Котельный агрегат и его элементы

По конструкции паровые котлы можно разделить на два типа — газотрубные и водотрубные.

В газотрубных котлах основные поверхности нагрева находятся внутри цилиндрического со­суда большого диаметра в виде так называемых жаровых или дымогар­ных труб или различных их комбинаций, по которым движутся про­дукты сгорания топлива. На рис. 19.15 показаны схемы котлов с жа­ровыми и дымогарными трубами.

Несмотря на простоту конструкции и обусловливаемую этим деше­визну, жаротрубные котлы имеют ограниченное распространение и нашей промышленностью в настоящее время не изготовляются.

К не­достаткам, присущим этим котлам, относятся низкое давление пара (не более 1,5—1,8 МПа), ограниченная паропроизводительность, боль­шой расход металла, длительность растопки, большие площади для их установки, а также наличие внутренних топок, в которых можно сжигать лишь высокосортное топливо (антрацит). При сжигании в га­зотрубных котлах низкосортного топлива топку приходится выносить за пределы жаровых труб, что еще больше увеличивает площадь, зани­маемую котлом.

В различных отраслях промышленности (химической и др,) приме­няют бестопочные котлы-утилизаторы газотрубного типа, предназна­ченные для использования теплоты горячих технологических газов с целью получения пара.

Более совершенными являются водотрубные паровые котлы. Они имеют развитые поверхности нагрева, состоящие из труб, заполненных внутри водой и пароводяной смесью, а снаружи обогреваемых продук­тами сгорания топлива. Котлы относятся к горизонтально-водотруб­ным, если трубы расположены под углом к горизонту не более 25°, и к вертикально-водотрубным, если трубы идут более круто или верти­кально. В этих котлах путем изменения числа труб в пучках и числа самих пучков удалось увеличить площадь поверхности нагрева, не увеличивая диаметр их барабанов, что в свою очередь дало возмож­ность получить в этих котлах пар высокого давления.

При работе парового котла очень важно обеспечить надежное ох­лаждение поверхностей нагрева, в которых происходит парообразова­ние. Для этого необходимо соответствующим образом организовать движение воды и пароводяной смеси в испарительных поверхностях нагрева. По характеру организации движения рабочего тела в испа­рительных поверхностях котельные агрегаты делятся на три типа:

1) с естественной циркуляцией;

2) с принудительной циркуляцией;

3) прямоточные.

В паровых котлах с естественной циркуляцией движение воды происходит в замкнутом циркуляционном контуре (рис. 19.1б,а) «6apaбан- опускная труба - нижний коллектор - подъемная труба - барабан». Побудителем движения является напор, создаваемый разностью плотностей воды в опускной (слабообогреваемой) трубе и пароводяной смеси в подъемной (интенсивно обогреваемой) трубе .

В котлах с принудительной циркуляцией в испарительном контуре устанавливают циркуляционный насос, который создает определенный напор для преодоления гидравлического сопротивления контура (рис. 19.16,б).

Конструкции водотрубных котельных агрегатов совершенствуются в следующих основных направлениях:

1) повышение производительности и параметров вырабатываемого пара;

2) повышение КПД;

3) достижение высокой эксплуатационной надежности и безопасности

4) снижение стоимости изготовления, монтажа и ремонта.

Наиболее успешно решаются эти задачи при использовании вертикально-водотрубных котлов, которые в настоящее время получили широкое распространение. Эти котлы обладают рядом преимуществ: большая компактность, возможность использования труб малых диа­метров, удобство компоновки с различными топочными устройствами, хорошая циркуляция и надежная, безопасная работа. Конструктив­ная особенность вертикально-водотрубных котлов с естественной цир­куляцией наличие барабана (одного или двух), к которому присое­диняются кипятильные экранные трубы.

К основным элементам котельных агрегатов относятся пароперегреватели, экономайзеры и воздухоподогреватели. Ниже приведеныих краткие характеристики.

Пароперегреватель представляет собой змеевиковую поверхность теплообмена, предназначенную для перегрева пара, полученного в испарительной части котельного агрегата. Пар движется внутри трубок,омываемых снаружи горячими дымовыми газами.Пароперегреватель -неотъемлемый элемент энергетических котельных агрегатов. Если для некоторых технологических процессов требуется перегретый пар, то котельные агрегаты малой и средней мощности также снабжают пароперегревателями.

Перегрев пара в энергетических котлоагрегатах высокого и сверх­высокого давлений осуществляется до 813 и 843 К, в котельных агре­гатах среднего давления — до 713 К и низкого — до 523 К.

Место установки пароперегревателя в газоходах котлоагрегатов определяется заданной температурой перегрева. В зависимости от

места установки пароперегреватели делятся на радиационные, конвективные и радиационно-конвективные. В современных энергетических котлоагрегатах пароперегреватели располагают по возможности ближе к выходу газов из топки. В этом случае увеличивается доля теплоты, воспринимаемая поверх ностью пароперегревателя за счет излучения и более высокой темпе ратуры топочных газов. Пароперегреватели, устанавли ваемые по комбинированной схеме, получили наиболее широкое распространение. Одна часть их представляет собой радиационную и полурадиационную поверхности, вторая - конвективную (рис. 19.19).

