеевиков. Число петель в змеевике изменяется от одной при перегреве пара до 250° С до пяти при перегреве пара до 440° С. Паропере­греватели котлов на давление 14 и 24 amм выполняют одноходовыми, на давление 40 атм - двухходовыми.

Конвективный пароперегреватель котельных агрегатов экранного типа обычно выполняют из двух последовательно расположенных групп змееви­ков. На рис. 18-2 показан пароперегреватель экранного котельного агрега­та с естественной циркуляцией. Насыщенный пар из барабанакотла поступает в камеру 2, из которой он проходит в систему змеевиков 6 второй по ходу газов ступени паропере­гревателя. В этой ступени пар движется навстречу потоку дымовых газов, т. е. здесь осуществляется противоточное движение теплоносителей, кото­рое характеризуется большим значением величины усредненного перепада температур, что повышает эффективность использования поверхности на­грева для передачи заданного количества тепла.

Пройдя вторую ступень пароперегревателя, частично перегретый пар поступает в ее выходную камеру 4, служащую промежуточной камерой. От­сюда пар через систему перепускных труб передается во вторую промежуточ­ную камеру 5, которая вместе с тем является входной камерой в первую по ходу газов ступень пароперегревателя 1 . Трубки этой ступени собирают так,

Рис. 18-3. Конвективно-радиационный пароперегреватель котла экранного типа.

чтобы обеспечить движение пара по смешанной прямоточно-противоточной схеме, облегчающей условия работы первых по ходу газов рядов пароперегревательных трубок, так как в них поступает пар относительно низ­кой температуры. Пройдя первую ступень пароперегревателя, окончатель­но перегретый пар направляется в камеру перегретого пара 3, а из нее - в главный паропровод.

Коэффициент теплопередачи в пароперегревателе зависит от рода сжигаемого топлива, главным образом от его влажности и содержания водорода. Поэтому для получения одинаковой температуры перегретого
пара в котельных агрегатах, предназначенных для работы на различных
видах топлива, приходится в каждом случае устанавливать пароперегрева­тели с поверхностями нагрева различной величины. Для упрощения этой
задачи при изготовлении котельного агрегата на заводе поверхность нагре­ва первой по ходу газовой группы змеевиков пароперегревателя выполняют
одинаковый для всех выпускаемых котлов данного типа, а поверхность на­грева змеевиков второй группы изменяют в зависимости от характеристики
сжигаемого топлива. При этом положение камер и подвесок и конструкция
потолка остаются неизменными.

Комбинированный пароперегреватель котельного агрегата высокого давления, состоящий из конвективной, радиационной и полурадиационной частей, схематически показан на рис. 18-3. Пар из барабана 1 поступает в радиационную часть 2, размещенную на потолке топочной камеры, затем в полурадиационную часть 3, выполненную в виде ширмового пароперегре­вателя, размещенного на выходе из топки, и далее по потолочным трубам 4 - в первую ступень конвективного пароперегревателя 5. Пройдя эту ступень, пар через пароохладитель 6 и вторую ступень конвективного паро­перегревателя 7 выходит в сборный коллектор (камеру) перегретого пара.

Радиационная часть пароперегревателя характерна тем, что она, так же как и топочные экраны, воспринимает тепло путем излучения от факела. Ее размещают не только на потолке топочной камеры, но и на стенах ее, часто между трубами экрана. Полурадиационные ширмовые пароперегреватели выполняют в виде отдельных плоских ширм из параллель­но включенных труб. Эти ширмы размещают параллельно на расстоянии 500 - 2000мм на выходе из топки перед фестоном. Тепло ширмовый паропе­регреватель воспринимает как конвекцией от дымовых газов, омывающих его трубы, так и излучением слоя этих газов, проходящих между отдельными ширмами.

Гидродинамика пароперегревателя характеризуется неравномерностью распределения и перегрева пара по параллельно включенным трубам. Концентрированный ввод пара во входной коллектор приводит к тому, что пар распределяется по отдельным многочисленным параллельно включен­ным трубам пароперегревателя неравномерно. В результате в тех трубах, в которые поступает мало пара, температура его на выходе из трубы полу­чается более высокой, чем пара на выходе из тех труб, в которые поступает много пара. Это явление дополнительно осложняется еще тем, что по ширине газохода трубы пароперегревателя обогреваются дымовыми газами нерав­номерно; в средней части газохода трубы получают больше тепла, чем по его краям.

Отношение максимального приращения энтальпии пара в отдельной трубе пароперегревателя ∆i тр к среднему для всего пароперегревателя ∆i пп равное:

ρ =∆i тр /∆i пп

называют тепловой разверкой труб пароперегревателя.

Для современных котельных агрегатов с давлением 40 am и выше теп­ловая разверка труб пароперегревателя чревата опасными последствиями: стенки тех труб, через которые проходит мало пара, могут нагреться до температуры, превышающей допустимую для данной марки стали, что мо­жет привести к повреждению трубы.

Тепловую разверку труб пароперегревателя можно уменьшить различ­ными способами: рассредоточенным вводом пара во входные коллекторы; разделением пароперегревателя на две-три последовательно включенные ступени со смещением пара между этими ступенями; разделением паропере­гревателя на две-три параллельные части по ширине котельного агрегата с передачей пара из одной части в другую.

Регулирование температуры перегретого пара в энергетических котель­ных агрегатах необходимо для обеспечения надежной и беспе­ребойной работы не только котельных агрегатов, но и паровых турбин. При изменении режима работы котельного агрегата температура перегре­того пара, выходящего из пароперегревателя, может изменяться в широких пределах. Между тем в пароперегревателях, предназначенных для получе­ния перегретого пара высокой температуры (440-570° С), металл работает при температуре, близкой к предельной для стали выбранной марки. В результате даже незначительное повышение температуры перегретого пара но сравнению с расчетным может привести к недопустимому по условиям прочности повышению температуры металла труб пароперегревателя и как следствие к выходу его из строя. По этой причине, а также для обеспечения нормальных условий работы турбины, которая тоже очень чувствительна к повышению температуры перегретого пара, в котельных агрегатах высокого давления особое значение приобретают вопросы регулирования температуры пара. Температура пара в рассматриваемых котлах регулируется в основ­ном тремя методами: охлаждением перегретого пара в поверхностном теплообменнике пароохладителя или впрыском воды; изменением тепловосприятия пароперегревателя рециркуляцией топочных газов из газохода конвективной шахты в нижнюю часть топочной камеры; изменением положения ядра факела по высоте топки при установке горелок в три-пять ярусов. Наиболее распространено регулирование температуры перегретого пара поверхностными пароохладителями, представля­ющими собой трубчатый теплообменник, который обычно размещают во входном 2 (на рис. 18-2) или промежуточном коллекторе пароперегрева­теля. Охлаждение пара достигается путем отвода от него тепла питатель­ной водой, часть которой пропускают по трубкам теплообменника. Из теп­лообменника питательная вода возвращается в питательную линию, так что тепло, отнятое от пара в пароохладителе, не теряется, а возвращается в котел. Изменяя количество воды, подаваемое в пароохла­дитель, можно изменить количество отнятого от пара тепла и тем самым отрегулировать температуру пара. Обычно через пароохладитель пропуска­ют 30-60% общего расхода питательной воды.

Водяные экономайзеры

Водяной экономайзер в современном котельном агрегате воспринимает 12-18% общего количества полученного им тепла.

Водяные экономайзеры выполняют двух типов: чугунные из ребрис­тых труб и стальные гладкотрубные. Чугунные ребристые во­дяные экономайзеры устанавливают в котлах небольшой паропроизводительности давлением до 24 amм. Стальные гладкотрубные экономайзеры можно устанавливать в котельных агрегатах любой произ­водительности и давления, но преимущественно они получили распростра­нение для котельных агрегатов средней и большой паропроизводительности при давлении 40 атм и выше.

