площади нагрева парового котла

Видео:Поверхности нагрева котловСкачать

Поверхности нагрева парового котла

Поверхностью нагрева парового котла называют те элементы, которые с одной стороны омываются горячими газами, а с другой стороны — водой, паром или смесью пара и воды. В практике эксплуатации и ремонта котельных агрегатов поверхностью нагрева условно считают также и элементы, входящие в контур трубной системы — барабаны, секции, камеры и устройства для их крепления, а также воздухоподогреватели .

Элементы поверхностей нагрева являются главными в котельном агрегате и их исправность в первую очередь определяет экономичность и надежность котельной установки.

Размещение элементов поверхности нагрева современного котла показано на рисунке:

Этот котел имеет П-образную форму. Левая вертикальная камера 2 образует топку, все стены ее покрыты трубами. Расположенные на стенах и потолке трубы, в которых происходит испарение воды, называют экранами. Экранные трубы, а также части пароперегревателя, расположенные на стенах топки, называют радиационными поверхностями нагрева, так как они воспринимают тепло от топочных газов главным образом вследствие радиации или лучеиспускания.

Нижнюю часть 9 топочной камеры обычно называют холодной воронкой. В ней происходит выпадение из топочного факела частиц золы. Охлажденные и затвердевшие частицы золы в виде спекшихся комков (шлака) через устройство 8 удаляются в систему гидрозолоудаления.

Верхняя часть топки переходит в горизонтальный газоход, в котором размещены ширмовый 3 и конвективный 5 пароперегреватели. Боковые стены и потолок горизонтального газохода обычно также покрыты трубами пароперегревателя. Эти элементы пароперегревателя называют полурадиационными, так как они воспринимают тепло от топочных газов как в результате радиации, так и конвекции, т. е. теплообмена, который происходит при соприкосновении горячих газов с трубами.

После горизонтального газохода за поворотной камерой начинается правая вертикальная часть котла, называемая конвективной шахтой. В ней в различной последовательности размещены ступени водяного экономайзера , ступени воздухоподогревателя, а в некоторых конструкциях и змеевики вторичного пароперегревателя .

Схема устройства котла зависит от его конструкции и мощности, а также давления пара. В устаревших трех-барабанных котлах низкого и среднего давления вода нагревается и испаряется не только в экранах, но и в кипятильных трубах, расположенных между верхними и нижними барабанами.

По опускному 3 пучку кипятильных труб вода из заднего барабана опускается в нижний барабан; эти трубы играют роль водоопускных труб. Незначительный нагрев этих труб топочными газами не нарушает циркуляции воды в котле, так как при низком и среднем давлениях разница в удельных весах воды и пара большая, что обеспечивает достаточно надежную циркуляцию. Вода в нижние камеры экранов 7 подается из верхних барабанов 2 по наружным необогревяемым водоопускным трубам.

В котлах среднего давления доля тепла, идущего на перегрев пара, сравнительно невелика (менее 20% всего тепла, воспринимаемого котельным агрегатом от дымовых газов), поэтому поверхность нагрева пароперегревателя также невелика и он размещается между пучками кипятильных труб.

В однобарабанных котлах среднего давления более поздних выпусков основная испарительная поверхность размещена на стенах топки в виде экранов 6, а небольшой конвективный пучок 10 выполнен из разведенных с большим шагом труб, которые представляют собой полурадиационную часть котла.

Котлы высокого давления изготовляются обычно с одним барабаном и конвективных пучков не имеют. Вся испарительная поверхность нагрева выполнена в виде экранов, которые питаются водой по наружным необогреваемым водоопускным трубам.

В прямоточных котлах барабан отсутствует.

Вода из экономайзера 3 поступает по подводящим трубам 7 в нижнюю камеру 6, а затем в радиационную часть 5, которая представляет собой испарительные трубы (витки), расположенные по стенам топки. Пройдя через витки, большая часть воды превращается в пар. Полностью испаряется вода в переходной зоне 2, которая располагается в области более низких температур топочных газов. Из переходной зоны пар поступает в пароперегреватель 1.

Таким образом, в прямоточных котлах циркуляция воды с ее возвратным движением отсутствует. Вода и пар проходят по трубам только один раз.

Пароперегревателем называют поверхность нагрева парового котла, в которой происходит перегрев пара до заданной температуры. Современные паровые котлы большой паропроизводительности имеют два пароперегревателя — первичный и вторичный (промежуточный). В первичный пароперегреватель насыщенный пар, имеющий температуру кипящей воды, поступает из барабана котла или переходной зоны прямоточного котла. Во вторичный пароперегреватель пар поступает из турбины для повторного перегрева.

Для перегрева пара в котлах высокого давления затрачивается до 35% тепла, а при наличии вторичного перегрева — до 50% тепла, воспринимаемого котельным агрегатом от топочных газов. В котлах с давлением более 225 ата эта доля тепла возрастает до 65%. В результате поверхности нагрева пароперегревателей значительно возрастают ,и в современных котлах их размещают в радиационной, полурадиационной и конвективной частях котла.

На рисунке ниже изображена схема пароперегревателя современного котла.

Пар из барабана 7 направляется в настенные трубные панели радиационной части 2 ж 4, затем в потолочные трубные панели 5. Из пароохладителя 8 пар поступает в ширмы 6, а затем в змеевики 10 конвективной части пароперегревателя. Ширма представляет собой расположенный в одной плоскости пакет U-образных труб, которые жестко скреплены между собой почти без зазора. Пар входит в одну камеру ширмы, проходит по трубам и выходит через вторую камеру. Схема расположения ширм в котле показана на рисунке:

Водяные экономайзеры вместе с воздухоподогревателями обычно располагают в конвективных шахтах. Эти элементы поверхности нагрева называют хвостовыми, так как их располагают последними по пути дымовых газов. Водяные экономайзеры выполняют преимущественно из стальных труб. На котлах низкого и среднего давления устанавливают чугунные экономайзеры, составленные из чугунных ребристых труб. Трубы соединены чугунными отводами (калачами).

Стальные экономайзеры могут быть кипящего и некипящего типа. В экономайзерах кипящего типа часть подогреваемой воды (до 25%) превращается в пар.

Видео:Принцип работы парового котлаСкачать

Поверхности нагрева котлов: экранные и конвективные

Видео:Как работает паровой энергетический котел. 3d animation. How does a steam power boiler work.Скачать

GardenWeb

Трубно-барабанная система парового котла состоит из радиационных и конвективных поверхностей нагрева, барабанов и камер (коллекторов). Для радиационных и конвективных поверхностей нагрева используют бесшовные трубы, изготовленные из углеродистой качественной стали марок 10 или 20 (ГОСТ 1050—74**).

Радиационные поверхности нагрева выполняют из труб, размещаемых вертикально в один ряд по стенкам (боковой и задний экраны) или в объеме топочной камеры (фронтовой экран).

При низких давлениях пара (0,8…1 МПа) свыше 70% теплоты тратится на парообразование и лишь около 30 % — на нагревание воды до кипения. Радиационных поверхностей нагрева оказывается недостаточно для испарения заданного количества воды, поэтому часть испарительных труб размещают в конвективных газоходах.

Конвективными называются поверхности нагрева котла, получающие теплоту в основном конвекцией.

Конвективные испарительные поверхности обычно выполняют в виде нескольких рядов труб, закрепленных верхними и нижними концами в барабанах или камерах котла. Эти трубы принято называть кипятильным пучком.

К конвективным поверхностям нагрева относятся также пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель.

Пароперегреватель — устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

Пароперегреватель представляет собой систему змеевиков, соединенных на входе насыщенного пара с барабаном котла и на выходе — с камерой перегретого пара.

Направление движения пара в змеевиках пароперегревателя может совпадать с направлением движения газового потока — прямоточная схема — или быть ему противоположным—протнвоточная схема.

Трубная система парового котла: 1, 19— верхний и нижний барабаны, 2 — выход пара, 3 — предохранительный клапан, 4 — подвод питательной воды, 5 — манометр, 6 — водоуказа-тельная колонка, 7 — непрерывная продувка, 8 — водоспускные трубы фронтового экрана, 9 — водоспускные трубы боковых экранов, 10 — фронтовой экран, 11, 14 —- камеры боковых экра нов, 12 — дренаж (периодическая продувка) 13 — камера фронтового экрана, 15, 17 — боко вой и задний экраны, 16 — камера заднего экра на, 18 — водоспускные трубы заднего экрана 20 — продувка нижнего барабана, 21 — конвек тивный пучок труб

Рис. 2. Схемы включения пароперегревателя:
а — прямоточная, б — протнвоточная, в — смешанная

При смешанной схеме движения газов и пара (рис. 2, в), наиболее надежной в эксплуатации, змеевики входные (по ходу пара), в которых наблюдаются наибольшие отложения солей, и выходные с паром максимальной температуры отнесены в область умеренных температур.

В конвективном вертикальном пароперегревателе насыщенный пар, поступающий из барабана котла, подается в змеевики первой ступени 6, включенные по противоточной схеме, нагревается в них и направляется в регулятор перегрева — пароохладитель. Перегрев пара до заданной температуры происходит в змеевиках второй ступени, включенных по смешанной схеме.

Вверху змеевики пароперегревателя подвешены к балкам потолочного перекрытия котла, а внизу они имеют дистанционные крепления — планки 7 и гребенки 8. К промежуточной камере (пароохладителю) и к камере перегретого пара змеевики присоединяют сваркой.

Камеры пароперегревателя изготовляют из стальных труб диаметром 133 мм, а змеевики; 9 — из стальных труб диаметром 32, 38 или 42 мм со стенками толщиной 3 или 3,5 мм.

При температуре стенок труб поверхностей нагрева до 500 °С материалом для змеевиков и камер (коллекторов) служит углеродистая качественная сталь марок 10 или 20.

Последние по ходу пара змеевики пароперегревателя, которые работают при температуре стенок труб более 500 °С, выполнены из легированных сталей 15ХМ, 12Х1МФ.

Регулятор перегрева, в который пар поступает после пароперегревателя, представляет собой систему стальных змеевиков диаметром 25 или 32 мм, установленных в стальном корпусе и образующих два контура: левый и правый. По змеевикам прокачивается питательная вода в количестве, необходимом для охлаждения пара на заданную величину. Пар омывает змеевики с наружной стороны.

Экономайзер — устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для подогрева или частичного испарения поступающей в котел воды. Водяные экономайзеры по конструкции делятся на стальные змееви-ковые и чугунные ребристые.

Стальные змеевиковые экономайзеры применяют для котлов, работающих при давлении свыше 2,3 МПа. Они представляют собой несколько секций, набранных из стальных змеевиков диаметром 28 или 32 мм со стенками толщиной 3 или 4 мм. Концы труб змеевиков вварены в расположенные вне обмуровки котла камеры диаметром 133 мм.

По характеру работы стальные змеевиковые экономайзеры бывают некипящего и кипящего типов. В экономайзерах неки-пящего типа питательная вода не догревается до температуры кипения, т. е. в них отсутствует парообразование.

