Полная версия

Главная arrow Строительство arrow Газифицированные котельные агрегаты

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Водотрубные паровые котлы

Водотрубные котлы отличаются от других увеличенным теп-лосьемом с каждого квадратного метра поверхности нагрева и возможностью получения пара высокого давления и высокой степенью перегрева.

Составными частями водотрубного котла являются барабаны, коллекторы и трубы, называемые в зависимости от места расположения конвективными или экранными. Конвективными называют трубы, образующие поверхность нагрева котла, расположенную в газоходах и воспринимающую, в основном, теплоту от газов конвекцией.

Экранными называют трубы, образующие поверхность нагрева, расположенную в топочной камере и воспринимающую, в основном, теплоту, лучеиспусканием (радиацией) из топки.

Экранные поверхности нагрева могут быть односветными, расположенными по стенам топки и воспринимающими теплоту одной стороной, обращенной к излучающему факелу, и двухсветными, если экранные трубы размещаются внутри объема топочной камеры и воспринимают теплоту излучающего факела с двух сторон.

Коллекторы, служащие для объединения пучков экранных или кипятильных труб, представляют собой трубы большого диаметра, с отверстиями для приварки экранных или кипятильных труб.

Барабаны представляют собой сварные цилиндры большого диаметра с плотно закрывающимися люками по торцам для осмотра, ремонта и чистки.

Конструктивно водотрубные котлы в зависимости от расположения трубных пучков и способа их объединения в единую систему делят на горизонтально- и вертикально-водотрубные.

Трубные системы первого типа располагаются под небольшим углом к горизонтальной плоскости (10—15°) и собираются с помощью специальных камер, соединяющихся с горизонтально расположенными барабанами. Камеры в свою очередь могут состоять из отдельных секций. Поэтому горизонтально-водотрубные котльг иногда называют камерными или секционными. Примером такого котла может служить котел Шухова-Берлина (рис. 5.8). В данном котле барабан расположен поперечно, пучки труб расположены в шахматном порядке, число газоходов в обмуровке котла — четыре. Вода в котле циркулирует следующим образом. Из барабана по опускным трубам вода попадает в задние камеры, оттуда по кипятильным трубам поднимается в передние камеры, из которых по подъемным трубам — опять в барабан. Эксплуатация таких котлов выявила ряд существенных недостатков. В связи с малым наклоном кипятильных труб циркуляция котла оказалась неустойчивой, наблюдалось расслоение потока пара и воды в кипятильных трубах, что приводило к перегреву их верхних частей. В настоящее время в силу указанных причин котлы такой конструкции не находят практического применения.

Паровой котел системы Шухова-Берлина

Рис.5.8. Паровой котел системы Шухова-Берлина

/ — барабан; 2 — кипятильные трубы; 3 — обмуровка; 4 — сухопарник;

5 — камеры; 6 — пароперегреватель; 7 —грязевик

Вертикально-водотрубные котлы имеют вертикальное расположение трубной системы и являются бескамерными. Они имеют более надежную циркуляцию, чем горизонтально-водотрубные. К ним относятся широко распространенные котлы ДКВР и серии ДЕ.

В состав испарительных поверхностей нагрева водотрубного котла входят радиационные и конвективные поверхности нагрева.

В котлах с естественной циркуляцией низкого и среднего давления конвективные испарительные поверхности нагрева выполняют в виде нескольких рядов вертикально расположенных подъемных и опускных труб с внутренним диаметром 40— 60 мм, ввальцованных или приваренных к верхнему и нижнему барабанам или коллектору. Преимущественно применяют поперечное омьгвание труб потоком продуктов сгорания. Обычно высота труб конвективного пучка более 1,5 м и отношение площадей поперечного сечения подъемных и опускных труб не менее 3, чем достигается надежность естественной циркуляции в системе при всех условиях эксплуатации. Схемы конвективных испарительных поверхностей котлов низкого и среднего давления показаны на рис. 5.9.

Схемы конвективных испарительных поверхностей нагрева

Рис. 5.9. Схемы конвективных испарительных поверхностей нагрева

а — горизонтально-водотрубных котлов низкого давления; б и в — вертикально-водотрубных котлов низкого давления; г — энергетических котлов среднего давления

Основной испарительной поверхностью нагрева в современных котлах являются экраны, расположенные в топочной камере. Экраны представляют собой ряд панелей с параллельно включенными вертикальными подъемными трубами, соединенными между собой коллекторами. Часть труб может вводится непосредственно в барабаны. Отдельные секции экранов могут присоединяться к барабану через коллекторы и соединительные трубы. Подъемные трубы экранов выполняют без горизонтальных участков, с минимальным числом изгибов в местах расположения горелок, лазов и т.д. Опускные трубы, как правило, выносятся за пределы обмуровки котла. Для котлов низкого и среднего давления внутренний диаметр подъемных труб экранов равен 40—60 мм. Необходимое сечение опускных труб определяют расчетом циркуляции. В настоящее время широкое применение имеют газоплотные конструкции экранов с приваренными к трубам ребрами прямоугольного сечения, а также экранные панели, составленные из специальных плавниковых труб (рис. 5.10). Такая конструкция экранов обеспечивает их повышенное тепловосприятие, а также улучшает условия работы обмуровки котла.