Полурадиационная поверхность размещается в топке выше зоны активного горения и воспринимает теплоту вследствие излучения и конвекции;

Конвективная поверхность располагается в газоходе котлоагрегата. Использование в энергети­ческих котельных агрегатах высокого и сверхвысокого давлений конвективных пароперегревателей привело бы к сильному увеличению площади их поверхности вследствие меньшей интенсивности теплоот­дачи путем конвекции по сравнению с интенсивностью радиационного переноса.

Водяные экономайзеры предназначены для подогрева питательной воды до поступления ее в испарительную часть котельного агрегата. Предварительный подогрев воды за счет теплоты дымовых газов су­щественно увеличивает КПД котельного агрегата.

В зависимости от применяемого материала экономайзеры делятся на чугунные и стальные,

по типу поверхности - на ребристые и гладкотрубные,

по степени подогрева воды - на некипящиеи кипящие.

Чугунные экономайзеры выполняют из оребренных труб с целью увеличения теплопередачи от газов к нагреваемой воде. Эти экономай­зеры применяют в котлоагрегатах малой и средней мощности с давлени­ем пара не выше 2,3 МПа. Для более высоких давлений пара приме­нение этих экономайзеров недопустимо из-за малой механической проч­ности чугуна.

Ребристые чугунные экономайзеры обладают хорошей стойкостью по отношению как к внутренней (от растворенных в воде О2 и СО2), так и внешней коррозии, обусловленной образованием серной кислоты в условиях низких температур вследствие конденсации водяных паров из дымовых газов и взаимодействия конденсата с продуктами окисления серы. При сжигании сернистых мазутов, в золе которых содержится много ванадия, на поверхностях нагрева могут образовываться твердые отложения, вызывающие высокотемпературную (ванадиевую) коррозию металла.

Стальные гладкотрубные экономайзеры имеют вид змеевиков и применяются для установки в котлоагрегатах с давлением более 2,3 МПа. Эти экономайзеры располагают горизонтально и включают в газоход котла по схеме противотока с вводом воды в нижний коллектор и выводом ее из верхнего коллектора (рис. 19.20,а).

Стальные экономайзеры могут быть как некипящими, так и кипящими. В некипящих экономайзерах температура подогрева вод должна быть на 40—50 К ниже температуры насыщения при давлении в барабане котла.

Целесообразность при­менения кипящих эконо­майзеров заключается в том, что при этом возмож­ны некоторое сокращение

Рис. 19.20. Стальной трубча­тый экономайзер

а — общий вид; б, в — схемы включения соответственно невипя-щего и кипящего экономайзеров; J, 7 — спускной н запорный венти­ли; 2 — входной коллектор; 3 — трубы экономайзера; 4 — входной коллектор подогретой воды; 5 — вход газов; 6 — барабан котла; 8, 9 — обратный питательный и предохранительный клапаны; 10 — обводной трубопровод питания

площади испарительных поверхностей котлоагрегатов и увеличение интенсивности парообразования.

Кипящие экономайзеры позволяют предельно использовать поверхность их нагрева. Участок, в котором вода догревается до температуры насыщения и частично испаряется, фактически работает как элемент прямоточного котла.

На рис. 19.20,6, в показана схема включения экономайзеров. Пра­вила Госгортехнадзора требуют, чтобы у экономайзера некипящего гипа была обводная питательная линия для питания котла водой в случае повреждения и необходимости отключения экономай­зера,

Воздухоподогреватели. В отличие от водяного экономайзера и пароперегревателя воздухоподогреватель, отнимая теплоту от ухо­дящих дымовых газов и уменьшая таким образом потери ее с этими газами, непосредственно отнятую теплоту не передает рабочему телу (воде или пару). Горячий воздух, направляемый в топку котла, улучшает условия сгорания топлива, уменьшает потери теплоты от химичес­кой и механической неполноты сгорания топлива, повышает температуру его горения, интенсифицирует теплообмен, что в итоге повышает КПД установки. В среднем понижение температуры уходящих газов на каждые 20—25 К повышает КПД примерно на 1%.

Различают два типа воздухоподогревателей — рекуперативные и регенеративные.

Рекуперативные воздухоподогреватели имеют обычно трубчатую конструкцию. Горячие газы проходят внутри труб со ско­ростью 12—18 м/с, обеспечивая при этом +очистку поверхности нагре­ва от золы и сажи. Воздух движется в направлении, перпендикулярном осям труб (перекрестный ток), проходит между ними, совершая два, три и даже четыре хода в результате соответствующего размещения горизонтальных перегородок, отделяющих воздушные потоки.

Регенеративные (вращающиеся) воздухоподогреватели использу­ют главным образом в крупных энергетических котлоагрегатах. По сравнению с рекуперативными они занимают меньше места, более устой­чивы против газовой: коррозии, легче очищаются обдувкой.

Большой их недостаток - трудность уплотнения между газовой и воздушной

сторонами; переток воздуха в дымовые газы доходит до 15% и более, вследствие чего увеличиваются потери с уходящими газами и расход электроэнергии на дутье и тягу.

На рис. 19.21 показана конструкция регенеративного вращающего­ся воздухоподогревателя. Вращающийся ротор разделен на отдельные секторы, которые заполнены металлической теплоаккумулирующей насадкой. Воздух и дымовые газы подводятся и отводятся с торцов ротора. При вращении ротора происходят чередующийся нагрев газа­ми и охлаждение воздухом секторов насадки.