В экономайзерах кипящего типа допускается вскипание и частичное парообразование питательной воды.

Из схемы включения экономайзеров некипящего и кипящего типов видно, что экономайзер кипящего типа не отделен от барабана котла запорным устройством и представляет с котлом единое целое.

Чугунные ребристые экономайзеры, используемые для котлов низкого давления, состоят из литых ребристых чугунных труб с квадратными ребрами.

Чугунные трубы собирают в группы и соединяют между собой литыми калачами с фланцами. По системе труб питательная вода проходит вверх навстречу дымовым газам.

Для очистки ребристых труб от золы и сажи между отдельными группами труб устанавливают обдувочные устройства.

Рис. 3. Конвективный вертикальный пароперегреватель парового котла средней мощности: 1 — барабан, 2—-камера перегретого пара, 3 — промежуточная камера, выполняющая роль регулятора перегрева пара, 4 — балка, 5 — подвеска, 6. 9— змеевики, 7—планка, 8 — гребенка

Рис. 4. Регулятор перегрева: 1, 12 — камеры выхода и входа воды, 2 — штуцер, 3 — фланец с крышкой, 4 — подводящие пар трубы, 5 — опоры, 6 — корпус, 7 — отводящие пар трубы, 8 — металлическое корыто, 9 — дистанционная доска, 10 — змеевики, 11 — кожух

Преимущества чугунных экономайзеров: их повышенная сопротивляемость химическим разрушениям и меньшая стоимость по сравнению со стальными. Однако в чугунных экономайзерах из-за хрупкости металла не допускается образование пара, поэтому они могут быть только некипящего типа.

Стальные и чугунные водяные экономайзеры в современных котлах изготовляют в виде блоков; их поставляют в собранном виде.

Воздухоподогреватель — устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания топлива перед подачей его в топку котла, состоящее из системы прямолинейных труб, концы которых закреплены в трубных досках, каркасной рамы и металлической обшивки. Воздухоподогреватели устанавливают в газоходе котла за экономайзером — одноступенчатая компоновка или в «рассечку» — двухступенчатая компоновка.

Барабан котла — это цилиндр, изготовленный из специальной котельной стали 20К или 16ГТ (ГОСТ 5520—79*), со сферическими днищами на торцах. С одной или двух сторон барабана расположены лазы овальной формы. Экранные, конвективные, опускные и пароотводящие трубы присоединяют к барабану с помощью развальцовки или сварки.

Рис. 5. Секция экономайзера: 1,2 — камеры входа и выхода воды, 3 — опорные стойки, 4 — змеевики, 5 — опорная балка

Рис. 6. Схемы включения экономайзера некипящего (а) и кипящего (б) типов: 1 — вентиль, 2 — обратный клапан, 3,7 — вентили для питания котла через и мимо экономайзера, 4 — предохранительный клапан, 5 — входная камера, 6 — экономайзер, 8 — барабан котла

Барабаны котлов малой и средней мощности изготовляют диаметром от 1000 до 1500 мм и толщиной стенки от 13 до 40 мм в зависимости от рабочего давления. Например, толщина стенок барабанов котлов типа ДЕ, работающих при давлении 1,3 МПа, равна 13 мм, а котлов, работающих при давлении 3,9 МПа,— 40 мм.

Внутри барабана размещаются питательное и сепарационные устройства, а также труба для непрерывной продувки. Арматуру и вспомогательные трубопроводы присоединяют к штуцерам, приваренным к барабану. Барабан, как правило, закрепляют на каркасе котла двумя роликовыми опорами, которые осуществляют его свободное перемещение при нагревании.

Рис. 7. Одноколонковый блочный экономайзер: 1 — блок, 2 — обдувочное устройство, 3 — коллектор (камера), 4 — соединительный калач, 5 — труба

Тепловые расширения трубно-барабанной системы котла обеспечивает конструкция опор барабанов и камер.

Нижний барабан и камеры (коллекторы) экранов котлов имеют опоры, допускающие их перемещение в горизонтальной плоскости и исключающие движение вверх.

А вся трубная система котла вместе с верхним барабаном, опирающимися на трубную систему, при тепловых расширениях может перемещаться только вверх.

У других котлов средней мощности неподвижными в вертикальной плоскости являются опоры верхних камер и барабанов.

Рис. 8. Воздухоподогреватель: 1,3 — верхняя и нижняя трубные доски, 2 — труба, 4 — рама, 5 — обшивка

Рис. 9. Компоновка конвективной шахты: а — одноступенчатая, 6 — двухступенчатая; 1 — воздухоподогреватель, 2 — водяной экономайзер, 3,7— водяные экономайзеры соответственно второй и первой ступени.

4 — опорная охлаждаемая балка водяного экономайзера, 5,9 — воздухоподогреватели соответственно второй и первой ступени, 6 — опорная балка воздухоподогревателя, 8 — компенсатор, 10 — колонна каркаса

Рис. 10. Роликовая опора барабана котла: 1— барабан, 2 — верхний ряд роликов, 3 — нижний ряд роликов, 4 — неподвижная подушка опоры, 5 — балка каркаса

В этом случае радиационные трубы вместе с нижними камерами перемещаются по вертикали вниз. Нижние камеры удерживаются от поперечных перемещений направляющими опорами, допускающими только вертикальный ход камер.

Для того чтобы радиационные трубы не выходили из плоскости экрана, все трубы дополнительно закрепляют в несколько ярусов по высоте. Промежуточное крепление экранных труб по высоте в зависимости от конструкции обмуровки — неподвижное, связанное с каркасом,, или подвижное — в виде поясов жесткости.

Первый тип крепления используют при обмуровке, опирающейся на фундамент или каркас котла, второй — при натрубной обмуровке.

Свободное вертикальное перемещение трубы при ее креплении к каркасу котла обеспечивается за счет зазора в скобе, приваренной к трубе. Тяга, жестко закрепленная в каркасе, исключает выход трубы из плоскости экрана.

Рис. 11. Крепление труб поверхностей нагрева к каркасу, обеспечивающее их перемещение: а — по вертикали, б — по горизонтали; 1 — скоба, 2— труба, 3— защитное ребро, 4— тяга, 5 — закладная деталь, 6 — пояс жесткости

Монтаж котлов – Поверхности нагрева

Видео:За гранью проходной: Как ремонтируют поверхности нагрева котлов на ТЭЦСкачать

Поверхности нагрева парового котла

Поверхностью нагрева называют те элементы, которые с одной стороны омываются горячими газами, а с другой стороны — водой, паром или смесью пара и воды. В практике эксплуатации и поверхностью нагрева условно считают также и элементы, входящие в контур трубной системы — барабаны, секции, камеры и устройства для их крепления, а также .

Элементы поверхностей нагрева являются главными в котельном агрегате и их исправность в первую очередь определяет экономичность и надежность котельной установки.

Размещение элементов поверхности нагрева современного котла показано на рисунке:

Этот котел имеет П-образную форму. Левая вертикальная камера 2 образует топку, все стены ее покрыты трубами. Расположенные на стенах и потолке трубы, в которых происходит испарение воды, называют экранами.

Экранные трубы, а также части пароперегревателя, расположенные на стенах топки, называют радиационными поверхностями нагрева, так как они воспринимают тепло от топочных газов главным образом вследствие радиации или лучеиспускания.

Нижнюю часть 9 топочной камеры обычно называют холодной воронкой. В ней происходит выпадение из топочного факела частиц золы. Охлажденные и затвердевшие частицы золы в виде спекшихся комков (шлака) через устройство 8 удаляются в систему гидрозолоудаления.

Верхняя часть топки переходит в горизонтальный газоход, в котором размещены ширмовый 3 и конвективный 5 пароперегреватели. Боковые стены и потолок горизонтального газохода обычно также покрыты трубами пароперегревателя.

Эти элементы пароперегревателя называют полурадиационными, так как они воспринимают тепло от топочных газов как в результате радиации, так и конвекции, т. е.

теплообмена, который происходит при соприкосновении горячих газов с трубами.

После горизонтального газохода за поворотной камерой начинается правая вертикальная часть котла, называемая конвективной шахтой. В ней в различной последовательности размещены ступени , ступени воздухоподогревателя, а в некоторых конструкциях и змеевики .

Схема устройства котла зависит от его конструкции и мощности, а также давления пара. В устаревших трех-барабанных котлах низкого и среднего давления вода нагревается и испаряется не только в экранах, но и в кипятильных трубах, расположенных между верхними и нижними барабанами.

По опускному 3 пучку кипятильных труб вода из заднего барабана опускается в нижний барабан; эти трубы играют роль водоопускных труб.

Незначительный нагрев этих труб топочными газами не нарушает циркуляции воды в котле, так как при низком и среднем давлениях разница в удельных весах воды и пара большая, что обеспечивает достаточно надежную циркуляцию.

Вода в нижние камеры экранов 7 подается из верхних барабанов 2 по наружным необогревяемым водоопускным трубам.

В котлах среднего давления доля тепла, идущего на перегрев пара, сравнительно невелика (менее 20% всего тепла, воспринимаемого котельным агрегатом от дымовых газов), поэтому поверхность нагрева пароперегревателя также невелика и он размещается между пучками кипятильных труб.

В однобарабанных котлах среднего давления более поздних выпусков основная испарительная поверхность размещена на стенах топки в виде экранов 6, а небольшой конвективный пучок 10 выполнен из разведенных с большим шагом труб, которые представляют собой полурадиационную часть котла.

Котлы высокого давления изготовляются обычно с одним барабаном и конвективных пучков не имеют. Вся испарительная поверхность нагрева выполнена в виде экранов, которые питаются водой по наружным необогреваемым водоопускным трубам.

В прямоточных котлах барабан отсутствует.

Вода из экономайзера 3 поступает по подводящим трубам 7 в нижнюю камеру 6, а затем в радиационную часть 5, которая представляет собой испарительные трубы (витки), расположенные по стенам топки.

Пройдя через витки, большая часть воды превращается в пар. Полностью испаряется вода в переходной зоне 2, которая располагается в области более низких температур топочных газов.

Из переходной зоны пар поступает в пароперегреватель 1.

Таким образом, в прямоточных котлах циркуляция воды с ее возвратным движением отсутствует. Вода и пар проходят по трубам только один раз.

Пароперегревателем называют поверхность нагрева парового котла, в которой происходит перегрев пара до заданной температуры.

Современные паровые котлы большой паропроизводительности имеют два пароперегревателя — первичный и вторичный (промежуточный).

В первичный пароперегреватель насыщенный пар, имеющий температуру кипящей воды, поступает из барабана котла или переходной зоны прямоточного котла. Во вторичный пароперегреватель пар поступает из для повторного перегрева.

Для перегрева пара в котлах высокого давления затрачивается до 35% тепла, а при наличии вторичного перегрева — до 50% тепла, воспринимаемого котельным агрегатом от топочных газов.

