Поверхности нагрева котлов

       Здравствуйте! Конструктивные особенности парообразующих поверхностей котельного агрегата зависят от характера движения пароводяной смеси.

      При естественной циркуляции эти поверхности образованы экранными трубами, расположенными в топочной камере. Экранные трубы совместно с необогреваемыми опускными трубами образуют замкнутый контур циркуляции. В барабане котлоагрегата пар отделяется от воды и направляется в пароперегреватель. Расходуемая при этом вода восполняется соответствующим количеством предварительно подогретой в водяном экономайзере питательной воды, которая подается в барабан.

      Агрегаты с естественной циркуляцией строят для давлений до 19 МПа. Так как при более высоких давлениях плотности воды и пара становятся близкими по своим значениям, то повышение давления снижает надежность естественной циркуляции. Поэтому при сверхвысоких параметрах пара необходимо применять прямоточные котлоагрегаты, которые имеют принудительную циркуляцию.

     В прямоточных котлоагрегатах барабан отсутствует и поверхности нагрева образуют непрерывную систему змеевиков (рис. 1), в которой различают экономайзерную зону 1, испарительную часть 2, переходную зону 3 и пароперегреватель 4.

Подаваемая насосом питательная вода, проходя через змеевики, последовательно переходит сначала в насыщенный, а затем в перегретый пар. В переходную зону поступает пароводяная смесь с влажностью порядка 20—25%. Переходная зона вынесена в газоходы котла, где температура дымовых газов меньше, что облегчает условия работы труб в случае отложения солей на их внутренней поверхности.

      С повышением давления пара уменьшается теплота парообразования и возрастает энтальпия воды и теплота перегрева пара, поэтому в котлоагрегатах высокого давления увеличиваются поверхности водяного экономайзера и пароперегревателя и снижается испарительная поверхность нагрева.

      Пароперегреватель представляет собой теплообменник из труб, изогнутых в виде змеевиков, которые снаружи нагреваются дымовыми газами. Концы змеевиков присоединяются к коллекторам круглого или прямоугольного сечения. К одному из коллекторов подводится насыщенный пар, а из другого отводится в паропровод перегретый пар.

      По взаимному направлению потока газа и пара различают прямоточную, противоточную и смешанную схемы движения пара и газов в пароперегревателе (рис. 2).

Противоточная и смешанная схемы обеспечивают максимальную разность температур и минимальные поверхности нагрева, а при прямоточной схеме снижается температура стенок труб на входе в пароперегреватель, но увеличивается его поверхность.

      Надежность работы перегревателя зависит от влажности поступающего в него насыщенного пара, так как в перегреватель вместе с водой попадают растворенные соли. Оседая на стенках труб, они образуют накипь, резко ухудшающую теплопередачу, что ведет к перегреву труб.

      Для выделения капелек влаги из пара в барабане котлоагрегата устанавливают сепарационные устройства различной конструкции. Наибольшее распространение получили сепараторы в виде дырчатых листов. Уменьшение уноса солей в пароперегреватель капельками влаги достигается также промывкой пара поступающей в барабан питательной водой, которая имеет меньшее солесодержание, чем вода в барабане.

      Скорость движения пара в трубах пароперегревателя обычно составляет 20—25 м/с. Увеличение скорости пара и дымовых газов приводит к заметному увеличению коэффициента теплопередачи.

      Температура дымовых газов в зоне пароперегревателя равна 900—1000 °С, а температура пара, проходящего по трубкам, достигает 450—600 °С, поэтому пароперегреватель изготавливают из жаропрочных сталей с большим пределом ползучести.

      В установках высокого давления пароперегреватель и первые ступени паровой турбины работают при температурах, близких к предельным для применяемых сталей. В этих условиях большое значение имеет регулирование температуры перегретого пара, которое обычно осуществляется впрыскиванием конденсата в поток пара в пароохладителях смешивающего типа.

      Вспомогательными поверхностями нагрева котлоагрегата являются водяной экономайзер и воздухоподогреватель. Подогрев питательной воды в экономайзере за счет теплоты дымовых газов дает экономию топлива 5—12%. В зависимости от степени подогрева воды различают экономайзеры кипящего и некипящего типа. В первых вода нагревается до температуры кипения и может частично испаряться. В некипящих экономайзерах температура воды на выходе на 30—40 °С ниже температуры кипения.

      В котлоагрегатах высокого давления наибольшее распространение получили гладкотрубные стальные экономайзеры змеевикового типа. При давлениях до 2 МПа применяются также ребристые чугунные экономайзеры, которые дешевле стальных и лучше противостоят коррозии. Стальные водяные экономайзеры змеевикого типа по конструкции аналогичны пароперегревателям.

      Питательная вода поступает в нижние коллекторы экономайзера, а подогретая отводится из верхних. Движение воды по змеевикам снизу вверх способствует удалению из экономайзера газовых и паровых пузырей. Дымовые газы движутся сверху вниз, нагревая снаружи трубы экономайзера. Противоточная схема обеспечивает высокий средний температурный напор.

      Для предохранения экономайзера от внешней коррозии температура поступающей в него воды должна быть выше температуры точки росы дымовых газов (температуры конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания). Эта температура при сжигании влажных топлив с незначительным содержанием серы колеблется от 20 до 60 °С, а при сжигании сернистых топлив она может достигать 120—140 °С.

       В зависимости от способа передачи теплоты различают два типа воздухоподогревателей: рекуперативные (передача теплоты от газа к воздуху происходит через стенку, разделяющую потоки газа и воздуха) и регенеративные (воздух воспринимает теплоту от предварительно нагретых дымовыми газами керамических или металлических поверхностей). В последних поверхности попеременно нагреваются газами и охлаждаются воздухом.

       Общий вид трубчатого рекуперативного воздухоподогревателя показан на рис. 3. В трубчатых воздухоподогревателях проникновение воздуха через неплотности меньше, чем в пластинчатых.

Они изготавливаются из труб с наружным диаметром 38—54 мм. При средних скоростях газа 8—10 м/с и воздуха 4—6 м/с общий коэффициент теплопередачи составляет 12—16 Вт/(м2*°С). Для подогрева воздуха до температуры 320—420 °С применяются двухступенчатые воздухоподогреватели, вторая ступень которых устанавливается между двумя секциями водяного экономайзера и нагревается дымовыми газами, имеющими большую температуру, чем в одноступенчатых воздухоподогревателях. Исп. литература: 1) Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Парогенераторы промышленных предприятий. –М.: Энергия, 1978. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.