Расчет котлов и котельных установок

ЭКОНОМАЙЗЕРЫ

Экономайзер имеет поверхность змеевикового типа, располагается в конвективном опускном газоходе. Схема движения воды по отношению к продуктам сгорания — противоточная, обтекание труб газами — поперечное, компоновка труб — шахмат­ная и коридорная (см. табл. 14). Для интенсификации теплооб­мена применяют трубы малого диаметра (d = 21—32 мм при толщине стенки 2,5—4 мм, причем большие значения для котлов СКД), выполненные из стали 20.

Различают одно - и двухступенчатые экономайзеры (рис. 63). Двухступенчатый экономайзер 2 (рис. 63, а—в) устанавливают лри подогреве воздуха до температур выше 360 °С. Между его 102

Ступенями располагают воздухоподогреватель 3. Из экономай­зера 2 вода в котлах с естественной циркуляцией поступает в ба­рабан 1, в прямоточных — в раздающие коллектора НРЧ.

По отношению к фронту котла змеевики располагают как перпендикулярно, так и параллельно. Выбор расположения определяется условиями наименьшего золового износа труб.

Число потоков воды в экономайзере обусловлено обеспечением заданной скорости движения воды в трубах. Однопоточные схемы показаны на рис. 63, а, в, г, е, а двухпоточные — на рис. 63, б, <3.

При работе газового тракта, котла под разрежением коллек­тора 4 выносят за пределы газохода, а при наддуве или уравно­вешенной тяге размещают непосредственно в газоходе для улуч­шения герметизации.

На рис. 64 представлена ступень двухпоточного экономайзера барабанного котла, работающего на твердом топливе. Трубы 5 с учетом абразивных свойств золы расположены параллельно фронту котла. Крепление труб 5, их дистанционирование осуще­ствляется при помощи стоек 3, опирающихся на полые охлажда­емые водой или воздухом балки 4, соединенные с каркасом котла. С наружной стороны балка покрыта теплоизоляцией. Темпера­турные перемещения труб происходят от коллекторов 1 и 2 справа налево. В холодном состоянии, когда котел не работает, центр тяжести опоры стойки смещен относительно балки в сторону коллектора. Чем дальше отстоит опорная балка 4 от коллектора 1 Или 2, тем смещение АI больше:

Д/ = Atli&t,

Где а4 — коэффициент линейного удлинения металла трубы (для стали <xt да 0,0000124 1/°С); lt — расстояние от коллектора до

Рис. 64. Ступень двухпоточного экономайзера барабанного котла

Опорной балки, м; А^ — разность температур стенки трубы в горя­чем и холодном состоянии, °С.

При таком конструктивном решений в рабочем состоянии котла на балку действуют только поперечные силы. Крутящий момент отсутствует.

Место прохода труб через обмуровку котла уплотняют. Для герметизации газохода коллектора помещают в металлические кожухи, а для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду теплоизолируют. Тепловое расширение коллекторов происходит по их длине. Обязательным условием создания экономайзера является полная дренируемость его поверхностей, во избежание коррозионных процессов при останове котла.

На рис. 65 показана ступень двухпоточного экономайзера котла СКД энергоблока 300 МВт для сжигания экибастузского угля. В отличие от предыдущей конструкции опоры 5 дистан - ционирование труб 4 осуществляется стойками 3, закрепленными (за исключением средних) на входных 2 и выходных 1 коллекто­рах. Экономайзер разделен на два пакета с монтажным стыком между ними. Вода из экономайзера отводится по обогреваемым водоотводящим трубам, которые являются несущими конструк­циями, расположенными внутри газохода. Высоту пакетов (1—• 1,5 м), расстояние между ними (0,8—1 м, иногда 0,8—1,5 м) и соседними поверхностями нагрева выбирают из условий монтажа и ремонта. Большие значения принимают для трубных пучков с малым поперечным шагом.