В котлах с давлением более 225 ата эта доля тепла возрастает до 65%.

В результате поверхности нагрева пароперегревателей значительно возрастают ,и в современных котлах их размещают в радиационной, полурадиационной и конвективной частях котла.

На рисунке ниже изображена схема пароперегревателя современного котла.

Пар из барабана 7 направляется в настенные трубные панели радиационной части 2 ж 4, затем в потолочные трубные панели 5. Из пароохладителя 8 пар поступает в ширмы 6, а затем в змеевики 10 конвективной части пароперегревателя.

Ширма представляет собой расположенный в одной плоскости пакет U-образных труб, которые жестко скреплены между собой почти без зазора. Пар входит в одну камеру ширмы, проходит по трубам и выходит через вторую камеру.

Схема расположения ширм в котле показана на рисунке:

Водяные экономайзеры вместе с воздухоподогревателями обычно располагают в конвективных шахтах. Эти элементы поверхности нагрева называют хвостовыми, так как их располагают последними по пути дымовых газов.

Водяные экономайзеры выполняют преимущественно из стальных труб. На котлах низкого и среднего давления устанавливают чугунные экономайзеры, составленные из чугунных ребристых труб.

Трубы соединены чугунными отводами (калачами).

Стальные экономайзеры могут быть кипящего и некипящего типа. В экономайзерах кипящего типа часть подогреваемой воды (до 25%) превращается в пар.

Современные котлы, в отличие от тех, которые использовались несколько лет назад, в качестве топлива могут использовать не только газ, уголь, мазут и т.д. В качестве экологически чистого топлива в настоящее время все более часто используют пелетты. Заказать пелетты для Вашего пелеттного котла, Вы сможете здесь — http://maspellet.ru/zakazat-pellety.

Видео:Презентация изготовление поверхностей нагрева водогрейного котла ПТВМ 50 3 1Скачать

Основы расчета конвективных поверхностей нагрева

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

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.

Процесс передачи теплоты через разделительную стенку подчиняется общему уравнению, называемому уравнением теплопередачи,

В этом уравнении коэффициент теплопередачи (К) является расчетной характеристикой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводности и теплового излучения.

Из уравнения теплопередачи ясно, что количество теплоты, переданное сквозь 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, воздухоподогреватель) работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды.

Поэтому чем дальше конвективная поверхность нагрева от топочной камеры, тем большие размеры должна она иметь и тем больше металла расходуется на ее изготовление. Так, например, первые ряды кипятильных труб и фестон омываются продуктами сгорания при температуре 1000-1100 °С, а водяной экономайзер парогенераторов с развитой конвективной поверхностью нагрева – продуктами сгорания с температурой около 300 °С.

При выборе последовательности размещения конвективных поверхностей нагрева в котле стремятся так расположить эти поверхности, чтобы разность температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей среды была наибольшей.

Так, 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 котле.

Температура продуктов сгорания по мере их движения через какую-либо поверхность нагрева непрерывно уменьшается, а нагреваемой среды непрерывно возрастает.

В связи с этим уравнение (6-8) может применяться для бесконечно малой поверхности нагрева.

Для поверхности нагрева, имеющей заданную площадь, при условии постоянства коэффициента теплопередачи можно получить среднее значение температурного напора в виде

где ∆t6- наибольшая разность температур продуктов сгорания и нагреваемой среды; ∆tм- наименьшая разность температур продуктов сгорания и нагреваемой среды.

Передача теплоты в конвективных поверхностях нагрева происходит сквозь стенку труб, которые снаружи подвержены загрязнению запыленными продуктами сгорания, а изнутри – осаждающейся накипью.

Толщина стенки труб, применяемых при изготовлении конвективных поверхностей нагрева, мала по сравнению с их диаметром, поэтому влияние кривизны поверхности труб на процесс передачи теплоты весьма незначительно.

Пренебрегая влиянием кривизны поверхности труб на процесс передачи теплоты коэффициент теплопередачи в конвективных поверхностях нагрева [Вт/(м2*К)] определяют по формуле

где a1 – коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к наружной поверхности труб, Вт/(м2*К); а2 – коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности труб к нагреваемой жидкости (пар, вода, пароводяная эмульсия), Вт/(м2*К); Ϭ3, Ϭтр, Ϭн – соответственно толщина слоя наружных загрязнений (зола,сажа), стенки трубы, слоя накипи на внутренней поверхности трубы, м; ʎз, ʎтр, ʎн – соответственно теплопроводность наружных загрязнений, металла трубы, накипи, Вт/(м2*К).

Рассмотрим влияние каждого из факторов, входящих в уравнение (6-10), на коэффициент теплопередачи.

Продукты сгорания отдают теплоту наружной поверхности труб конвекцией и излучением. При этом теплоту излучают трехатомные газы и раскаленные частицы золы. Следовательно, коэффициент теплоотдачи (а1) от продуктов сгорания к наружной поверхности труб будет складываться из коэффициента теплоотдачи конвекцией (аск) и коэффициента теплоотдачи излучением (ал).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от конкретных условий работы и конструктивных характеристик поверхности нагрева. На коэффициент теплоотдачи влияет ряд факторов: характер омывания трубного пучка продуктами сгорания, характер расположения труб в пучке, диаметр труб, скорость продуктов сгорания.

Коэффициент теплоотдачи излучением зависит от температуры продуктов сгорания, температуры стенки труб, воспринимающих теплоту, от содержания в продуктах сгорания трехатомных газов и летучей золы, толщины слоя излучающих трехатомных газов. Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к наружной стенке поверхности нагрева невелик и изменяется в пределах 23-70 Вт/(м2*К).

Загрязнение наружной поверхности нагрева даже при небольшой толщине отложений существенно уменьшает передачу теплоты вследствие низкой теплопроводности загрязнений.

Исследование загрязнений на поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов показало, что первоначальный слой загрязнений толщиной 0,1-0,15 мм имел теплопроводность 0,017- 0,03 Вт/(м – К), т. е. меньшую, чем у воздуха. С ростом отложений меняется теплопроводность.

Так, для стабилизированного слоя отложений толщиной 1 мм и более теплопроводность оказалась равной 0,06-0,09 Вт/(м-К).

Загрязнения наружной поверхности нагрева хотя и снижают эффективность передачи теплоты, но предохраняют трубы от перегрева вследствие уменьшения температуры стенки.

Величиной Ϭтр/ʎтр, входящей в формулу (6-10), при определении коэффициента теплопередачи пренебрегают вследствие высокой теплопроводности металла.

Загрязнения внутренней поверхности труб накипью влияют не только на интенсивность передачи теплоты, но могут привести к перегреву стенки трубы и выходу ее из строя. Теплопроводность накипи зависит от химического состава отложений и для отдельных отложений составляет примерно 0,06 Вт/(м-К).

Вследствие малой теплопроводности накипи отвод теплоты от стенки трубы резко падает, что приводит к повышению ее температуры. Во избежание выхода из строя поверхности нагрева отложений накипи на внутренней поверхности труб недопустимо.

Поэтому при расчетах член Ϭтр/ʎтр в формуле (6-10) не учитывают.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой среды (а2) изменяется в очень больших пределах в зависимости от физического состояния среды.

Так, при теплоотдаче от стенки к пару коэффициент теплоотдачи составляет 600-3500 Вт/(м2*К), при теплоотдаче к воде 600-17000 Вт/(м2*К) и при теплоотдаче к кипящей воде 12 000-120 000 Вт/(м2*К).

Во всех случаях когда передача теплоты происходит от стенки к кипящей или некипящей воде, величиной 1/а2 в расчетах пренебрегают.

Основы расчета конвективных поверхностей нагрева могут быть конструктивными и поверочными. Поверочный расчет является более общим и выполняется для определения температуры по тракту продуктов сгорания.

При расчете конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса.

Расчет выполняется для 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива или 1 м3 газа при нормальных условиях.

Уравнение теплового баланса

где К – коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева, Вт/(м2*К); ∆t – температурный напор, °С; Вр – расчетный расход топлива, м3/с или кг/с; Н – расчетная поверхность нагрева, м2; ф – коэффициент сохранения теплоты, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения, опре­деляется по формуле (4-37); I’, I”- энтальпия продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, кДж/кг или кДж/м3; /0ПрС – количество теплоты, вносимой присасываемым в газоход воздухом, кДж/кг пли кДж/м3.

Количество теплоты (кДж/кг или кДж/м3), отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой водой или пароводяной смесью, проходящей по трубам конвективной поверхности нагрева.

Для выполнения 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.

Основы расчета конвективных поверхностей нагрева рекомендуют придерживаться следующей последовательности.

По чертежу определяются конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода: площадь поверхности нагрева, шаг между трубами и рядами, диаметр труб, число труб в ряду, число рядов труб и живое сечение для прохода продуктов сгорания. Площадь поверхности нагрева, расположенной в рассчитываемом газоходе (м2),

где d – наружный диаметр труб, м; L – длина труб, расположенных в газоходе, м; п – общее число труб, расположенных в газоходе.

Из чертежа котла определяются: s1 – поперечный шаг труб (в поперечном направлении по отношению к направлению потока, рис. 6-10), м; s2 – продольный шаг труб (в продольном направлении по отношению к движению потока, рис. 6-10), м; z1 -число труб в ряду; z2-число рядов труб по ходу продуктов сгорания.

По конструктивным данным подсчитываются относительный поперечный шаг Ϭ = s1/d и относительный продольный шаг Ϭ= s2/d.

Площадь поперечного сечения (м2) для прохода продуктов сгорания: при поперечном омывании гладких труб

при продольном омывании гладких труб

где а и b – размеры газохода в расчетных сечениях, м; I – длина труб (при изогнутых трубах длина проекции труб), м; г – число труб в пучке.

Предварительно за основы расчета конвективных поверхностей нагрева принимаются два значения температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода. В дальнейшем весь расчет ведется для двух предварительно принятых температур

Определяется теплота, отданная продуктами сгорания (кДж/кг или кДж/м3),

где Ϭ’ и Ϭ’’ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее.

Определяется температурный напор (°С)

где tK – температура кипения воды при давлении в котле, определяется из таблицы для насыщенных водяных паров, °С.

Подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания в газоходе (м/с)

где Вр – расчетный расход топлива, кг/с или м3/с (определен при составлении теплового баланса котла, см. § 4-4); F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (см. п.

1), м2; Vr – объем продуктов сгорания на 1 кг твердого и жидкого топлива или на 1 м3 газа (из расчетной табл.

3-6 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха); Ɵ – средняя расчетная температура потока продуктов сгорания, °С (см. п. 4).

Определяются основы расчета конвективных поверхностей нагрева – коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева: при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков и ширм

при продольном омывании

где ан – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме: при поперечном омывании коридорных пучков – по рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков – по рис. 6-11, при продольном омывании – по рис. 6-12;

с2 – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков из рис. 6-10, при поперечном омывании шахматных пучков из рис.