Газоплотные панели

Рис. 5.10. Газоплотные панели

а — ребра прямоугольного сечения, привариваемые к трубам; б — плавниковые трубы

В котлах с естественной циркуляцией экраны располагают вертикально или под небольшим углом к вертикали.

При большой ширине экрана его секционируют для уменьшения неоднородности его гидравлического режима.

В прямоточных котлах принудительное движение пароводяной смеси позволяет располагать как экраны, так и конвективные поверхности нагрева любым удобным образом.

Пароперегреватели предназначены для перегрева насыщенного пара, поступающего из испарительной системы котла. Пароперегреватель является одним из основных теплоиспользующих элементов котла и работает в наиболее тяжелых условиях. С повышением параметров пара роль и значение пароперегревателя возрастают.

Металл поверхностей нагрева пароперегревателя имеет наибольшую по сравнению с другими теплоиспользующими поверхностями нагрева температуру, что обусловлено высокими температурами пара и большими тепловыми нагрузками.

В зависимости от определяющего способа передачи теплоты от газов к поверхности нагрева пароперегреватели разделяют на конвективные, радиационные и полурадиационные. В зависимости от расположения змеевиков пароперегреватели бывают горизонтальные и вертикальные. В основном применяют пароперегреватели с вертикальными змеевиками. На рис. 5.1 показан конвективный пароперегреватель с вертикальными змеевиками, размещенный в горизонтальном газоходе за фестоном.

На рис. 5.11 показан пароперегреватель, состоящий из небольшого радиационного пароперегревателя 3, расположенного на потолке топки, ширмового 2, расположенного на входе в горизонтальный газоход, и конвективного /, расположенного в горизонтальном газоходе.

Схемы размещения пароперегревателей в котле

Рис.5.11. Схемы размещения пароперегревателей в котле

а — для котлов с рабочим давлением до 3,9 М Па; б — для котлов с большим рабочим давлением; / — конвективный пароперегреватель; 2 — ширмовый пароперегреватель; 3 — потолочный пароперегреватель

Режим работы пароперегревателя и как следствие температура перегретого пара зависит от режима работы котла.

Конвективные пароперегреватели выполняют обычно из труб с внутренним диаметром 20—30 мм, образующих змеевики, ввальцованные или приваренные к круглым коллекторам. В газоходе змеевики размещают вертикально или горизонтально. Змеевики выполняют одинарными (однорядные), сдвоенными (двухрядные) и строенными (трехрядные). Для выравнивания температуры пара по отдельным змеевикам при его температуре более 450 °С пароперегреватель разделяют на последовательно включенные по пару части с перемешиванием пара между ними. Перемешивание пара обеспечивается в смесительных коллекторах, к которым присоединены змеевики отдельных частей пароперегревателя. Кроме того, осуществляется переброс пара из змеевиков, расположенных в одной части газохода, в змеевики другой части.

Для надежной работы пароперегревателя, помимо обеспечения достаточной скорости потока пара и его равномерной температуры по параллельно расположенным змеевикам, необходимо обеспечивать рациональную схему включения пароперегревателя по ходу потока продуктов сгорания. В зависимости от направления движения потоков пара и продуктов сгорания различают пароперегреватели прямоточные, противоточпые и со смешанным направлением потоков (рис. 5.12).

////ЛХХ/л'Л/

777777777 ///7//777777777 /77/777777777777

Схемы движения пара и продуктов сгорания

Рис. 5.12. Схемы движения пара и продуктов сгорания

в конвективных пароперегревателях

апротивоточное; 6прямоточное; вигсмешанное

В противоточным пароперегревателе достигается наибольший температурный напор между продуктами сгорания и паром, что уменьшает необходимую поверхность нагрева пароперегревателя. Недостатком такой схемы является размещение последних по ходу пара частей змеевиков в области наиболее высоких температур продуктов сгорания и тяжелые температурные условия работы металла труб.

В прямоточном пароперегревателе температурный напор меньше, чем в противоточном, однако условия работы труб лучше.

Оптимальной является смешенная схема, при которой большая и первая по ходу пара часть пароперегревателя выполняется противоточной, завершение перегрева пара происходит во второй его части при параллельном токе. При этом в части змеевиков, расположенных в области наибольшей тепловой нагрузки пароперегревателя, в начале газохода, будет умеренная температура пара, а завершение перегрева пара происходит при меньшей тепловой нагрузке.