Для уменьшения размеров экономайзера помимо гладких труб малого диаметра (рис. 65, а) применяют оребренные трубы (рис. 65, б). Тепловоспринимающая поверхность по газовой сто - 104

Роне при этом увеличивается, а ее габариты уменьшаются. Так, в случае установки труб с прямоугольными плавниками объем, занимаемый экономайзером, уменьшается на 25—30 % при оди­наковом расходе металла и электроэнергии на тягу. Еще больший эффект (до 40—50 %) достигается при использовании плавниковых труб трапецеидальной формы. Меньшие размеры имеют эконо­майзеры, выполненные из труб с мембранами. С успехом может быть использовано и поперечное оребрение, но только для топлив, не дающих спекающихся отложений. Следует отметить, что ореб­рение, хотя и усложняет технологию изготовления, позволяет уменьшить металлоемкость, гидравлическое и аэродинамическое сопротивление экономайзера (примерно на 25 %), а также ремонт­ные проемы. Кроме того, эти поверхности меньше подвержены загрязнению.

Экономайзеры можно изготовлять из змеевиков с гибами в не­скольких плоскостях. Для получения более компактной поверх­ности и интенсификации процесса теплопередачи за счет умень­шения шага допускаются лирообразные гибы. Минимальный радиус гиба составляет 1,9d (d — наружный диаметр трубы экономайзера).

Гидравлическое сопротивление экономайзеров барабанных кот­лов высокого давления не должно превышать 5 % давления в ба­рабане, а котлов среднего давления 8 %. Сопротивление экономайзеров прямоточных котлов высокого давления и СКД 1—1,5 %.

Выбор скорости продуктов сгорания в экономайзере зависит от абразивных свойств золы топлива. В соответствии с норматив­ным методом теплового расчета в экономайзере wr = 11 ±2 м/с (большие значения для малозольных и малоабразивных топлив).

Экономайзер барабанного котла может быть кипящего и не - кипящего типа. Предельная степень парообразования, %,

* = [(г;9 - І'и)/г] 100 « 15,

Где г'вэ, г'н и г — энтальпии воды на выходе из экономайзера, на линии насыщения и теплота парообразования, кДж/кг. Ограниче­нием степени парообразования можно повысить гидродинамиче-| скую устойчивость потока в выходной части змеевиков. При двух-/ ступенчатом экономайзере на выходе из первой ступени энтальпия» воды

IUi = і'ш —(1654-210).

В этом случае на выходе всех змеевиков первой ступени полу­чается однофазовая среда (вода), что существенно упрощает задачу равномерного ее распределения по трубам второй ступени.

На выходе из экономайзеров прямоточных котлов докрити - деского давления энтальпия

Г'вэ = Г„ — (125 - г - 170).

В котлах СКД нет жесткого ограничения величины прираще­ния тепловосприятия в экономайзере Аг'вэ, кДж/кг. Однако в большинстве случаев

А('вэ = г'вэ — і'пв = 160 - j - 230.

При таких значениях Агвэ переходную зону (максимальной теплоемкости) удается вынести за пределы НРЧ.

Массовую скорость pw воды в экономайзере выбирают равной 600—800 кг/(м2-с). Большие значения принимают для кипящих экономайзеров и котлов СКД - По условиям надежности работы металла труб скорость воды да при минимальной нагрузке не должна быть ниже 0,4—0,5 м/с. При w < 0,3 м/с наблюдается расслоение среды в трубах. Газы, растворенные в воде, при нагреве выделяются и собираются в верхней части трубы. Возни­кает вероятность возникновения газовой кислородной коррозии металла с последующим образованием свищей в трубах. Кроме того, наличие газовой «подушки» в трубе может привести к пере­греву стенки экономайзера и ее разрыву, так как газ отводит теплоту от металла гораздо хуже воды.

Количество воды, проходящей через экономайзер, в барабан­ных котлах £>вэ = D + Z)np, в прямоточных £>вэ = D — DB, где Dnp — количество воды на продувку; DB — количество воды на впрыск.

Энтальпия воды на входе в экономайзер для прямоточных котлов равна энтальпии питательной воды (г'вэ = г'пв)- Для бара­банных котлов с поверхностными регуляторами температуры: перегрева пара г'вэ = г'пв + Агр, для схем с регулированием тем­пературы собственным конденсатом і'вз рассчитывают.