6-11; cs – поправка на геометрическую компоновку пучка, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков из рис. 6-10, при поперечном омывании шахматных пучков из рис.

6-11; Сф – коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков труб из рис. 6-10, при поперечном омывании шахматных пучков труб из рис. 6-11,

при продольном омывании труб из рис. 6-12, Ɵ- поправка на относительную длину, вводится при l/d4 при постоянной температуре одной из сред (испарительные конвективные поверхности нагрева)
∆t6/∆tм≤1,7, то температурный напор может быть определен как среднеарифметическое разностей температур:

13. По принятым двум значениям температуры ƟI” и ƟII” и полученным двум значениям Q6 и QT производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгора­ния после поверхности нагрева.

Для этого строится зависимость Q=f(Ɵ”), показанная на рис. 6-14.

Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания Ɵр”, которую следовало бы принять при расчете.

Если найденное значение Ɵр” отличается от одного из принятых предварительно значений ƟI” и ƟII” не более чем на 50 °С, то для завершения расчета необходимо по Ɵр” повторно определить только QT, сохранив прежний коэффициент теплопередачи. При большем расхождении заново определяется коэффициент теплопередачи для найденной температуры Ɵр”.

Видео:Основные компоновки паровых энергетических котловСкачать

Парообразующие поверхности нагрева котлов

Судовые паропроизводящие установки

Перенос тепла от факела и газов к котловой воде и пароводяной смеси производится через поверхности нагрева, расположенные на пути продуктов сгорания топлива.

В процессе передачи тепла температура газов понижается от 1800 ^ 2000 0С в топке до 190 ^ 500 0С на выходе из котла.

Перенос тепла в котле производится всеми существующими способами теплообмена – теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Перенос тепла производится в парообразующих поверхностях с помощью явлений теплопроводности, конвекции и излучения. Причем

Топки стационарных котлов имеют большие объемы (300 ^ 350 м, часто

До 900 м ), и небольшие скорости движения газов (2 ^ 5 м/с). В этих условиях основная часть тепла передается излучением, и небольшая доля – конвекцией. Топки судовых и особенно корабельных котлов имеют малые

Объемы (10 ^ 12 м, иногда до 0,5 м и меньше) и больШиЕ скорости движения газов (до 30 ^ 40 м/с и больше). При таких условиях соотношение между теплом, переданным воде излучением и конвекцией меняется; возрастает доля конвективного теплообмена и снижается доля тепла, переданного излучением.

Парообразующими (испарительными) называют такие поверхности нагрева котла, в которых за счет теплоты сгорания топлива происходит превращение котловой воды в пар. В зависимости от того, какой способ передачи тепла в данной поверхности нагрева является доминирующим, различают экранные и конвективные парообразующие поверхности нагрева.

Лучевоспринимающие (экранные) поверхности нагрева

К экранным поверхностям нагрева относят трубы, непосредственно ограничивающие топочное пространство и освещенные факелом.

В экранах основное количество теплоты (80 ^ 90 %), передаваемое воде, составляет теплота излучения факела, и только 10 ^ 20 % передаваемой теплоты приходится на конвективный теплообмен.

По этой причине экранные поверхности нагрева называют также лучевоспринимающими или радиационными. Общая лучевоспринимающая поверхность нагрева делится на поверхность экрана и поверхность притопочного пучка.

Экраны выполняются в один ряд, реже в два ряда, как правило без зазора между трубами. Пространство, находящееся за экранными трубами является необогреваемым, поэтому за экраном обычно размещают один или несколько рядов опускных труб большого диаметра. В некоторых котлах с целью лучшего использования теплоты излучения факела топки

Поток продуктов сгорания

, , , , о(о;о;о;о о» о» о» о» о о )о )о )о )о

Рис. 21. Строение экранных и конвективных поверхностей нагрева паровых котлов: а – схема однорядного и двухрядного экранов;

Б – шахматное расположение труб конвективной поверхности нагрева; в – коридорное расположение труб конвективной поверхности нагрева.

Почти полностью экранируются лучевоспринимающих поверхностей нагрева.

Отношение площади лучевоспринимающей поверхности к площади поверхности стенок всей топки называют степенью экранирования топки:

В топках различных конструкций эта величина может меняться в широких пределах: от 0,85 ^ 0,95 в прямоточных котлах, до 0,6 ^ 0,75 в котлах с естественной циркуляцией с неэкранированными фронтами.

1111111111″ излучение факела

11111111111 О О О О О О О О ооооооооооо о о с о о о о с о о оооо о ооооооооооо оооооооооооооооо ооооооооооооооо о оооооооооооооооо оооооооооооооооо

В состав лучевосприни­мающей поверхности котла входят обычно и 3 + 4 первых освещенных ряда конвектив­ного парообразующего пучка, расположенного со стороны газохода напротив экрана.

Первые ряды труб конвективного испаритель­ного пучка в высокофорсиро­ванных котлах выполняются, как правило, прореженными, шахматного строения, и трубами большего диаметра.

Использование труб боль­шого диаметра для первых рядов обусловлено тем, что в них происходит наиболее

Гидравлические испытания проводятся с целью проверки прочности и плотности узлов и соединений котла, работающих под повышенным давлением пара и воды. Котел подвергается гидравлическим испытаниям в следующих случаях: – при освидетельствовании; …

Поддержание котла в горячем резерве осуществляется периодическим подъемом давления пара с последующим естественным охлаждением котла при выключенном горении. Максимальное и минимальное давление пара, а также номера котлов для нахождения в …

При эксплуатации паровых котлов различают нормальный и экстренный вывод котельной установки из действия. Для автоматизированной котельной установки, когда в эшелоне остается в действии второй котел, при нормальном выводе котла из …

Видео:Размещение (компоновка) поверхностей нагрева энергетического котла барабанного типаСкачать

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Конвективная поверхность нагрева размещена в газоходе и представляет змеевиковый экономайзер, состоящий из 16 секций.

Секции набирают таким образом, чтобы змеевики располагались параллельно фронту котла в шахматном порядке.

Для сжигания газа установлены четыре подовые горелки с прямой щелью, заканчивающейся вверху внезапным расширением. Горелки размещены между вертикальными топочными экранами. [2]

Конвективные поверхности нагрева должны иметь устройства для удаления осевшей после обдувки золы. Из мест обора зола должна удаляться свободно я без перегрузок. Все места, где скапливается осевшая зола, должны быть достаточных размеров и доступны для чистки. Глухие мешки, где может скапливаться зола, должны быть уменьшены до минимума. [3]

Конвективная поверхность нагрева 2 котла состоит из 156 горизонтальных труб длиной 2 9 м, расположенных в 6 рядов по 26 труб в каждом и вваренных в коллекторы диаметром 108 X 4 мм. [5]

Конвективные поверхности нагрева, за исключением экономайзера, расположены в плоскости, перпендикулярной фронту, и опираются на подвесные трубы 6, являющиеся первой ступенью экономайзера. [7]

Конвективные поверхности нагрева в передвижных паровых котлах состоят из испарительных поверхностей котла, пароперегревателей и водяных экономайзеров. [8]

Конвективная поверхность нагрева, располагаемая в зоне температур, указанных в таблице или на 50 С меньших, должна быть фесто-нирована. В противном случае температуры газов, указанные в таблице, должны быть уменьшены на 50 С. [9]

Конвективные поверхности нагрева ( испарительная и пароперегревателя) размещены в двух самостоятельных горизонтальных газоходах и выполнены в виде гладкотрубных змеевиков, расположенных вертикально. Пароперегреватель конвективного типа, двухступенчатый. Температура перегрева пара регулируется двухступенчатым пароохладителем, установленным в рассечку. [10]

Конвективные поверхности нагрева расположены в двух опускных газоходах с полностью экранированными стенами. Ограждающими поверхностями каждой конвективной шахты являются промежуточная стена котла, боковая стена котла, фронтовая и задняя стены конвективной шахты. [11]

Конвективные поверхности нагрева обычно выполняют в виде рядов труб с коридорным или шахматным расположением, омываемых продуктами сгорания топлива.

Движение газов в трубном пучке продольное или поперечное, В этих поверхностях нагрева перенос теплоты от греющих газов к рабочей среде осуществляется преимущественно за счет конвекции.

Радиационная составляющая в общем потоке теплоты, передаваемом рабочему телу, относительно невелика вследствие снижения температур потока газов по ходу их движения в газоходах котла и малой толщины излучающего слоя в межтрубном пространстве. [12]

Конвективные поверхности нагрева всех котлов выполнены одинаково, за исключением котла KB-TGB, у которого в конвективной шахте установлен един пакет. [14]

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару. [15]

Страницы: 1 2 3 4 5

Видео:Тракты парового энергетического котлаСкачать

Поверхности нагрева парового котла

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 (см. рис. 18.1).

Экраны котлов с естественной цирку­ляцией, работающих под разрежением в топке, выполняются из гладких труб с внутренним диаметром 40—80 мм. Эк­раны представляют из себяряд парал­лельно включенных вертикальных подъемных труб, соединœенных 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 (ʼʼзашлакуетʼʼ) 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.

Температура перегретого пара долж­на поддерживаться постоянной всœегда, независимо от режима работы и нагруз­ки котлоагрегата͵ поскольку при ее пони­жении повышается влажность пара в по­следних ступенях турбины, а при повы­шении температуры сверх расчетной по­является опасность чрезмерных термиче­ских деформаций и снижения прочности отдельных элементов турбины. Поддер­живают температуру пара на постоянном уровне с помощью регулирующих устройств — пароохладителœей. Наиболее широко распространены пароохладители впрыскивающего типа, в которых регули­рование производится путем впрыскива­ния обессоленной воды (конденсата) в поток пара. Вода при испарении отни­мает часть теплоты у пара и снижает его температуру.

Низкотемпературные поверхности нагрева. Низкотемпературными считают­ся поверхности, расположенные в кон­вективном газоходе и работающие при относительно невысоких температурах продуктов сгорания. К ним относятся водяные экономайзеры и воздухоподог­реватели. Основная цель их установки — максимальное использование теплоты уходящих из котла газов.

Водяные экономайзеры, предназначенные для подогрева пита­тельной 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 сосœедних 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 реализуются опорными стойками, закрепленными в большинстве случаев на полых (для воздушного охлаждения), изолирован­ных со стороны горячих газов балках каркаса (рис. 18.4).

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 крайне важно стью смывания со стенок труб пузырьков воздуха, спо­собствующих 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 данном 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 не­сколько 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, к примеру, 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 должна 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), в связи с этим 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 эконо­майзером 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 воздухо­подогреватель, 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 счёт 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 предвари­тельным 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 набив­кой (насадкой) из гофрированных тон­ких стальных листов, заключенный в не­подвижный корпус.

Секторными плитами корпус разделœен 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

где k — коэффициент теплопередачи; Δtср — среднелогарифмическая разность температур продуктов сгорания и рабо­чей среды; BPQ — количество восприня­той теплоты.

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

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.