Чугунный ребристый водяной экономайзер (рис. 19-1) представляет со­бой систему ребристых труб 1, которые собраны в колонну, состоящую из нескольких горизонтальных рядов. Число труб в горизонтальном ряду определяется из условия получения требуемой скорости движения про­дуктов сгорания (6-9 м/сек при номинальной нагрузке), а число горизон­тальных рядов - из условия получения требуемой поверхности нагрева экономайзера.

На концах экономайзерных труб имеются квадратные приливы - фланцы 2 несколько большего размера, чем ребра на трубе. Эти фланцы после сборки экономайзера образуют две сплошные металлические стенки. Газоход экономайзера отделяется от окружающей среды с двух сторон этими стенками, а с двух других сторон - кирпичной обмуровкой или обшив­кой 6. Экономайзерные трубы соединяются чугунными деталями - кала­чами 3 и 4, присоединяемыми к трубам на фланцах.

Вода из питательной линии подается в одну из крайних нижних труб экономайзера, а затем последовательно проходит через эти калачи по всем трубам, после чего поступает в котел. Применением описанной схемы дви­жения воды достигается скорость ее, обеспечивающая смывание со стенок труб пузырьков воздуха, которые выделяются из воды при иагреве ее и мо­гут послужить причиной разъедания металла труб. Движение воды сверху вниз не допускается во избежание возникновения гидравлических ударов.

Температура воды при входе в экономайзер должна превышать темпе­ратуру точки росы дымовых газов не менее чем на 10° С, чтобы исключить возможность конденсации водяных паров, входящих в состав дымовых газов, и осаждения влаги на трубах экономайзера. Конечная температура воды, подогретой в чугунном водяном экономайзере, при установке его к котлам с непрерывным питанием, а также к котлам с малым объемом воды в барабане при установке автоматических регуляторов питания, должна быть ниже температуры насыщения при данном давлении не менее чем на 20° С, чтобы исключить парообразование в экономайзере и гидравлические удары. Выхов Коды

Рис. J9-1. Чугунный ребристый одноходовой водяной экономайзер

а - общий вид (трубы условно показаны без ребер);

Ход газов

б -детали экономайзера; в и г -схемы включения.

Во всех остальных случаях конечная температура воды должна быть ниже температуры насыщения при данном давлении не менее чем на 40 Э С.

Дымовые газы в водяном экономайзере целесообразно направлять сверху вниз, так как при этом создается противоток, и улучшаются условия теплообмена, в результате чего снижается температура дымовых газов за водяным экономайзером. При установке водяного экономайзера за котлом типа ДКВР температура дымовых газов перед экономайзером составляет 280-300° С. Для очистки наружной поверхности труб экономайзера от золы и сажи их обдувают перегретым паром или сжатым воздухом при по­мощи специальных обдувочных устройств 5.

В России изготовляют чугунные ребристые экономайзеры ВТИ. Длина отдельной трубы составляет 2 000 мм для экономайзеров, устанавливаемых к котлам паропроизводительностью до 10 т/ч, и 3 000 мм для экономай­зеров, устанавливаемых к котлам большей паропроизводителыюсти; диаметр трубы в свету 50 мм, а поверхность нагрева ее соответственно 2,95 и 4,49 м 2 . Эти экономайзеры можно устанавливать к котлам с рабочим давлением до 24 amм. Расчетное давление экономайзеров 30 amм.

Допускается размещать в горизонтальном ряду от 4 до 18 труб. Число горизонтальных рядов труб по условиям обеспечения эффективной обдувки принимают не больше восьми. При большем числе горизонтальных рядов труб экономайзер разделяют на соответствующее число последовательно расположенных по высоте отдельных групп, между которыми оставляют разрывы для размещения обдувочных труб.

Рис. 19-2. Стальной гладкотрубный водяной экономайзер котельного агрегата

экранного типа.

Заводы поставляют чугунные экономайзеры отдельными деталями со сборкой на месте монтажа либо в виде блоков из труб длиной 2 000 мм в облегченной обмуровке с металлической обшивкой. Блоки выпускают двух типов - одноколонковые и двухколонковые. Первые устанавливают к котлам ДКВР паропроизводительностью от 2,5 до 10 т/ч включительно, вторые - к котлам ДКВР паропроизводительностью от 4 до 20 т/ч включительно.

Обычно водяной экономайзер присоединяют к котлу непосредственно трубопроводом без запорной арматуры (но с обратным клапаном). Однако такое присоединение (рис.19-1, в) имеет тот недостаток, что при растопке котла теряется довольно много питательной воды. Поскольку при растопке котел не дает пара, воду, которую пропускают через водяной экономайзер для его охлаждения и которая затем проходит в котел, приходится удалять, спуская ее через продувочную линию. Поэтому во многих случаях преду­сматривают особую «обгонную» линию, через которую воду, нагревшуюся в экономайзере при растопке котла, возвращают в питательный бак (рис. 19-1,г).

Гладкотрубный стальной водяной экономайзер (рис. 19-2) выполняют из стальных труб 3 наружным диаметром 28-38 мм, изогнутых в виде го­ризонтальных змеевиков и завальцованных или приваренных к сборным коллекторам. Питательная вода поступает в нижний коллектор экономайзера 1. Нагретая вода выходит из верхнего коллектора 2 и направляется в барабан котла по нескольким необогреваемым трубам, расположенным вне газохода, или большому числу труб, проходящих под потолком газохода. Водяные экономайзеры с большой поверхностью нагрева выполняют из отдельных пакетов высотой до 1,5 м.

Движение дымовых газов (сверху вниз) и воды (снизу вверх) в эконо­майзере происходит противоточно. Расположение труб в экономайзере обычно шахматное, но оно может быть и коридорным.

В котельных агрегатах экранного типа температура дымовых газов пе­ред экономайзером составляет приблизительно 600° С. Температура воды, поступающей в экономайзер котельных агрегатов среднего давления равна 145° С, а котельных агрегатов высокого давления 215-230° С. Температура воды, выходящей из экономайзера, близка к температуре кипения либо равна ей, причем в последнем случае часть воды, прошедшей экономайзер, может превратиться в пар. Таким образом, вода в экономайзере экранного котельного агрегата нагревается приблизительно на 90-105° С. Экономай­зеры, в которых в условиях нормальной работы котла температура нагре­ваемой воды на выходе из экономайзера не достигает температуры кипения, называют некипящими, а экономайзеры, в которых в тех же условиях вода нагревается до температуры кипения, причем часть воды испаряется, называют кипящими. Обычно в кипящем водяном экономайзере испаря­ется до 10-15% проходящей через него воды. Минимальную скорость ды­мовых газов в экономайзере при сжигании твердого топлива принимают не ниже 6 м/сек по условиям предотвращения заноса летучей золой. Верхний предел скорости по условиям эолового износа ограничивают 9-10 м/сек. Скорость воды в стальных некипящих экономайзерах или некипящей части кипящих экономайзеров принимают не меньше 0,3 м/сек при номинальной нагрузке котла. В кипящей части экономайзера во избежание перегрева металла труб при расслоении пароводяной смеси минимальную скорость воды принимают не менее 1 м/сек. При этом температура воды при входе в кипящую часть экономайзера должна быть не менее чем на 40° С ниже тем­пературы кипения воды при данном давлении.

Воздухоподогреватели

Воздухоподогреватель воспринимает приблизительно 7-15% тепла, полезно отданного в котельном агрегате.

Воздухоподогреватели делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативном воздухоподогревателе тепло дымовых газов передается воздуху в постоянном процессе через стенку, разделяющую по­токи воздуха и дымовых газов. В регенеративном воздухоподогре­вателе тепло передается металлической насадкой, которая периодически нагревается теплом горячих дымовых газов, а затем отдает аккумулированное тепло потоку холодного воздуха, который при этом нагревается.