На рис. 5.13 показано крепление вертикального пароперегревателя. Вертикальные змеевики подвешены к каркасу котла за концы верхних петель, вынесенных из зоны обогрева, с помощью хомутов, охватывающих трубки и подвешенных к крючку, укрепленному на балке каркаса. Для обеспечения определенного расстояния между змеевиками на нижние петли змеевиков укладывают дистанционирующие гребенки из жаропрочного чугуна и скрепляют хомутами.

Узел подвески труб

и

Б

Рис. 5.13. Крепление вертикального конвективного пароперегревателя

1 — змеевики; 2 — подвесные планки; 3 — верхние изгибы туб; 4 — потолочные трубы; 5 — дистанцирующие гребенки; 6 — опорные планки

На рис. 5.14 показана схема пароперегревателя с горизонтальными змеевиками, ориентированными для обеспечения равномерного их обогрева в направлении потока продуктов сгорания. Горизонтальные пароперегреватели обеспечивают легкое удаление из них воды, но они более склонны к отложению на них продуктов сгорания и имеют более сложную конструкцию крепления змеевиков.

Радиационные и ширмовые пароперегреватели. При высоких параметрах пара возникает необходимость размещения в топке радиационного или ширмового пароперегревателя. Радиационный пароперегреватель обычно устанавливают на потолке топки, если же этой поверхности недостаточно, то и на вертикальных стенках, где установлены горелки.

Радиационные пароперегреватели работают с большими тепловыми нагрузками, поэтому их обычно применяют для частичного перегрева пара, который завершается в конвективном пароперегревателе.

4

Конвективный пароперегреватель с горизонтальными

Рис. 5.14. Конвективный пароперегреватель с горизонтальными

змеевиками

/ — первая ступень пароперегревателя; 2 — барабан; 3, 6 — подвесные трубы; 4, 8 — промежуточные коллекторы; 5 — выходная камера; 7 — вторая ступень

пароперегревателя; 9— коллектор подвесных труб

Преимуществом радиационных пароперегревателей является меньшая чем у конвективных удельная площадь нагрева и отсутствие аэродинамического сопротивления по газовой стороне.

Ширмовые пароперегреватели представляют собой систему трубок, образующих плоские плотные пакеты с входными и выходными коллекторами. Ширмы размещают вертикально или горизонтально в верхней части топки. На рис. 5.15 показана конструкция ширм, у которых трубки ширм висят на коллекторах, подвешенных к каркасу. Постоянство взаимного расположения ширм в топке обеспечивается соединением хомутами попарно выступающих соседних труб в месте их соприкосновения.

Для обеспечения постоянства температуры пара применяют различные регулирующие устройства, к которым относятся поверхностные и впрыскивающие пароохладители.

Поверхностный пароохладитель представляет собой трубчатый теплообменник, в котором по трубам движется охлаждающая (обычно питательная) вода, а между трубами — пар.

По потоку питательной воды пароохладитель может быть включен параллельно или последовательно с экономайзером (рис. 5.16). При параллельной схеме с увеличением количества воды, проходящей через пароохладитель, ухудшаются условия охлаждения экономайзера и уменьшается использование в нем теплоты уходящих газов, поэтому последовательная схема включения является более предпочтительной.

а) 6)

Рис. 5.15. Вертикальный ширмовый пароперегреватель

а — клинообразная форма низа ширмы; б — горизонтальная форма низа шины; 1 — труба ширмы; 2 — камеры (коллекторы); 3 — обвязочные трубы;

4 — хомут

Питательная Питательная

вода вода

Рис. 5.16. Схемы включения поверхностного пароохладителя

а — параллельная; б — последовательная; / — барабан; 2 — пароохладитель;

3 — отвод охлаждающей воды; 4 — экономайзер

В впрыскивающих пароохладителях температура пара понижается вследствие впрыска конденсата ( во избежание отложения солей в пароперегревателе) в поток пара. Впрыскиваемая вода, испаряясь за счет теплоты перегретого пара, снижает его температуру. Впрыскивающий пароохладитель представляет собой участок паропровода перегретого пара, в котором расположена перфорированная труба с отверстиями диаметром 3—5 мм, через

которые в пар подается распыленный конденсат. Для предотвращения попаданий на стенку паропровода относительно холодных струй конденсата в месте установки распылителя в паропроводе имеется защитная рубашка длиной не менее 0,5 м и с зазором между ней и паропроводом 6—10 мм. Обычно устанавливается ряд параллельных по ширине пароперегревателя и последовательных по ходу потока пара впрыскивающих пароохладителей. Первые по ходу пара пароохладители предназначаются для предохранения расположенных за ними поверхностей нагрева от чрезмерного повышения температуры. Последний по ходу пара пароохладитель поддерживает постоянную температуру пара.

Температуру пара можно также регулировать путем изменения количества и температуры дымовых газов, проходящих через пароперегреватель. Такое регулирование называется газовым, однако на практике оно применяется сравнительно редко.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>