Видео:Одноконтурный котёл и бойлер косвенного нагреваСкачать

3 Поверхности нагрева паровых котлов

2. Поверхности нагрева паровых котлов

2.1. Тепловосприятие поверхностей нагрева

Эффективная и надежная работа котельного агрегата возможна только при рациональной компоновке и схеме расположения отдельных элементов газового тракта, в котором происходит охлаждение продуктов сгорания топлива путем теплопередачи к нагреваемой рабочей среде в водопаровом тракте и к предназначенному для сжигания топлива воздуху в воздухоподогревателе. Для решения этой задачи необходимо знать все варианты конструктивного исполнения элементов поверхностей нагрева и достигаемых при их работе показателях – изменении температуры и давления теплоносителей.

Парообразующие поверхности паровых котлов различных систем заметно отличаются друг от друга, но всегда располагаются в основном в топочной камере и воспринимают теплоту радиацией. В зависимости от вида сжигаемого топлива топочные экраны воспринимают 40…50% полного количества теплоты, отдаваемой рабочей среде в котле в целом. В поверхностях нагрева горизонтального газохода это тепловосприятие составляет 20…25%, а на поверхности конвективной шахты приходится 30…40% теплоты.

На рис. 2.1 а, б показаны доли тепловосприятия в поверхностях котла, приходящиеся на нагрев воды, парообразование и перегрев пара при разных давлениях в котле с учетом температур перегретого пара и питательной воды.

Так, при среднем давлении (4 МПа) теплоты, получаемой экранами радиационным теплообменом в топке, недостаточно для покрытия полной его потребности на парообразование (62%), в связи с чем часть теплоты, затрачиваемой на испарение воды, передается в экономайзере и в конвективных котельных пучках труб на выходе из топки. Поэтому в барабанных котлах среднего давления обычно экономайзер становится кипящим, в нем питательная вода не только подогревается до температуры насыщения, но и частично превращается в пар. Для этих котлов характерны конвективные испарительные поверхности, образованные из трех-четырех рядов труб на выходе из топки с собственным нижним коллектором, питаемым водой из барабана, а также разводка труб заднего экрана в два-три ряда в зоне пересечения ими горизонтального газохода (фестон).

Рис. 2.1. Распределение доли теплоты на подогрев, испарение и перегрев в котлах при разных давлениях и температуре пара на выходе: а — h — p — диаграмма нагрева воды (Δh_В), ее испарения (Δh_ИСП) и перегрева пара (Δh_ПЕ); б — доли тепловосприятия поверхностей котла; Б — барабан; ЭКР — топочные экраны и доля испарения воды в экранах топки; ЭК — экономайзер и доля подогрева воды до насыщения в поверхности экономайзера; ПЕ — пароперегреватель и доля перегрева пара в поверхности пароперегревателя; h_НАС, h_Н.П. — соответственно энтальпии насыщения воды и насыщенного пара в барабане; h_П.В, h_ПЕ — энтальпии питательной воды на входе в котел и перегретого пара.

Видео:Как работает котел теплоэлектростанции?Скачать

Рекомендуемые файлы

В барабанных котлах высокого давления (10 МПа и выше) доля теплоты, используемая на парообразование, в значительной мере снижается (рис. 2.1 а, б), и тепловосприятие экранов в топочной камере становится достаточным для получения требуемого количества пара, в связи с чем экономайзер выполняет только свою основную функцию: подогревает поступающую питательную воду.

При сверхвысоком (18,5 МПа) и особенно при сверхкритическом давлении расширяется область подогрева воды, поэтому не только в конвективных пакетах экономайзера, но и в нижней части топочных экранов происходит нагрев воды до зоны фазового перехода (радиационный экономайзер), а далее расположены поверхности, в которых происходит фазовый переход от состояния воды к состоянию пара и начальный перегрев пара (средняя и верхняя радиационные части экранов топки).

При высоком и сверхкритическом давлениях пароперегревательные поверхности потребляют значительную долю тепловосприятия и не могут разместиться только в горизонтальном газоходе котла (тепловосприятие поверхностей здесь не превышает 20-22 %), поэтому часть поверхности пароперегревателя занимает верх топки (потолок, настенные панели), а выходной конвективный пакет часто находится в верхней части конвективной шахты (см. рис. 2.11, в).

Рис. 2.11а. Компоновка пароперегревателей в барабанном котле высокого давления: 1 — топочная камера; 2 — конвективная шахта.

В паровых котлах СКД заметно увеличивается доля тепловосприятия пароперегревательных поверхностей, при этом значительная часть этих поверхностей располагается на стенах топки, в зоне высоких тепловых потоков, что ставит специальные задачи по защите металла труб от перегрева.

На тепловосприятие конвективного экономайзера и воздухоподогревателя в конвективной шахте приходится около 30…35% общего тепловосприятия поверхностей котла. Воздухоподогреватель получает в конвективной шахте необходимое количество теплоты для доведения воздуха до заданной температуры, а на долю экономайзера отводят оставшуюся часть.

2.2. Конструкции топочных экранов

Как указано выше, топочные экраны получают до 50% всего тепловосприятия рабочей среды в котле и находятся в зоне наиболее высоких температур газов, требуют тщательного конструктивного выполнения для обеспечения надежной работы металла труб.

По конструкции различают экраны гладкотрубные, в которых трубы расположены вдоль стены топки с небольшим зазором 4…6 мм (рис. 2.2, а),

Рис. 2.2a. Топка с гладкотрубными экранами: 1 — труба; 2 — огнеупорный бетон; 3 — тепловая изоляция; 4 — уплотнительный слой (обмазка, металлический лист);

и газоплотные, которые могут быть выполнены двух типов: либо из таких же гладких труб, но с вваренными между ними проставками шириной 6…12 мм (рис. 2.2, б),

Рис. 2.2б. Топочный гладкотрубный экран экран с вварными проставками (мембранный): 1 — труба; 3 — тепловая изоляция; 4 — уплотнительный слой (обмазка, металлический лист); 5 — металлическая проставка;

либо с применением плавниковых труб, сваренных между собой (рис. 2.2, в).

Рис. 2.2в. Газоплотный экран из плавниковых труб: 1′ — плавниковая труба

Экраны из таких сваренных между собой панелей образуют монолитную цельносварную газоплотную конструкцию, их называют мембранными. Для создания в топке зоны устойчивого воспламенения малореакционных топлив, требующих высокой температуры для их интенсивного горения, экраны всех типов на соответствующих участках покрывают огнеупорной массой с закреплением ее на приваренных к трубам шипах. Такие экраны называются футерованными экранами (рис. 2.2, г, д).

Рис. 2.2г, д. Типы экранирования топки:

г — футерованный гладкотрубный экран; д — футерованный мембранный экран; 2 – огнеупорный бетон; 3 — тепловая изоляция; 4 — уплотнительный слой (обмазка, металлический лист); 5 — металлическая проставка; 6 — приварные шипы; 7 — огнеупорная масса

Гладкотрубные экраны применяются в паровых котлах всех систем, работающих под разрежением газового тракта. При естественной циркуляции в целях повышения надежности движения рабочей среды в трубах топочные экраны располагаются почти исключительно вертикально и в отдельных случаях круто наклонно. Парообразующие поверхности нагрева прямоточных котлов и котлов с многократной принудительной циркуляцией можно ориентировать в пространстве любым способом, выполняя топочные экраны вертикальными, горизонтальными и подъемно-опускными, поскольку здесь есть возможность организации движения пароводяной смеси со скоростью, предотвращающей нарушение гидравлических режимов.

2.2.1. Вертикальные топочные экраны котлов с естественной циркуляцией

Обычно топочные экраны выполняются в виде нескольких вертикальных панелей (секций) шириной b_C, которые полностью закрывают все стены топки и имеют только подъемное движение рабочей среды (рис. 2.3, а).

Рис. 2.3. Схемы экранов пылеугольного котла с естественной циркуляцией: а — секция фронтового экрана; б — циркуляция в экранных секциях топки; в — выполнение нижнего выступа из экранных труб; 1 — барабан; 2 — необогреваемые опускные трубы; 3 — фронтовой экран; 4 — отводящие трубы; 5 — задний экран; 6 — секции бокового экрана; 7 — разреженные отводящие трубы заднего экрана; 8 — развилка труб (тройник); 9 — дроссельная шайба в трубе (показана условно); 10 — скоба (гребенка) для крепления труб секции

Трубы имеют наружный диаметр 83-76-60 мм с толщиной стенки 3,5…5 мм, причем для котлов высокого давления (10 и 14 МПа) используются трубы меньшего диаметра, но с увеличенной толщиной стенки (до 5 мм). Экранные трубы секции, как правило, объединяются нижним и верхним коллекторами и отводящими трубами большего диаметра, чем экранные (рис. 2.3, б). Сечение опускных и отводящих труб составляет 30…50 % сечения подъемных труб каждой секции.

Экранные трубы заднего экрана в отличие от других экранов должны пересечь газовое окно на выходе из топки в горизонтальный газоход. Для обеспечения достаточного прохода газов между трубами в зоне газового окна расположены разреженные отводящие трубы, либо трубы заднего экрана разведённые в 3…4 ряда (эта конструкция получила название фестон).

Для обеспечения необходимой аэродинамики газов в топочном объеме в ряде конструкций экранов топки выполняются выступы экранных секций внутрь объема топки: нижние симметричные выступы на 1/4 глубины топки с каждой стороны для выделения зоны горения и создания области жидкого шлакообразования и верхний выступ заднего экрана на 1/3 глубины топки для создания равномерного расхода газов по высоте выходного газового окна (рис. 2.3, в).

Плотность экранирования стен характеризуется отношением шага труб к диаметру s_Э = s_Э/d и составляет s_Э = 1,07…1,1.

Экранные секции закрепляются вверху, верхний коллектор опирается на горизонтальные балки потолочного перекрытия каркаса котла. Компенсация теплового расширения экранной секции предусмотрено в нижнем направлении. Нижние коллекторы имеют свободу вертикальных перемещений в пределах расчетного теплового расширения экрана (60…100 мм).

Для повышения прочности экрана (за счет разности давления в топке и снаружи стена топки воспринимает давление 5…10 т) и исключения вибрации при пульсирующем давлении в топке экраны укрепляют установленными по горизонтали двутаврами — поясами жесткости (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Установка пояса жесткости экранных труб: 1 — труба экрана; 2 — опускная труба; 3 — двутавр пояса жесткости; 4 — соединение пояса жесткости с секцией труб; 5 — крепежная профильная лента секции труб; 6 — соединительная скоба; 7 — обмуровка и тепловая изоляция

Двутавры связаны с трубами экрана и охватывают по периметру всю топку через 3-4 м высоты, перемещаются вместе с трубами при тепловом расширении.

В котлах большой мощности в отдельных случаях по середине топки установлен двухсветный экран (рис. 2.5, а), разделяющий топку на две полутопки.