Рекуперативный воздухоподогреватель современного котельного агре­гата (рис. 20-1 и 20-2) представляет собой систему параллельно располо­женных стальных тонкостенных труб 2, вваренных в плоские трубные доски. Трубы применяют сварные, наружным диаметром 25-51 мм, тол­щиной стенки 1,25-1,50 мм. Их размещают в шахматном порядке; расстоя­ние между наружной стороной соседних труб составляет 9-15мм. Дымовые газы проходят внутри труб; нагреваемый воздух омывает трубы снаружи в поперечном направлении. Скорость дымовых газов принимают равной 10-14 м/сек для предотвращения оседания золы на стенках труб; при такой скорости происходит самообдувка воздухоподогревателя. Скорость воздуха принимают приблизительно в 2 раза меньшей скорости дымовых газов.

Воздухоподогреватели с небольшой поверхностью нагрева, устанавли­ваемые к котлам типа ДКВР, выполняют одноходовыми и двухходовыми по газовой стороне; воздухоподогреватели с большой поверхностью нагрева, устанавливаемые в крупных котельных агрегатах, по газовой стороне вы­полняют только одноходовыми.

В двухходовой воздухоподогреватель, устанавливаемый к котлам типа ДКВР (рис. 20-1), дымовые газы входят сверху, проходят внутри трубдиаметром 40 x 1,5 мм в поворотную камеру 3 и затем по трубам 4 выходят из воздухоподогревателя вверх. Трубы вварены в трубные доски 1 . По воз­душной стороне воздухоподогреватель тоже двухходовой. Подогреваемый воздух движется горизонтально, омывая трубы 2 -4 снаружи. Движение воз­духа направляется обшивными листами 5, перегородкой 6 и перепускным коробом 7. Наружные поверхности воздухоподогревателя покрывают слоем тепловой изоляции толщиной 50 мм. Воздухоподогреватели выпол­няют четырех типоразмеров с поверхностью нагрева 85, 140, 233 и 300 м 2 для подогрева воздуха до 150-250° С. В одноходовых воздухоподогревателях (рис. 20-2) ввиду относительно большой длины труб 2 межтрубное пространство для обеспе­чения достаточной скорости воздуха разделяют промежуточными трубными досками 8 на два или несколько ходов. Воздух проходит последовательно перекрестным током из одного хода в другой по перепускным коробам 7. Трубную систему воздухоподогревателя отделяют от окружающей среды плотной листовой металлической обшивкой, которую, как и перепускные коробы, покрывают тепловой изоляцией. У котельных агрегатов экранного типа воздухоподогреватель обычно размещают па раме, связанной с каркасом котельного агрегата. Поверх­ность нагрева воздухоподогревателей для крупных котельных агрегатов получается очень большой. Поэтому для удобства транспорта и монтажа воздухоподогреватель выполняют из отдельных секций (кубов). Размеще­ние воздухоподогревателя в нисходящей шахте котельного агрегата обу­словливает противоточное движение газов (вниз) и воздуха (вверх). Это обеспечивает эффективное использование поверхности нагрева воздухо­подогревателя.

Рис. 20-1. Стальной гладкотрубный воздухоподогреватель для котлов малой произ­водительности.

Вход дымобых. газоб

Рис. 20-2. Элемент стального трубчатого воздухоподогревателя для котельного агре­гата большой паропроизводительности. Обозначения те же, что и на рис.20-1.

В зависимости от требуемой температуры подогрева воздуха, в зна­чительной мере определяемой влажностью сжигаемого топлива, в котель­ных агрегатах экранного типа воздухоподогреватель по отношению к водяному экономайзеру размещают двумя способами. Если не требуется подо­гревать воздух свыше 200-230 е С, воздухоподогреватель размещают после

Рис.20-3. Регенеративный воздухоподогреватель.

водяного экономайзера по ходу дымовых газов. При необходимости подо­грева воздуха до 360-400° С воздухоподогреватель размещают в рассечку с водяным экономайзером, т. е. в начале по ходу газов устанавливают первую часть экономайзера, затем верхнюю часть возду­хоподогревателя, под которой размещается вторая часть экономайзера, а еще ниже - нижняя часть воздухоподогревате­ля. При этом величину поверхностей нагрева верх­ней части экономайзера и верхней части воздухопо­догревателя обычно выпол­няют постоянной для всех котлов данного типа, а по­верхности нагрева их ниж­них частей меняют в зави­симости от характеристики подлежащего сжиганию топлива. При этом внеш­ние габариты низкотемпе­ратурной части котла со­храняют неизменными.

В некоторых случаях при установке чугунного водяного экономайзера воздухоподогреватель раз­мещают перед экономайзе­ром по ходу газов. Такое не совсем обычное разме­щение вы­звано стремлением исклю­чить возможность вскипа­ния воды в экономайзере, так как для чугунных экономайзеров это недопустимо. Кроме того, распо­ложение воздухоподогревателя перед водяным экономайзером дает возмож­ность получить более высокую температуру подогрева воздуха при сохра­нении относительно небольшой поверхности нагрева воздухоподогревателя. Основной трудностью, возникающей при эксплуатации стальных труб­чатых воздухоподогревателей, является коррозия нижней части их труб

Регенеративный воздухоподогреватель (рис. 20-3) представляет собой вертикальный цилиндрический барабан 2, заключенный в неподвижный цилиндрический корпус 3 и заполненный набивкой 4, выполненной из гоф­рированных стальных листов толщиной 0,5-1,25 мм. Вдоль оси барабана проходит вал 5, фиксированный в подшипниках 6 и приводимый во вращение от электродвигателя 8 небольшой мощности. Дымовые газы и воздух подводятся к корпусу 3 и отводятся от него коробами 1 , причем обыч­но дымовые газы проходят через один полуцилиндр корпуса 3 сверху вниз, а воздух - через другой полуцилиндр снизу вверх. Ротор 2 вращается со скоростью 2-5 об/мин, вследствие чего все элементы его набивки попере­менно нагреваются проходящими между ними дымовыми газами или охла­ждаются потоком воздуха, отдавая ему тепло, полученное от дымовых газов. Достоинства регенеративного подогревателя заключаются в его компакт­ности и малом весе. Недостатками являются более высокая по сравнению с трубчатым воздухоподогревателем трудоемкость изготовления, а также трудность создания надежных уплотнений 7, препятствующих перетеканию воздуха в газовую сторону воздухоподогревателя и дымовых газов помимо насадки. По этой причине присос воздуха в регенеративном воздухоподогре­вателе оказывается большим, чем в трубчатом.

В регенеративном воздухоподогревателе можно нагревать воздух до 200-250° С. Преимущественная область применения регенеративных возду­хоподогревателей - котельные агрегаты большой мощности, в частности, предназначенные для сжигания газа и мазута. К котлу устанавливают два или более воздухоподогревателя, включенных параллельно.

Каркас и обмуровка

Каркасом котельного агрегата называют металлическую конструкцию, которая поддерживает барабан, поверхности нагрева, обмуровку, лестницы и помосты, а также другие элементы котельного агрегата, передавая их вес на его фундамент. Вес каркаса составляет 20-25% веса всего металла котельного агрегата.

Рис. 20 Каркас котельного агрегата котельного типа

Каркас котельного агрега­та экранного типа (рис. 20) состоит из системы вертикаль­ных колонн 1, установленных на
фундамент. Для предотвраще­ния продольного изгиба колон­ны связаны системой горизон­тальных балок 2, ферм 3 и ди­агональных связей 4, причем
горизонтальные связи часто ис­пользуются также для восприя­тия веса некоторых элементов агрегата. Основную часть веса
котельного агрегата составля­ет вес барабана котла и под­вешенной к нему системы экранных труб. Поэтому ту часть каркаса, которая воспринимает вес барабана и трубной системы экранов, выполняют более мощ­ной и иногда усиливают дополнительными колоннами. Задняя часть каркаса воспринимает вес водяного экономайзера и воз­духоподогревателя.