Рис. 2.5. Выполнение двусветного экрана: а — установка экрана в топке; б — общий вид экрана; в — узел сварки труб экрана; 1 — барабан; 2 — двусветный экран; 3 — горелки; 4 — пояс жесткости; 5 — летка для выхода жидкого шлака; 6 — шлаковая ванна; 7 — ширмы пароперегревателя;
8 — окно для выравнивания давления; 9 — тройник; 10 — труба; 11 — приварной пруток; 12 — ремонтный лаз.

Такой экран увеличивает тепловоспринимающую поверхность без изменения сечения топки, интенсивно охлаждает топочные газы, благодаря чему можно уменьшить высоту топки. Трубы этого экрана по высоте нельзя закрепить к каким-либо неподвижным внешним конструкциям, между собой они скрепляются в нескольких местах путем сварки через пруток (рис. 2.5, в). Для выравнивания давления в обеих полутопках в двусветном экране выполнены окна.

В последние годы применяются конструкции экранов с натрубной обмуровкой. Такая обмуровка стен топки оказалась достаточно легкой и может быть прикреплена непосредственно к трубам экрана на котлостроительном заводе после сборки секции экрана. Таким образом, на монтажно-сборочную площадку строящейся ТЭС поступают готовые секции топки. После их монтажа необходимо только уплотнить швы между секциями.

2.2.2. Топочные экраны прямоточных котлов

В прямоточных котлах кратность циркуляции рабочей среды в экранах равна 1, в то время как при естественной циркуляции она составляет 10…30. Кроме того, скорость рабочей среды при прямоточном принудительном движении примерно в 2 раза выше, чем при естественной циркуляции. Поэтому необходимое сечение для пропуска рабочей среды прямоточного котла в 20…40 раз меньше, чем при естественной циркуляции и той же паропроизводительности. Здесь весь поток рабочей среды проходит только через 2…4 параллельных секции, называемые лентами (панелями), состоящими из 40…60 труб и имеющими каждая ширину 2…3 м.

Поскольку движение рабочей среды в этих экранах принудительное, то уменьшение диаметра труб за счет роста сопротивления не вызовет снижение скорости движения, как это имеет место при естественной циркуляции, где дальнейшее уменьшение диаметра труб менее 60 мм нежелательно. Топочные экраны прямоточных котлов выполняются из труб диаметром 32…42 мм с толщиной стенки 4…6 мм. Уменьшение диаметра труб по сравнению с естественной циркуляцией дает экономию металла при экранировании стен топки до 30%. Однако уменьшение диаметра труб при сохранении массовой скорости потока требует увеличения числа параллельных труб. Увеличение тепловой мощности котла и уменьшение диаметра труб приводят к заметному увеличению ширины ленты, а чем шире лента, тем больше влияние неравномерности обогрева параллельных труб, образующих ленту. Поэтому при малом диаметре труб, в мощных паровых котлах выполняется параллельно несколько лент (заходов), при этом ширина каждой ленты остается небольшой. Получается два — четыре параллельных потока рабочей среды с независимым регулированием расхода и температуры по каждому потоку.

При экранировании стен топки применяются различные схемы панелей и их расположение. В нижней радиационной части топки (НРЧ), где характерны высокие тепловые потоки, падающие на экраны, предпочитают применять вертикальные экранные панели с подъемным движением рабочей среды, обеспечивающие равномерное распределение среды по всем трубам и надежный отвод теплоты от металла (рис. 2.6, а).

Полная экранизация стен НРЧ достигается при большом числе параллельных панелей, включенных по рабочей среде последовательно, но тогда конструкция экрана усложняется. Средняя и верхняя радиационная части топки (СРЧ и ВРЧ) экранированы плоскими горизонтально — подъемными панелями, закрывающими по высоте часть стены топки или ее половину (рис. 2.6, б). Для выравнивания давления и температуры среды по панелям после получения определенного тепловосприятия установлен узел смешения рабочей среды.

Горизонтально — наклонная навивка трубных лент по стенам топки, предложенная проф. Л.К. Рамзиным (рис. 2.6, в), отличается наименьшей тепловой разверкой между трубами в секции (ленте).

Рис.2.6a. Вертикальные панели экранирования НРЧ в прямоточных котлах: 1 — подвод воды; 2 — раздающий коллектор; 3, 4, 5 — фронтовые, боковые и задние настенные панели; 6 — опускной смесительный коллектор; 7 — перепускные трубы.

Рис.2.6б. Панели с горизонтальноподъемным движением в СРЧ прямоточного котла: 1 — коллектор; 2, 3 — нижняя и верхняя секции панели.

Рис.2.6в. Развертка топочного экрана котла с навивкой Рамзина: 1 — входной кол

лктор; 2 — выходной коллектор

Рабочая среда движется от нижнего коллектора ленты до верхнего, многократно опоясывая топочную камеру. Такая навивка имеет минимальное количество коллекторов и гидравлически устойчивые характеристики движения при любом рабочем давлении. Основным недостатком навивки Л.К. Рамзина является невозможность конструктивного выполнения в виде готовых плоских настенных панелей, необходимость выполнения большого числа сварных стыков труб при монтаже. Эти обстоятельства ограничивают применение данной схемы навивки на мощных паровых котлах.

2.2.3. Специальные конструкции экранов

Газоплотные сварные экраны находят широкое применение в современных конструкциях котлов, имеют на 10…15% меньшую массу металла на единицу лучевоспринимающей поверхности по сравнению с гладкотрубными. Шаг труб увеличен до s₁ = (1,4…1,45)d, так как между трубами ввариваются проставки шириной до 14…16 мм, соответственно сокращается число труб, а суммарное сечение их подбирается по условиям обеспечения необходимой массовой скорости рабочей среды. Эти экраны находятся в лучших условиях работы, так как часть поглощенной плавниками (проставками) теплоты передается тыльной стороне труб благодаря растечке теплового потока, что превращает эту часть труб в активную поверхность нагрева. В таком экране исключены выход отдельных труб из плоскости экрана и ухудшение по этой причине их температурного режима.

Для уменьшения периметра топки газоплотные топочные экраны проектируются на повышенную удельную паропроизводительность фронта 22…35 кг/с пара на 1 м ширины топки (при мощности котла 300…800 МВт). При этом глубину топочной камеры несколько увеличивают, приближая ее к квадратному сечению, имеющему при одинаковых теплонапряжениях сечения минимальный периметр. В негазоплотных топках удельная паропроизводительность фронта на 12…15% меньше, а отношение ширины к глубине топки около 2:1.

Особенно высоко требование плотности в котлах, работающих под наддувом, в которых значительно избыточное давление продуктов сгорания в топочной камере. Обеспечение плотности в потолочном экране таких котлов представляет наибольшие трудности в связи с тем, что через него проходят к вышерасположенным коллекторам трубы поверхностей нагрева. Поэтому над потолочным экраном помещают вторую ограждающую стенку, так называемый шатер (рис. 2.7, а).

Все пароперебросные трубы между отдельными пакетами перегревателя расположены внутри шатра. Шатер находится под давлением воздуха после дутьевого вентилятора, поэтому неплотность в проходе труб поверхностей нагрева через потолок не приводит к загазованности объема шатра. Более совершенные уплотнения должны иметь отводящие трубы на выходе из шатра, но их число незначительно, и они выводятся через специальные сильфонные уплотнения, показанные на рис. 2.7, б.

Наиболее ответственным узлом при выполнении газоплотного экрана является уплотнение мест вывода труб из топки. На стыке НРЧ, СРЧ и ВРЧ при смешении рабочей среды, поступающей из отдельных панелей, выполняются закрытые стальные короба, внутри которых помещены смесительные коллекторы (рис. 2.7, в). Кроме того, щели между трубами в зоне сопряжения панелей дополнительно закрываются приварными гребенчатыми проставками.

Потолочный экран выполняется из отдельных блоков газоплотных панелей. Для прохода труб ширм, подвесных труб конвективных пакетов в потолочных панелях специальной разводкой труб выполнены отверстия, а места прохода уплотнены.

Камеры интенсивного горения твердого топлива (при жидком шлакоудалении), циклонные топки ограждены футерованными экранами (рис. 2.2, г, д).

Рис.2.7. Газоплотный паровой котел и его узлы уплотнения: а — общий вид котла: 1 — топка; 2 — горелки; 3 — узел разъема экранных панелей; 4 — уплотнительный верхний короб (шатер); 5 — ширмовая поверхность пароперегревателя; 6 — конвективная поверхность пароперегревателя; 7 — потолочный экран; 8 — пояс жесткости экранов; б — узел уплотнения прохода труб через стенку: 1 — отводящая труба; 2 — выводная камера; 3 — герметизирующая пластина; 4 — сильфон; в — узел разъема экранных панелей: 1 — газоплотный экран; 2 — смесительный коллектор; 3 — уплотняющий металлический короб с тепловой изоляцией; г — соединение шатра со стеной топки: 1 — газоплотный экран; 2 — коллектор; 3 — подвеска экрана; 4 — сильфонный компенсатор; 5 — гофрированная пластина; 6 — стенка шатра топки; 7 — обмуровка топки.

Для создания футерованного экрана к трубам контактной или угловой сваркой приваривают шипы (прутки) диаметром 10 мм и высотой 15…25 мм. Шипы являются каркасом для крепления набивной массы из огнеупорного материала, отводящим от нее теплоту к экранным трубам. Набивная масса в несколько раз уменьшает тепловосприятие экранов. Вместе с тем ее теплопроводность должна быть достаточной для отвода воспринимаемого излучения и исключения перегрева футеровки, когда последняя начинает быстро разрушаться.

В качестве новых типов ошиповки применяется оребрение накаткой ребер по наружной поверхности труб. Накатанные трубы чрезвычайно стойки, технологичны, хорошо удерживают набивную массу и удобнее при ремонте экранов.

2.3.1. Виды пароперегревателей

Пароперегреватель предназначен для перегрева поступающего в него насыщенного пара до заданной температуры перегрева и является одним из наиболее ответственных элементов котла. При высокой температуре пара металл перегревателя работает в условиях, близких к предельно допустимым.

По тепловосприятию и конструкции различают пароперегреватели:

конвективные, располагаемые в конвективных газоходах котла и получающие теплоту, главным образом, конвекцией;

радиационные, размещаемые на стенах и потолке топочной камеры и горизонтального газохода и получающие теплоту, в основном радиацией от высоконагретых газов;

полурадиационные, находящиеся в верхней части топки на входе в горизонтальный газоход и выполняемые в виде плоских ширм или лент, собранных из пароперегревательных труб, находящихся друг за другом в одной плоскости.

По назначению пароперегреватели делятся на основные, в которых перегревается пар высокого и сверхкритического давления, и промежуточные — для повторного (вторичного) перегрева пара, частично отработавшего в турбине.

Конвективные пароперегреватели выполняются из стальных труб наружным диаметром 32…42 мм для высокого и сверхкритического давления и толщиной стенки 5…7 мм. В промежуточных пароперегревателях при более низком давлении пара используют диаметр труб 42…50 мм при толщине стенки 4…5 мм.