Кроме напряжений, возникающих в результате восприятия веса эле­ментов котельного агрегата, в каркасе могут возникнуть дополнительные напряжения термического характера от нагрева каркаса теплом, проходя­щим через обмуровку котельного агрегата в окружающую среду. Для пре­дотвращения этих дополнительных напряжений колонны каркаса размеща­ют вне обмуровки с целью охлаждения их наружным воздухом.

Некоторые котлы небольшой паропроизводительности, как, например, котлы типа ДКВР, не имеют несущего каркаса; вес котла передается непосредственно на опорную раму. В этих котлах выполняют обвязоч­ный каркас, основное назначение которого заключается в дополнительном укреплении обмуровки.

Обмуровкой котельного агрегата называют систему огражде­ний, отделяющих его топочную камеру и газо­ходы от окружающей среды. Обмуровка имеет назначение надлежащим образом направить движение потока дымовых газов в пределах котельного агрегата, свести к минимуму потери тепла в окружающую среду и предот­вратить присос холодного воздуха в газоходы агрегата или выбивание дымо­вых газов наружу. Поэтому обмуровка должна противостоять тепловому и химическому воздействию горячих дымовых газов, а также быть нетеплопроводной и плотной.

Для газоходов, в которых температура внутренней стороны обмуровки не превышает 600° С, применяют красный кирпич. В газоходах, в которых указанная температура превышает 600° С, внутреннюю часть обмуровки вы­полняют из огнеупорного кирпича.

Различают обмуровку вертикальных стен, потолочных перекрытий, золовых воронок и пода.

Обмуровку вертикальных стен выполняют: массивной, свободностоящей; облегченной, накаркасной; щитовой и натрубной (рис. 20-1).

Массивную свободностоящую обмуровку выполняют в ко­тельных агрегатах паропроизводительностыо до 50-75 т/ч. Обычно для вы­полнения обмуровки применяют красный кирпич стандартного размера (250 х 120 х 65 мм), а также огнеупорный кирпич большого (250 х 123 х 65 мм) и малого (230 х 113 х 65 мм) размеров. Обмуровку выполняют толщиной не менее чем в два кирпича, обычно свободно стоящей на специаль­ной раме. При температуре внутренней поверхности обмуровки, превышающей 600° С, внутреннюю часть кладки-футеровку выпол­няют из огнеупорного кирпича, обычно толщиной в один кирпич. Наружную часть кладки выполняют из красного кирпича, и при отсутствии наружной металлической обшивки ее называют облицовкой. Каждый вид кирпича обмуровки располагают в самостоятельном ряду, но для предохра­нения обмуровки от расслоения и выпучивания футеровки внутрь газохо­да огнеупорную кладку через каждые 5-8 рядов перевязывают с кладкой из красного кирпича путем выпуска всего ряда огнеупорной кладки на пол­кирпича в кладку из красного кирпича.

При большой высоте обмуровки (4-5 м и более) кладку по высоте раз­деляют на отдельные ярусы сплошными на всю толщину обмуровки поясами из 5-10 рядов огнеупорного кирпича, которые воспринимают вес футеровки между поясами, разгружая ее по высоте. Размещая названные пояса

на расстоянии около 1,5 м друг от друга, можно не перевязывать кладку огнеупорного и красного кирпича.

Для ослабления напряжений, возникающих при тепловом расширении кладки, в горизонтальном направлении осуществляют так называемые темпе­ратурные швы ввиде зазоров 3-4 мм через каждые 12-20 кирпичей по ширине стенки во всех рядах кладки. Так как температурные швы обмуровки подвержены разъеданию, их обычно располагают в углах топки, в местах сопряжения стен. Топочный каркас при массивной обмуровке является обвязочным, а наружной металлической обшивки обмуровки обычно не выполняют. Это приводит к некоторой экономии металла.

Облегченную, накаркасную обмуровку вертикальных стен вы­полняют в котельных агрегатах паропроизводительностыо 50-75 т/ч и выше, так как вследствие большой высоты, доходящей до 15 м и больше, массивная, свободностоящая обмуровка ста­новится слишком тяжелой и неустойчивой. Облегченная обмуровка состо­ит из слоя нормального шамотного кирпича, укладываемого в полкирпича или в один кирпич, а также кирпича различных фасонов, образующих футеровку, слоя лег­ковесного теплоизолирующего кирпича или теплоизолирующих плит и наружной металли­ческой обшивки 1. Общая толщина обмуровки составляет 250-410 мм, более тонкая - на стенах, покрытых экранами. Для придания обмуровке необходимой устойчивости ее свя­зывают с каркасом котларазгрузоч­ными и притягивающими поя­сами.

Разгрузочные пояса разделяют обмуров­ку на горизонтальные ярусы высотой 3-6 м и служат для передачи на каркас веса обму­ровки каждого яруса. Их выполняют из фа­сонного шамотного кирпича, уложенного на скрепленные с каркасом стальные или чугун­ные кронштейны; тем самым каркасу пере­дается весь вес обмуровки, выложенной на фасонном кирпиче разгрузочного пояса, а об­муровка нижележащего яруса оказывается разгруженной от веса обмуровки вышележа­щего яруса. Под разгрузочным поясом вы­полняют горизонтальный температурный шов, что создает возможность свободного рас­ширения обмуровки в пределах каждого яру­са.

Притягивающие пояса выполняют через каждые 600-1 000 мм по высоте, с тем чтобы удержать обмуровку каждого яруса от выпу­чивания внутрь топки или газохода. Притя­гивающие пояса выполняют из фасонного ша­мотного кирпича, имеющего гнезда. В эти гнезда закладывают головки крюков, дру­гие концы которых охватывают горизонталь­ные трубы, связанные с каркасом; так как эти крюки имеют возможность вращаться вокруг трубы, они не препятствуют переме­щениям обмуровки вверх и вниз.

Щитовая обмуровка является вариантом облегченной накаркасной обмуровки. Ее выполняют в виде отдельных прямоугольных щитов из различных видов бетона с разме­рами стороны порядка 1,5 м, которые укрепляют на каркасе котла. Щит выполняется многослойным: первый слой, обращенный в газоход, выпол­няется из огнеупорного бетона, армированного стальной сеткой; затем идут два или три слоя термоизолирующих плит, покрытых снаружи газоплотной обмазкой .

Натрубная обмуровка крепится непосредственно к экранным или иным трубам и обычно состоит из слоя хромитовой или - реже - шамотной массы толщиной - 40 мм, наносимой непосредственно на трубы, слоя легковесного теплоизоляционного бетона толщиной - 50 мм армированного металлической сеткой, слоя теплоизоляционных плит тон же толщины, покрытых второй металлической сеткой, на которую наносит­ся слой уплотняющей штукатурки толщиной 15 - 20 мм, покрытой сверху газонепроницаемой обмазкой. Обмуровка закрепляется на трубах благо­даря схватыванию первого слоя с поверхностью труб, а также с помощью» привариваемых к трубам штырей, которые притягивают к экрану сетки. Обмуровка не имеет температурных швов, и потому к материалу ее предъяв­ляется требование не разрушаться при слабых деформациях. Небольшая толщина, а также легкость материалов, из которых изготовляют эту обму­ровку, приводят к тому, что натрубная обмуровка получается в 2-3 раза легче, чем накаркасная, и приблизительно в 1,5-2 раза дешевле. Хромитовая масса дороже шамотной, но она лучше схватывается. Поэтому ее упо­требляют при трубах с относительным шагом труб 1,2 и выше, а при трубах с меньшим шагом ее часто заменяют шамотной массой.

Современные топочные камеры и газоходы из-за большой ширины (до 10 м и более) невозможно перекрыть арочным сводом. Поэтому их перекрывают плоским подвесным сводом, который выполняют из фасонного шамотного кирпича различной формы, подвешивае­мого к горизонтальной конструкции, составляющей часть котельного каркаса. Различают индивидуальную подвеску, когда каж­дый кирпич подвешивают к каркасу, и групповую, когда кирпичи подвешивают рядами с использованием промежуточных чугунных балок. Индивидуальная подвеска более рациональна, чем групповая, так как при разрушении кирпича или подвески выпадает только один кирпич, а не весь ряд. Для топочных перекрытий применяют также шамотобетон.

Обмуровка потолочного перекрытия работает в более тяжелых условиях, чем обмуровка вертикальных стен. Поэтому потолочные перекрытия в об­ласти высокой температуры защищают со стороны топки или газохода экран­ными, пароперегревательными или экономайзерными трубами.

Основой конструкции обмуровки холодной воронки служит металли­ческий короб, который является обшивкой и одновременно поддерживает всю обмуровку. Последняя имеет толщину 200-300 мм и состоит из слоя изоляционного материала - диатомитового кирпича, покрытого слоем огнеупорного кирпича. Чтобы обмуровка не сползала, к обшивке приваривают упоры из полосового и углового железа. Кроме того, в огнеупорной кладке делают разгрузочный пояс и температурный шов. Приблизительно так же выполняют обмуровку пода топок для сжига­ния газа и мазута.

При проектировании обмуровки исходят из того, чтобы плотность теп­лового потока через нее не превышала 300 ккал/м 2 ч, атемпература наружной поверхности не превышала 50-55° С при температуре среды 25° С.

Тепловая изоляцияимеет назначение уменьшить тепловые потери в окружающую среду горячими обмурованными, а также необмурованными поверхностями, например наружными поверх­ностями водяных экономайзеров и воздухоподогревателей, металлических газоходов и воздуховодов, трубопроводов. Тепловую изоляцию выполняют из материалов, которые отличаются легкостью и низкой теплопроводностью.

Промывка пара питательной водой приводит также к тому, что содер­жание в промытом паре растворенных твердых веществ и, в частности, кремниевой кислоты уменьшается в десятки раз. При этом эффект промывки оказывается тем большим, чем больше количество промывающей питатель­ной воды. На промывку поступает вода, прошедшая водяной экономайзер; количество воды, подаваемой на промывку, составляет обычно 25-100% общего количества питательной воды.

Теплогенерирующие установки. Общие положения. Топливное хозяйство тепловых станций, работающих на органическом топливе.

Топливное хозяйство

Топливным хозяйством котельной называют систему механизмов и устройств, которые необходимы для приема, перемещения, хранения и пер­вичной обработки поступающего топлива.

При твердом и жидком топливе осуществляют операции: приема по­ступающего топлива; доставки его от места приема к котельным агрегатам или на склад, а также со склада к этим агрегатам; обеспечения нормальных условий хранения запаса топлива, который всегда должен быть при котель­ной во избежание перебоев в работе из-за возможных задержек доставки топлива; первичной обработки топлива; учета прибывающего и расходуе­мого топлива. При газообразном топливе хранения газа при котельной не предусматривают и функции топливного хозяйства сводятся к приему газа, подаче его к котельным агрегатам и учету расхода его.

Топливное хозяйство котельной, работающей на твердом топливе

Топливное хозяйство котельной, работающей на твердом топливе, представляет собой систему механизмов, схема работы и компоновка кото­рых определяются количеством сжигаемого топлива, видом его (уголь, торф, горючие сланцы), способом доставки, особенностями выбранных меха­низмов. Необходимость разгружать, перегружать и погружать большое количество топлива требует полной механизации всех этих операций, так как они очень трудоемки и ручное выполнение их требует большого числа рабочих и значительной затраты денежных средств. Этот принцип является основным при проектировании и эксплуатации топливного хозяйства ко­тельной.

Обычно твердое топливо доставляют к котельной по железнодорожной колее принятой ширины 1 525 мм. Однако при подаче торфа в не­большие котельные, расположенные неподалеку от места добычи его, поль­зуются узкоколейными железными дорогами с шириной колеи от 750 до 1 000 мм. |Топливо наиболее рационально доставлять в саморазгружающихся вагонах, так как при этом устраняется необходимость в ручной разгрузке.

В небольших котельных топливо часто доставляют автомобильным транспортом.

Большие трудности в эксплуатации создает смерзание влажных углей, происходящее при перевозке их в железнодорожных вагонах в зимнее время. Смерзшийся уголь теряет свою сыпучесть, что создает затруднения при его разгрузке, вызывает дополнительные расходы на эту операцию, нарушает нормальную работу транспортных и перегрузочных механизмов. Для устра­нения смерзания топлива при перевозке рекомендуется обмасливать топливо тяжелыми маслами, а также смешивать влажный уголь с сухим или с опилками.

Транспортирование твердого топлива в пределах территории котельной осуществляют конвейерами, по которым топливо перемещается непрерыв­ным потоком, и емкостными устройствами, в которых топливо перемещают отдельными порциями в особой таре. Конвейеры различают ленточные, пластинчатые, ков­шовые и др., однако в котельных почти исключительное распространение получили ленточные конвейе­ры благодаря их дешевизне и простоте, а также применимо­сти, как при малом, так и при большом расходе топлива. Ленточный конвейер состоит из бесконечной гибкой резиновой ленты 2, охватывающей два концевых барабана. Верхняя- рабочая и нижняя - холо­стая ветви ленты поддержи­ваются рядом роликовых опор, выполняемых из роликов диаметром 100- 150 мм и устанавливаемых на рабочей ветви через 1-1,2, а на холостой через 2-3 м и более. Ширина ленты в зави­симости от производительно­сти конвейера может изме­няться в пределах 500- 2 000 мм. Верхнюю, рабочую, ветвь выполняют плоской ли­бо желобчатой. В последнем случае верхние роликовые опоры выполняют из трех роликов под углом 20° к горизонту. Производи­тельность конвейеров с желобчатой лентой при данной ширине ее в 2 раза выше производительности конвейеров с плоской лентой, но последние более просты, дешевы и могут подавать куски большого размера. Концевые барабаны оперты на подшипники, размещенные на концевых рамах, которые скрепляются со строительной конструкцией здания. Один из барабанов приводной и служит для привода в движение ленты. Он соединен с электродвигателем через редуктор. Другой барабан натяжной. Его подшипники могут перемещаться под действием особых натяжных болтов в раме 6 для создания постоянного по силе натяжения ленты при изменении ее длины в результате изменения температур

Полезная модель относится к теплообменной технике и может быть, в частности, использована в качестве конвективных поверхностей нагрева котлов. Предлагаемая конструкция поверхности нагрева имеет уменьшенные по сравнению с прототипом шаги между трубами шахматного конвективного пучка в направлении поперечном движению газов. Схема соединения U-образных труб каждого флажка с коллектором позволяет при тех же габаритах конвективного пакета увеличить общую поверхность нагрева, а также увеличить скорость газов в конвективной поверхности нагрева, повысив, таким образом, интенсивность теплообмена. Конвективная поверхность нагрева содержит шахматный конвективный пучок, образованный флажками 1, выполненными из U-образных труб 2, подключенных к вертикальным коллекторам 3. U-образные трубы 2 каждого флажка 1 соединяются с вертикальным коллектором 3 так, что центры их отверстий располагаются на двух осях, параллельных оси вертикального коллектора 3. Места присоединения входных концов U-образных труб 2 каждого флажка 1 последовательно перемежаются по осям, при этом входной и выходной концы каждой трубы 2 соединяются с коллектором 3 на разных осях. Таким образом, U-образные трубы 2 располагаются перекрестие, одна над другой, что позволяет уменьшить расстояние между центрами отверстий соединения труб 2 с коллектором 3 и, следовательно, шаги между трубами шахматного конвективного пучка в поперечном направлении.

Полезная модель относится к теплообменной технике и может быть, в частности, использована в качестве конвективных поверхностей нагрева котлов.