Обычно для пароперегревателей применяются гладкие трубы, так как они технологичны в производстве, мало подвержены наружным отложениям и легче от них освобождаются. Недостатком гладкотрубных поверхностей нагрева — невысокое тепловосприятие при умеренных скоростях газового потока. Из труб пароперегревателя образуются змеевики с радиусами гибов труб не менее 1,9d. Концы змеевиков приварены к коллекторам круглого сечения. Так образуются змеевиковые пакеты перегревателя. Расстояние между рядами змеевиков составляет s₁ = (2…5)d. Змеевики выполняются одно- двух- и многорядные (рис. 2.8) и отличаются числом параллельных труб, образующих змеевик. При большой мощности котла пароперегреватели выполнены обычно в 3…4 ряда труб. При этом затрудняются условия для приварки концов труб к коллектору, увеличивается число сверлений в нем и снижается его прочность. Поэтому при увеличенном числе труб в ряду используются два коллектора для образования змеевика.

Рис. 2.8. Типы конвективных змеевиков пароперегревателя: а — однорядный; б — двухрядный; в — четырехрядный; г — многорядный (ленточный).

Рис.2.9 Расположение и конструкции ширмового пароперегревателя: а — расположение ширм на выходе из топки; б — обвязка труб ширмы; в — вид цельносварной ширмы;
1 — входной коллектор;
2 — выходной коллектор;
3, 5 — обвязочные трубы верхнего и нижнего уровней; 4 — трубы ширмы.

Ширмовые конструкции пароперегревателя представляют собой, как правило, систему из большого числа вертикальных труб (14…50 шт.), образующих широкую плоскую ленту, которая имеет один гиб на 180° и состоит из опускного и подъемного участков (рис. 2.9). Ширмы размещаются на выходе из топочной камеры на заметном удалении друг от друга, шаг ширм s₁= 550…700 мм, т.е. (17…22)d, для исключения возможности зашлаковывания газовых коридоров между ними. Газовый поток движется вдоль плоских ширм и передает теплоту трубам ширм радиационным и конвективным путем.

Для исключения выхода отдельных труб из плоскости ширмы выполняется перевязка труб ширм в двух уровнях по высоте за счет вывода из ряда двух крайних (лобовых) труб и пропуска их с двух сторон снаружи ленты горизонтально за последний подъемный ряд труб (рис. 2.9, б). На горизонтальном участке эти трубы связаны между собой проставками и строго фиксируют остальные трубы в одной плоскости.

Ширмовые пароперегреватели являются радиационно — конвективными поверхностями, их тепловосприятие складывается из значительной доли радиационного излучения от ядра факела и раскаленных газов в объеме между ширмами и доли конвективного теплообмена, так как газы омывают ширмы продольно — поперечным потоком со скоростью 5…8 м/с. Ширмовые пароперегреватели воспринимают 30…40% всего тепловосприятия пароперегревателя. В последнее время ширмы стали выполняться не из гладких, а из плавниковых труб либо из гладких труб с вваренными между ними поставками;

получаются так называемые цельносварные ширмы (рис. 2.9, в). Такие ширмы меньше шлакуются, легче очищаются от наружных загрязнений, трубы ширм не выходят из ранжира, горизонтальные цельносварные ширмы могут выполняться с опорой по краям без промежуточных опор и подвесок, так как представляют собой жесткую плоскую систему.

Радиационные пароперегреватели выполняются настенными и их обычно размещают в верхней части топки, где ниже тепловые потоки. Радиационный пароперегреватель барабанного парового котла обычно занимает потолок топки, а если этого недостаточно, то его размещают и на вертикальных ее стенах (см. рис. 2.10).

Настенные перегреватели, выполненные в виде панели на всю высоту топки (вместо экранных испарительных труб), оказываются менее надежными, так как отвод теплоты от металла к пару во много раз слабее, чем в кипящей воде. Особенно тяжелый режим имеет металл труб настенного перегревателя при сниженных нагрузках, когда расход пара в трубах заметно снижается. Поэтому радиационные панели перегревателя при необходимости располагаются поверх экранных труб в верхней части топки.

В прямоточных паровых котлах радиационные поверхности пароперегревателя обычно полностью занимают верхнюю часть топки (ВРЧ), потолок и стены горизонтального газохода.

Рис. 2.10. Схема движения пара в котле высокого давления с естественной циркуляцией: 1 — барабан; 2 — настенная радиационная панель перегревателя; 3 — разводка труб для горелки; 4 — потолочный пароперегреватель; 5 — ширмовый пароперегреватель; 6 — необогреваемые перепускные трубы; 7, 8 — змеевики вертикального и горизонтального пакетов перегревателя; 9 — подвесные трубы; 10 — камера перегретого пара

На мощных энергетических блоках применяется промежуточный перегрев пара. Учитывая относительно низкое давление пара, поступающего из цилиндра паровой турбины (3…4 МПа), гидравлическое сопротивление пакетов промежуточного пароперегревателя должно быть небольшим (0,2…0,3 МПа). Это ограничивает массовую скорость пара и при большом удельном объеме его требует применения труб большого диаметра, (44…54 мм) что снижает коэффициент теплоотдачи от стенки к пару. Низкие значения внутреннего коэффициента теплоотдачи, особенно в выходной его части, вызывают в ряде случаев недопустимое повышение температуры перлитной стали, из которой выполняется пароперегреватель. Для обеспечения надежности такой пароперегреватель расположен в зоне умеренного обогрева (температура газов на входе не выше 850°С). Интенсифицировать внутренний теплообмен можно применением труб с внутренним продольным винтовым оребрением. Такая конструкция заметно увеличивает поверхность внутреннего теплообмена и повышает турбулентность потока.

2.3.2. Компоновка пароперегревателей

Поскольку тепловосприятие пароперегревателей при высоком и сверхкритическом давлении пара достаточно большое (35% и более общего тепловосприятия поверхностей котла), его выполняют комбинированным, включающим все три вида (радиационный настенный, полурадиационный ширмовый или ленточный и змеевиковый конвективный). На рис. 2.10 показан один из первоначальных вариантов такого комбинированного пароперегревателя на котлах высокого давления.

Для обеспечения надежности работы металла поверхностей следует учитывать, что радиационный пароперегреватель размещается в области топки, где высокие тепловые потоки и их неравномерность определяют заметное превышение температуры наружной поверхности трубы по отношению к температуре проходящего по ней пара и разверку температур в отдельных (более сильно обогреваемых) трубах по сравнению со средней расчетной.

Поэтому обычно радиационная часть пароперегревателя используется на начальном этапе перегрева пара, когда его температура невелика, что облегчает условия работы металла. Также с достаточно высокими средними тепловыми напряжениями и в условиях заметной неравномерности температур газового потока работают полурадиационные поверхности, которые обычно располагают в средней зоне перегрева пара. Завершающий этап перегрева осуществляется в змеевиковых конвективных пакетах, расположенных в зоне более низких температур газов и тепловых потоков, но так, чтобы температурный напор в выходном (горячем) пакете был не ниже 200…250 °С, иначе поверхность пакета, выполненного из наиболее качественной легированной стали, будет чрезмерно большой.

Первый конвективный (холодный) пакет часто устанавливают также в зоне умеренных температур газов. Это позволяет использовать для выполнения пакета более дешевую углеродистую сталь (при температуре стенки t_СТ 2 · с), в кипящих частях экономайзера 800…1000 кг/(м 2 с). Для обеспечения необходимой скорости движения определяется общее число

Рис. 2.12 г: 2 — трубные змеевики; 3 — коллектор; 8 — опорные стойки.

параллельно включенных труб и по условиям их приварки к коллекторам и создания необходимого шага между трубами устанавливается число параллельных потоков воды в пакетах экономайзера (обычно имеет место 2…4 потока).

Рис. 2.12 д: 1 — обмуровка конвективной шахты; 2 — трубные змеевики; 3 — коллектор; 9 — мембранная проставка; 10 — граница установки мембран.

Для интенсификации теплопередачи с газовой стороны и повышения компактности пакетов увеличивают поверхность нагрева путем сварки гладких труб на прямых участках с помощью проставок из листовой стали толщиной 3…4 мм. Получаются пакеты так называемых мембранных экономайзеров (рис. 2.12, д). Мембранный экономайзер занимает меньший объем газохода, и за счет тепловоспринимающей поверхности проставок расход гладких труб уменьшается на 25…30% при одинаковом тепловосприятии обычного и мембранного экономайзеров. Такой экономайзер к тому же не требует установки дистанционирующих опор, оказывается жестким по конструкции и опирается на собственные раздающие коллекторы.

В паровых котлах большой мощности (200 МВт и выше) сильно возрастает число параллельных змеевиков экономайзера в одном ходе, при этом трубы должны выходить из коллектора по его периметру в количестве 6…8 шт, что невозможно выполнить. Поэтому обычно удваивают число входных и выходных коллекторов для обеспечения надежности (прочности) стенки коллектора за счет уменьшения числа отверстий. Кроме того, в целях исключения присосов воздуха при выводе труб через наружную стенку газохода (невозможность герметизации мест прохода труб при разном тепловом расширении металла и обмуровки) размещают коллекторы внутри газохода и одновременно используют их как опорные балки для крепления горизонтальных трубных змеевиков.

Конструкцию экономайзера характеризуют следующие показатели:

удельный объем, занимаемый экономайзером в конвективной шахте, V_ЭК/Q_П.К, м 3 /МВт — габаритная характеристика экономайзера;

удельный расход металла на экономайзер — G_ЭК/Q_П.К, кг/МВт — массовая (весовая) характеристика экономайзера.

С уменьшением диаметра трубок указанные характеристики улучшаются, но предельный диаметр труб определяется технологией производства и ростом внутреннего гидравлического сопротивления при сохранении необходимой массовой скорости воды. В настоящее время минимальный технологически осуществимый наружный диаметр труб составляет 28 мм при толщине стенки 3 мм.

Воздухоподогреватели по конструкции выполняются трубчатыми (рекуперативные) и пластинчатыми (регенеративные).

Рекуперативные воздухоподогреватели имеют неподвижную трубчатую поверхность нагрева, через которую непрерывно передается теплота от продуктов сгорания к нагреваемому воздуху.

В регенеративных воздухоподогревателях пластинчатая поверхность нагрева вращается и омывается попеременно продуктами сгорания и воздухом, вначале нагреваясь и затем охлаждаясь, отдавая теплоту нагреваемому воздуху.

Воздухоподогреватель работает с наименьшим температурным напором между греющими продуктами сгорания и нагреваемым воздухом и имеет низкий коэффициент теплопередачи по сравнению с другими поверхностями котла. Поэтому поверхность нагрева воздухоподогревателя превышает суммарную поверхность нагрева всех элементов водопарового тракта и для котла мощного блока достигает десятков и сотен тысяч квадратных метров.