Известна конвективная поверхность нагрева по авт. свид. СССР №844917, содержащая шахматный конвективный пучок образованный установленными в вертикальных коллекторах встречно расположенными флажками, выполненными из U-образных труб. Трубы каждого флажка традиционно соединяются с вертикальными коллекторами так, что центры их отверстий располагаются на двух осях, параллельных оси коллектора, причем часть труб каждого флажка крепится по одной оси, часть - по другой. При этом шаг между трубами шахматного конвективного пучка в поперечном направлении не может быть меньше двух диаметров труб, что не позволяет уменьшить габаритные размеры конвективной поверхности нагрева.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в уменьшении шагов между трубами в поперечном движению газов направлении, что позволяет при тех же габаритах конвективного пакета увеличить общую поверхность нагрева, и, кроме того, увеличивает скорость проходящих газов, что увеличивает интенсивность теплообмена.

Указанный технический результат достигается тем, что в конвективной поверхности нагрева, содержащей шахматный конвективный пучок образованный установленными в вертикальных

коллекторах встречно расположенными флажками, выполненными из U-образных труб, в которой трубы каждого флажка соединяются с вертикальными коллекторами так, что центры их отверстий располагаются на двух осях, параллельных оси коллектора, в соответствии с предлагаемой полезной моделью, места присоединения входных концов U-образных труб каждого флажка последовательно перемежаются по осям, при этом входной и выходной концы каждой трубы соединяются с коллектором на разных осях.

Предлагаемые чертежи поясняют суть предложения. На фиг.1 представлен общий вид конвективной поверхности нагрева, на фиг.2 и 3 - то же соответственно в разрезе по А-А и по Б-Б.

Конвективная поверхность нагрева (фиг.1-3) содержит шахматный конвективный пучок, образованный флажками 1, выполненными из U-образных труб 2, подключенных к вертикальным коллекторам 3. U-образные трубы 2 каждого флажка 1 соединяются с вертикальным коллектором 3 так, что центры их отверстий располагаются на двух осях, параллельных оси вертикального коллектора 3. Места присоединения входных концов U-образных труб 2 каждого флажка 1 последовательно перемежаются по осям, при этом входной и выходной концы каждой трубы 2 соединяются с коллектором 3 на разных осях. Таким образом, U-образные трубы 2 располагаются перекрестие, одна над другой, что позволяет уменьшить расстояние между центрами отверстий соединения труб 2 с коллектором 3 и, следовательно, шаги между трубами шахматного конвективного пучка в поперечном направлении.

Работает устройство следующим образом.

Рабочая среда поступает в коллекторы 3 и раздается по U-образным трубам 2 флажков 1 конвективной поверхности нагрева.

Горячие газы поперечно омывают трубы 2, при этом за счет уменьшенного шага между трубами 2, обеспечившего более плотное расположение труб в шахматном конвективном пучке, скорость газов увеличивается. Нагретая рабочая среда попадает в коллекторы 3 и отводится из конвективной поверхности нагрева.

Предлагаемая конструкция поверхности нагрева имеет уменьшенные по сравнению с прототипом шаги между трубами шахматного конвективного пучка в направлении поперечном движению газов. Схема соединения U-образных труб каждого флажка с коллектором позволяет при тех же габаритах конвективного пакета увеличить общую поверхность нагрева, а также увеличить скорость газов в конвективной поверхности нагрева, повысив, таким образом, интенсивность теплообмена.

Формула полезной модели

Конвективная поверхность нагрева, содержащая шахматный конвективный пучок, образованный установленными в вертикальных коллекторах встречно расположенными флажками, выполненными из U-образных труб, причем трубы каждого флажка соединяются с вертикальными коллекторами так, что центры их отверстий располагаются на двух осях, параллельных оси коллектора, отличающаяся тем, что места присоединения входных концов U-образных труб каждого флажка последовательно перемежаются по осям, при этом входной и выходной концы каждой трубы соединяются с коллектором на разных осях.

Расчет конвективных пучков котла.

Конвективные поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания пару.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару -- конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс, называемый теплопередачей.

При расчете конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняется для 1 м3 газа при нормальных условиях.

Уравнение теплопередачи.

Уравнение теплового баланса

Qб=?(I"-I”+???I°прс);

В этих уравнениях К - коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева, Вт/(м2-К);

T - температурный напор, °С;

Bр - расчетный расход топлива, м3/с;

H - расчетная поверхность нагрева, м2;

Коэффициент сохранения теплоты, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения;

I",I" - энтальпии продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, кДж/м3;

I°прс - количество теплоты, вносимое присасываемым в газоход воздухом, кДж/м3.

В уравнении Qт=K?H??t/Bр коэффициент теплопередачи K является расчетной характеристикой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводности и теплового излучения. Из уравнения теплопередачи ясно, что количество теплоты, переданное через заданную поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и разность температур продуктов сгорания и нагреваемой жидкости. Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей теплоту среды. По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхности нагрева (водяной экономайзер) работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды. Поэтому чем дальше расположена конвективная поверхность нагрева от топочной камеры, тем большие размеры должна она иметь и тем больше металла расходуется на ее изготовление.

При выборе последовательности размещения конвективных поверхностей нагрева в котлоагрегате стремятся так расположить эти поверхности, чтобы разность температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей среды была наибольшей. Например, пароперегреватель располагают сразу после топки или фестона, поскольку температура пара выше температуры воды, а водяной экономайзер - после конвективной поверхности нагрева, потому что температура воды в водяном экономайзере ниже температуры кипения воды в паровом котле.

Уравнение теплового баланса Qб=?(I"-I”+???I°прс) показывает, какое количество теплоты отдают продукты сгорания пару через конвективную поверхность нагрева.

Количество теплоты Qб, отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой паром. Для расчета задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем уточняют ее путем последовательных приближений. В связи с этим расчет ведут для двух значений температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода.

1. определяем площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе Н =68.04м2 .

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания при поперечном омывании гладких труб F =0.348м2.

По конструктивным данным подсчитываем относительный поперечный шаг:

1= S1 /dнар=110/51=2.2;

относительный продольный шаг:

2 = S2 /d=90/51=1.8.

2. Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после рассчитанного газохода: =200°С =400°С;

3. Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания (кДж/м3),

Qб =??(-+ ??к?I°прс),

где? - коэффициент сохранения теплоты, определяется в пункте 3.2.5;

I" - энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, определяется по табл. 2 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности; =21810 кДж/м3 при =1200°С;

I" - энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, определяется по табл. 2 при двух предварительно принятых температурах после конвективной поверхности нагрева; =3500 кДж/м3 при =200°С;

6881 кДж/м3 при =400°С;

К - присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее;

I°прс - энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха tв= 30 °С определяется пункте 3.1.

Qб1 =0.98?(21810-3500+0.05?378.9)=17925 кДж/м3;

Qб2=0.98?(21810-6881+0.05?378.9)=14612 кДж/м3;

4. Вычисляем, расчетную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе (°С)

где и - температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее.

5. Определяется температурный напор (°С)

T1=-tк = 700-187.95=512°С;

T2 =-tк=800-187.95=612°С;

где tк - температура охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле, tн.п=187.95°С;

6. Подсчитываем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева (м/с)

где Вр - расчетный расход топлива, м3/с, (см. п. 3.2.4);

F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (см. п. 1.2), м2;

Vг - объем продуктов сгорания на 1кг твердого и жидкого топлива или на 1 м8 газа (из расчетной табл. 1 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха);

кп -средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С;

7. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании коридорных пучков:

К = ?н?сz ?сs ?сф;

где?н - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме при поперечном омывании коридорных пучков (рис. 6.1 лит 1); ?н.1=84Вт/м2К при?г.1 и dнар; ?н.2=90Вт/м2К при?г.2 и dнар;

сz - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется при поперечном омывании коридорных пучков; сz =1 при z1=10;

сs - поправка на компоновку пучка, определяется при поперечном омывании коридорных пучков; сs =1

сф - коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется при поперечном омывании коридорных пучков труб (рис. 6.1 лит 1);

cф1=1.05 при; сф2=1.02 при;

К1=84?1?1?1.05=88.2 Вт/м2К;

К2=90?1?1?1.02=91.8 Вт/м2К;

8. Вычисляем степень черноты газового потока по номограмме. При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину

kps=(kг?rп +kзл?µ)?p?s ,

где kг - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяется в п.4.2.6;

rп -- суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из табл. 1;

kзл - коэффициент ослабления лучей эоловыми частицами, kзл=0;

µ - концентрация золовых частиц, µ =0;

р - давление в газоходе, для котлоагрегатов без наддува принимается равным 0,1 МПа.

Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков (м):

s=0.9?d?()=0.9?51?10-3 ?(-1)=0.18;

9. Определяем коэффициент теплоотдачи?л, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/(м2К):

для незапыленного потока (при сжигании газообразного топлива) ?л = ?н??ф?сг, где?н - коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме (рис. 6.4 лит 1); ?ф - степень черноты;

сг - коэффициент, определяется.

Для определения?н и коэффициента сг вычисляется температура загрязненной стенки (°С)

где t - средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения при давлении в котле, t= tн.п=194°С;

T - при сжигании газа принимается равной 25 °С.

Tст=25+187=212;

Н1=90 Вт/(м2К) ?н2=110 Вт/(м2К) при Tст, и;

Л1=90?0.065?0.96=5,62 Вт/(м2К);

Л2=94?0.058?0.91=5,81 Вт/(м2К);

10. Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м2-К),

? = ??(?к + ?л),

где? - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного смывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимается? = 1.

1=1?(88.2+5.62)=93.82Вт/(м2-К);

2=1?(91.8+5.81)=97.61Вт/(м2-К);

11. Вычисляем коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К)

где? - коэффициент тепловой эффективности, (табл. 6.1 и 6.2 лит 1 в зависимости от вида сжигаемого топлива).

К1=0.85*93.82 Вт/(м2-К);

К2=0.85*97.61 Вт/(м2-К);

12. Определяем количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 м3 газа (кДж/м3)

Qт=K?H??t/(Bр?1000)

Температурный напор?t определяется для испарительной конвективной поверхности нагрева (°С)

T1==226°С; ?t2==595°С;

где tкип - температура насыщения при давлении в паровом котле;

Qт1==8636 кДж/м3;

Qт2==23654 кДж/м3;

13. По принятым двум значениям температуры и и полученным двум значениям Q6 и Qт производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строится зависимость Q = f(), показанная на рис. 3. Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания, которую следовало бы принять при расчете. ===310°С;

Рис3.

Таблица №7 Тепловой расчет котельных пучков

Рассчитываемая величина	Обозначение	Размерность	Формула и обоснование
Поверхность нагрева	Рассчитана по чертежу
Живое сечение для прохода газов	Рассчитана по чертежу
Поперечный шаг труб	Рассчитана по чертежу
Продольный шаг труб	Рассчитана по чертежу
	По I-t диаграмме
Энтальпия прод. сгор на выходе с КП	По I-t диаграмме
Энтальпия прод. сгор на входе в КП

Для обеспечения потребностей бурного роста промышленного и жилищного строительства в 60-е годы в ВТИ совместно с Оргэнергостроем (г. Москва) была разработана серия водотрубных водогрейных котлов типа ПТВМ тепловой мощностью от 34,9 до 209,4 МВт (30…180 Гкал/ч). Они были спроектированы для сжигания природного газа и мазута. Несмотря на выявленные в первые же годы эксплуатации недостатки, эти котлы получили широкое распространение, так как экономические условия того времени позволяли мириться с их низкой эксплуатационной надежностью и экономичностью.

Разработанные позже аналогичные котлы типа КВГМ, устранив ряд выявленных недостатков, сохранили основной из них – конструкцию конвективной поверхности нагрева. В эту конструкцию была заложена идея малой загрязняемости поверхности нагрева за счет эффекта самообдувки, вызванной малым диаметром труб (28 мм) и их плотной компоновкой (зазоры в свету между трубами составляют всего лишь 4 мм). Эта идея получила к тому времени подтверждение в лабораторных условиях и на практике при сжигании в энергетических котлах твердого топлива, особенно дающего на трубах поверхностей нагрева сыпучие отложения. На рассматриваемые водогрейные котлы она была распространена поспешно, без достаточного изучения характера золовых отложений мазута.

Практика показала, что при сжигании мазута предполагавшийся эффект самообдувки полностью отсутствует, а вместо него в низкотемпературной части конвективной поверхности нагрева часто наблюдается занос межтрубного пространства золовыми отложениями мазута. В высокотемпературной части поверхности примененная конструкция трубного пучка привела к другому существенному недостатку. Из-за высоких тепловых потоков, особенно внутри первых рядов труб по ходу продуктов сгорания, часто возникает пристенное кипение воды. Это приводит к интенсивному образованию внутренних отложений, уменьшению проходного сечения и протока воды в трубках. Результат известный – пережог труб. Чем хуже качество воды, тем интенсивнее идет этот процесс и меньше ресурс секций поверхности нагрева.

К настоящему времени общепризнано, что конвективная поверхность нагрева в водогрейных котлах ПТВМ и КВГМ является наиболее слабым звеном. Многие котлостроительные заводы, ряд проектных организаций и ремонтных предприятий имеют свои проекты ее модернизации. Наиболее совершенной следует признать разработку ОАО «Машиностроительный завод «ЗИО-Подольск». Разработчики подошли к решению проблемы комплексно. Кроме увеличения диаметра труб с 28 мм до 38 мм и их поперечного шага в два раза, традиционные гладкостенные трубы заменены на оребренные. Применено мембранное и поперечно-спиральное оребрение. По оценке разработчиков замена в котлах ПТВМ-100 старой конструкции на новую позволит получить экономию топлива до 2,4%, а самое главное – увеличить эксплуатационную надежность и ресурс работы конвективной поверхности в 3 раза.

Ниже приводятся результаты дальнейшего совершенствования конвективной поверхности, направленные на возможность отказа от мембранного оребрения в высокотемпературной части поверхности с целью уменьшения ее металлоемкости. Вместо мембран между трубами вварены короткие дистанционирующие вставки. Они образуют по длине секций три пояса жесткости и поэтому дистанционирующие стойки не требуются. Точно такие же короткие дистанционирующие вставки применены и в низкотемпературной части поверхности из труб с поперечным спиральным оребрением. Они заменили громозкие штампованные стойки. Ранжирование поперечного шага труб и соответственно секций между собой осуществляется гребенками в области поясов жесткости. Гребенки фиксируют только крайние ряды труб каждой секции. Внутри собранной из секций поверхности нагрева ранжирование труб по перечному шагу происходит за счет жесткой конструкции секций.

Вваренные между трубами змеевиков дистанционирующие вставки вместо традиционных стоек применяются более 20 лет. Результат положительный. Дистанционирующие вставки надежно охлаждаются и не вызывают деформации труб. Случаев возникновения на трубах свищей по причине применения вставок за всю многолетнюю практику не зафиксировано.

Отказ от мембранного оребрения труб в высокотемпературной части поверхности нагрева и возврат к гладкотрубной конструкции позволил уменьшить ее металлоемкость практически без изменения тепловосприятия. В первых проектах шаг между поперечно-спиральными ребрами в низкотемпературной части принят 6,5 мм, а в более поздних он сокращен до 5 мм. Практика показывает, что при сжигании в водогрейных котлах только природного газа этот шаг можно еще уменьшить и получить дополнительную экономию топлива.