Трубчатый воздухоподогреватель (ТВП) имеет вертикально расположенную трубную систему (рис. 2.13), выполненную из стальных труб наружным диаметром 30…40 мм при толщине стенки 1,2…1,5 мм. Трубы прямые вертикальные, концами приварены к трубным доскам и расположены в шахматном порядке.

Внутри труб движутся продукты сгорания (продольное омывание), теплота которых передается воздуху, движущемуся между трубами (поперечное смывание). Для образования перекрестного тока воздуха трубная система по высоте делится на несколько ходов промежуточными перегородками — досками; в местах поворота

Рис. 2.13. Конструкция трубчатого воздухоподогревателя: 1 — стальные трубы; 2, 6 — верхняя и нижняя трубные доски; 3 — компенсатор тепловых расширений; 4 — воздухоперепускной короб; 5 — промежуточная трубная доска; 7 — опорные колонны; 8 — горизонтальные балки.

установлены воздушные перепускные короба. Воздухоподогреватель с боков имеет наружные стальные плотные стенки. Нижняя трубная доска опирается на металлическую раму, связанную с каркасом котла.

Трубы расширяются при нагревании, при этом верхняя трубная доска имеет возможность перемещений и в то же время обеспечивается плотность газохода за счет установки линзового компенсатора по всему ее периметру (рис. 2.13).

Трубчатый воздухоподогреватель выполняется в виде отдельных кубов (секций), удобных для монтажа и транспорта, которые заполняют все сечение газохода. Трубные доски секций между собой уплотняются линзовыми компенсаторами.

Воздух в воздухоподогреватель обычно подается одним потоком по его широкой стороне (см. рис. 2.13). Такая схема называется однопоточной.

Двухпоточная по воздуху схема (рис. 2.14, а) позволяет уменьшить высоту хода, увеличить число ходов и соответственно повысить температурный напор. При большой мощности котла переходят к многопоточной схеме движения воздуха (рис. 2.14, б). Из-за невысокого коэффициента теплопередачи 15…20 Вт/(м 2 К) и низкого температурного напора между газами и нагреваемым воздухом (50…80°С) трубчатый воздухоподогреватель имеет большую теплообменную поверхность и габариты, особенно при большой тепловой мощности котла.

При последовательном размещении вдоль газового тракта экономайзера и воздухоподогревателя — одноступенчатой компоновке поверхностей в конвективной шахте, возникает ограничение температуры подогрева воздуха.

Рис. 2.14. Компоновки трубчатых воздухоподогревателей с различным подводом воздуха: а — двухпоточная; б — четырехпоточная; в — двухпоточная и двухступенчатая; 1 — вход холодного воздуха; 2 — выход горячего воздуха; 3, 4 — первая и вторая ступени экономайзера.

Поскольку масса и теплоемкость воздуха меньше, чем эти показатели в газовом потоке, повышение температуры воздуха происходит в большей мере, чем снижение температуры газов, и перепад температур между газами и воздухом по мере нагрева воздуха снижается. Предельная температура подогрева воздуха в воздухоподогревателе соответствует достижению минимального перепада температур газ-воздух Δt = 30°С и составляет 250…320 °С (значения 300…320°С относятся к газоплотным котлам и топливам, имеющим Δt_ВХ = θ_УХ — t’_В.П≈ 100°С).

Для подогрева воздуха до более высокой температуры (350…450°С) трубчатые воздухоподогреватели выполняются двухступенчатыми, с расположением второй ступени воздухоподогревателя выше поверхности экономайзера в зоне более высоких температур газов (рис. 2.14, в). Этим достигается значительное увеличение начального перепада температур газ — воздух, что обеспечивает дальнейший нагрев воздуха и способствует снижению габаритов второй ступени воздухоподогревателя.

Трубчатые воздухоподогреватели выполняются из углеродистой стали, для которой максимально допустимая температура металла не превышает 500°С, что при температуре подогрева воздуха до 400°С соответствует температуре продуктов сгорания не более 600°С. Обычно температура продуктов сгорания за пароперегревателем высокого давления выше, а поэтому для защиты металла второй ступени воздухоподогревателя, если в схеме котла нет промежуточного перегревателя, располагают вторую ступень экономайзера.

Трубчатые воздухоподогреватели просты по конструкции, надежны в работе, значительно более плотны в сравнении с воздухоподогревателями других систем. Однако в большей мере подвергаются коррозии при конденсации влаги и паров H₂SO₄, в результате чего в трубках образуются сквозные отверстия и воздух перетекает на газовую сторону, увеличивая потери теплоты с уходящими газами и затраты на перекачку увеличенного объема продуктов сгорания.

Защита труб от коррозии достигается подогревом поступающего холодного воздуха в паровых калориферах (при подогреве воздуха свыше 50°С) либо путем рециркуляции части горячего воздуха на вход в трубчатый воздухоподогреватель (при нагреве до 50°С). Однако при этом снижается экономичность работы котла, так как одновременно происходит повышение температуры уходящих газов и рост потери теплоты.

В последнем случае ограничиваются частичными мерами снижения скорости коррозии (обеспечение так называемой допустимой скорости коррозии), а первый ход воздуха отделяют от других, чтобы в случаях коррозии нижнего трубного пакета иметь минимальную замену металла трубчатого воздухоподогревателя.

Пластинчатый воздухоподогреватель — регенеративный вращающийся воздухоподогреватель (РВП), в котором поверхность теплообмена во вращающемся корпусе (роторе) попеременно находится в газовом потоке, нагреваясь от высокотемпературных газов, а затем поступает в холодный воздушный поток и греет воздух, отдавая избыточную теплоту. Поверхностью теплообмена служат тонкие гофрированные и плоские стальные листы (пластины) образующие каналы малого эквивалентного диаметра (d_Э = 8…9 мм) для прохода продуктов сгорания и воздуха (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Конструктивное выполнение РВП: а — общий вид аппарата; б — вид сверху на секцию холодной части; в — листы набивки горячей и холодной частей; 1 — вал; 2, 3 — нижняя и верхняя опоры; 4 — секции горячей части ротора, 5 — то же холодной части; 6 — электропривод; 7 — наружная металлическая обшивка (кожух); 8 — периферийное уплотнение ротора РВП

Пластины объединяются в секции и заполняют цилиндрический пустотелый ротор, который по сечению разделен глухими радиальными перегородками на изолированные друг от друга сектора. Ротор воздухоподогревателя медленно вращается с частотой 1,5 …2,2 об/мин, его вал имеет привод от электродвигателя через шестеренчатую передачу. Диаметр ротора РВП в зависимости от типоразмера составляет от 5,4 до 9,8 м, а высота от 1,4 до 2,4 м.

Применение волнистых (гофрированных) листов-пластин обеспечивает интенсификацию конвективного теплообмена и тем самым более быстрый нагрев пластин и затем более глубокое их охлаждение, хотя удельное аэродинамическое сопротивление такой поверхности увеличивается. Поверхность нагрева пластин, располагаемая в 1 м 3 объема, составляет 300…340 м 2 /м 3 , в то время как в трубчатых воздухоподогревателях этот показатель составляет около 50 м 2 /м 3 .

Регенеративные воздухоподогреватели конструктивно сложнее, но они компактны, требуют меньшего расхода металла, имеют невысокое общее аэродинамическое сопротивление.

При значительном перепаде давлений между воздушным и газовым потоками и невозможности полной их герметизации в условиях вращающегося ротора имеют место перетоки воздуха по радиусу ротора на газовую сторону, а также потери воздуха по периферии воздушной части ротора и одновременно присосы окружающего воздуха в газовый поток по периферии ротора в газовой его части (в условиях, когда газовый поток находится под разрежением). Утечки воздуха и присосы его в газовый поток примерно равны и их можно условно также рассматривать как перетоки.

Суммарные нормированные перетоки воздуха в регенеративных воздухоподогревателях составляют до 20% при номинальной нагрузке и заметно возрастают при снижении ее. Перетоки воздуха приводят к перегрузке дымососов и дутьевых вентиляторов (на входе в РВП расход воздуха больше, чем необходимо для котла), снижается тепловая эффективность работы и несколько увеличивается температура газов на выходе.

Защита от перетоков достигается уплотнениями, устанавливаемыми в верхней и нижней частях ротора. Уплотнения различают: периферийное кольцевое на внешней поверхности ротора, внутреннее кольцевое вокруг вала РВП и радиальное, разделяющее воздушный и газовый потоки.

Для уменьшения отрицательного эффекта присосов и утечки воздуха на крупных РВП применяется отсос воздуха из общего корпуса РВП. При этом в корпусе устанавливается пониженное давление и доля присоса воздуха в продукты сгорания может быть сведена к минимуму. Для исключения перегрузки дутьевого вентилятора отсос из корпуса направляется в короб воздуха после РВП.

В лекции «24 Патофизиология обмена веществ» также много полезной информации.

В отличие от трубчатого регенеративный воздухоподогреватель располагается вне пределов конвективной шахты (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Установка регенеративного вращающегося воздухоподогревателя на котле: 1 — регенеративный вращающийся воздухоподогреватель; 2 — каркас корпуса воздухоподогревателя; 3 — экономайзер парового котла; 4 — горелка топки котла

Предварительный подогрев воздуха до 70…100°С перед его поступленим в воздухоподогреватель котла (трубчатый или регенеративный) обеспечивается в паровом калорифере, который выполняется в виде трубчатого теплообменника. Внутри вертикальных труб движется слабоперегретый пар с температурой около 120°С. Пар конденсируется на стенках труб и отдает теплоту конденсации потоку холодного воздуха, омывающему трубы снаружи перекрестным потоком.

Для усиления теплообмена трубы с воздушной стороны имеют оребрение (кольцевое или прутковое). По принципу работы паровой калорифер близок к трубчатому воздухоподогревателю, в котором газовая теплоотдающая среда заменена конденсирующимся паром.

Предварительный подогрев воздуха необходим при сжигании в котле сернистых твердых топлив и мазута для снижения низкотемпературной коррозии металла воздухоподогревателя (см. §7.6). Подогрев воздуха в паровых калориферах осуществляется также в зимнее время при использовании малосернистых или бессернистых топлив (природный газ), чтобы обеспечить температуру металла воздухоподогревателя не ниже 50°С для исключения конденсации водяных паров из газового потока.

📽️ Видео

Пневмоимпульсная очистка поверхностей нагрева котла.Скачать

Расчет мощности котла / Зависимость от объема помещенияСкачать

Презентация монтажа поверхностей нагрева водогрейного котла ПТВМ-50Скачать

Буферные емкости S TANK бак HFWTСкачать

Жаротрубные котлыСкачать

В производстве паровые котлы Е-1,6-0,9Скачать

Расчет мощности котла отопленияСкачать

Правильная схема обвязки, подключения электро котла. #отопление #котел #стройкаСкачать

Система отопления с энергосберегающим электрокотлом ЭОУ и бойлером косвенного нагрева для ГВССкачать

Как рассчитать мощность котла для отопления частного дома!? Отвечаем!Скачать