Представленное здесь техническое решение защищено патентом на полезную модель. Проекты выполняются совместно сотрудниками НПФ «Градиент-С» СГТУ и ОП «Свердловэнергоремонт». Изготовление осуществляется на производственной базе ОП «Свердловэнергоремонт». В период с 2002 по 2010 годы модернизированные конвективные поверхности нагрева для котлов ПТВМ-100 внедрены на Гурзуфской районной котельной (г. Екатеринбург) – 4 котла; ТЭЦ Нижнетагильского металлургического комбината (г. Нижний Тагил) -3 котла; Свердловская ТЭЦ (ОАО «Уралмаш», г. Екатеринбург) – 2 котла; для ПТВМ-180: Саратовская ТЭЦ-5 (г. Саратов) – 2 котла; КВГМ-100 (Ростовская область) – 2 котла.

Замечания со стороны эксплуатации по вновь разработанным и установленным в водогрейных котлах поверхностям нагрева отсутствуют. Подтверждено значительное уменьшение гидравлических и аэродинамических сопротивлений. Котлы легко выходят на номинальную нагрузку и устойчиво работают в этом режиме. Примененные дистанционирующие вставки надежно охлаждаются. Деформаций труб и самих секций в модернизированных поверхностях нагрева не наблюдается. Температура уходящих газов при номинальной заводской теплопроизводительности снизилась на 15 о С у котлов с шагом между поперечно-спиральными ребрами 6,5 мм и на 18 о С у котлов с шагом между ребрами 5 мм.

Испарительные поверхности нагрева: конструкция, особенности теплообмена. Пароперегревательные поверхности нагрева: типы, конструкция, особенности теплообмена. Водяные экономайзеры: типы, конструкция, особенности теплообмена. Воздухоподогреватели: типы, конструкция, особенности теплообмена. Способы организации газовоздушного тракта котла.

Основные поверхности нагрева парового котла, назначение

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

Экраны котлов с естественной циркуляцией, работающих под разрежением в топке, выполняются из гладких труб с внутренним диаметром 40--80 мм. Экраны представляют собой ряд параллельно включенных вертикальных подъемных труб, соединенных между собой коллекторами. Зазор между трубами обычно составляет 4--6 мм. Размеры топки и величину поверхности экранов рассчитывают таким образом, чтобы на выходе из топки температура продуктов сгорания не превышала температуру размягчения золы, иначе зола будет прилипать к деталям котла, расположенным за топкой, и забьет («зашлакует») путь для прохода газа.

Пароперегреватели. Пароперегреватель предназначен для повышения температуры пара, поступающего из испарительной системы котла. Его трубы (диаметром 22--54 мм) могут располагаться на стенах или потолке топки и воспринимать теплоту излучением -- радиационный пароперегреватель либо в основном конвекцией -- конвективный пароперегреватель. В этом случае трубы пароперегревателя располагаются в горизонтальном газоходе или в начале конвективной шахты

Водяные экономайзеры, предназначенные для подогрева пита-тельной воды, обычно 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 составляют 2--2,5 диаметра трубы, а между рядами -- 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.

В экономайзере котлов высокого давления до 20 % воды может превращаться в пар.

Общее число параллельно работающих труб выбирается исходя из скорости воды не ниже 0,5--1 м/с. Эти скорости обусловлены необходимостью смывания со стенок труб пузырьков воздуха, спо-собствующих коррозии, и предотвращения расслоения пароводяной смеси, которое может привести к перегреву слабо охлаждаемой паром верхней стенки трубы и ее разрыву. Движение воды в экономайзере обязательно восходящее; в этом случае имеющийся в трубах после монтажа (ремонта) воздух легко вытесняется водой.

Число труб в пакете в горизонтальной плоскости выбирается исходя из скорости продуктов сгорания 6--9 м/с. Скорость эта определяется стремлением, с одной стороны, получить высокие коэффициенты теплоотдачи, а с другой -- не допустить чрезмерного эолового износа. Коэффициенты теплопередачи при этих условиях составляют обычно не-сколько десятков Вт/(м2-К). Для удобства ремонта и очистки труб от наружных загрязнений экономайзер разделяют на пакеты высотой 1 -- 1,5м с зазорами между ними до 800 мм.

Наружные загрязнения с поверхности змеевиков удаляются, например, путем периодического включения в работу системы дробеочистки, в которой поток металлической дроби пропускается (падает) сверху вниз через конвективные поверхности нагрева, сбивая налипшие на трубы отложения. Налипание золы может быть следствием выпадения рось! из дымовых газов на относительно холодной поверхности труб, особенно при сжигании сернистых топлив (пары H2SOs конденсируются при более высокой температуре, чем HsO). В теплоэнергетических установках питательная вода перед поступлением в котел обязательно подвергается регенеративному подогреву (см. §6.4), поэтому ни налипания золы, ни наружной коррозии (ржавления) труб вследствие выпадения росы в экономайзерах таких котлов не бывает.

Верхние ряды труб экономайзера при работе котла на твердом топливе даже при относительно невысоких скоростях газов подвержены заметному износу золой. Для его предотвращения на эти трубы крепятся различного рода защитные накладки (обычно сверху вдоль трубы приваривают уголок).

Воздухоподогреватели. Поскольку питательная вода перед эконо-майзером энергетических котлов имеет высокую температуру tn „ после регенеративного нагрева (при р= 10 МПа, например, tn B = 230 °С), глубоко охладить уходящие из котла газы с ее помощью нельзя. Для дальнейшего охлаждения газов после экономайзера ставят воздухо-подогреватель, в котором нагревают воздух, забираемый из атмосферы и идущий затем в топку на горение. При сжигании влажного угля нагретый воздух предварительно используется для его сушки в углеразмольном устройстве и транспортировки полученной пыли в горелку.

По принципу действия воздухоподогреватели разделяются на рекуперативные и регенеративные. Рекуперативные -- это, как правило, стальные трубчатые воздухоподогреватели (диаметр трубок 30--40мм). Схема такого подогревателя приведена на рис. 18.5. 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 9--13м/с, воздух между трубками-- вдвое медленнее. Это позволяет иметь примерно равные коэффициенты теплоотдачи с обеих сторон стенки трубы.

Температуру стенок труб воздухоподогревателя во избежание конденсации на них водяных паров из уходящих газов желательно поддерживать выше точки росы. Этого можно достичь предвари-тельным подогревом воздуха в паровом калорифере либо рециркуляцией части горячего воздуха.

Регенеративный воздухоподогреватель котла (рис. 18.6) представляет собой медленно вращающийся (3--5 об/мин) барабан (ротор) с набив-кой (насадкой) из гофрированных тонких стальных листов, заключенный 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.

Регенеративный воздухоподогреватель отличается компактностью (до 250 м2 поверхности нагрева 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 теплоты с уходящими газами.

Все описанные тепловоспринимаю-щие элементы котла (поверхности нагрева) являются типичными теплообменниками, и расчет их ведется по формулам, приведенным в гл. 14. Поверхность нагрева рассчитывается по уравнению теплопередачи

Особенность расчета котлов состоит в том, что его принято осуществлять для 1 кг твердого и жидкого и 1 м3 газообразного топлива. В этом случае Q -- теплота, отданная продуктами сгорания 1 кг (м3) топлива и равна разности энтальпий продуктов сгорания до (Н") и после (Н") рассматриваемой конвективной поверхности, т. е.

Под Вр понимается расчетный расход топлива, т. е. его количество, действительно сгоревшее в топке. Это же количество теплоты передается в данной поверхности рабочему телу (воде, пару, воздуху):

BpQ=D(hвых-hвх)

В этой формуле D -- расход рабочего тела; hвх и hвых -- энтальпии рабочего тела на входе в поверхность нагрева и выходе из нее, рассчитанные, как обычно, на 1 кг рабочего тела.

← Вернуться