Расчет котлов и котельных установок

ЭКРАНЫ ТОПОК t

Топка котла предназначена для сжигания органиче - 1 ского топлива, частичного охлаждения продуктов сгорания и вы­деления золы. Теплота сгорания топлива передается ограждаю - f щим изнутри топку экранам, в которых движется рабочее тело. 1 Благодаря экранированию топки снижаются потери теплоты j в окружающую среду и обеспечивается достаточная жесткость ■ стен топки при восприятии распределенной нагрузки от перепада,< давлений при работе котла под наддувом или разрежением.

Экраны могут быть гладкотрубными (рис. 42, а), с простав - ками рис. 42, б) и плавниковыми (рис. 42, в). Экраны из плав­никовых труб и труб с проставками являются газонепроницаемыми, их называют газоплотными. В котлах с ЖШУ в зоне активного горения для повышения уровня температур экраны со стороны топки изготовляют из ошипованных труб и покрывают огне­упорной обмазкой 5 (рис. 42, г). С наружной стороны экраны имеют металлическую обшивку I, которая предохраняет обмуровку 2 от внешних воздействий, в котлах с гладкотрубными экранами этим обеспечивается, кроме того, еще герметичность конструкции.

Основными требованиями к конструкции экранов являются следующие. Они должны быть газоплотными, технологичными в изготовлении, по возможности менее металлоемкими, транспор­табельными и поставляться на монтажную площадку в виде за­конченных заводских блоков, готовых к сборке. Конструкция экранов должна обеспечивать свободу теплового расширения труб при нагреве и охлаждении во избежание появления в металле внутренних остаточных напряжений, надежный отвод теплоты от стенки для предотвращения перегрева металла, устойчивый режим течения среды без пульсаций и значительных нердвномер - ностей по расходу в отдельных трубах, малую чувствительность к тепловым неравномерности^ обогрева газами по периметру, и высоте топки.

Экраны барабанных котлов с естественной циркуляцией, в которых полезный движущий напор невелик, для уменьшения сопротивления изготовляют из труб большего диаметра (60x4, 60x5, 50x5 мм) с минимальным числом гибов (рис. 43). Гибы расположены у верхних 2 и нижних 4 сборных коллекторов, 86

ЭКРАНЫ ТОПОК t

В-п

ЭКРАНЫ ТОПОК t

I)

Рис. 42. Конструкции эк­ранов:

А — гладкотрубные; б — с про - ставкой; в — плавниковые; г —• гладкие ошипованные; 1 — об­шивка; 2 — обмуровка; 3 — тру­ба; 4 — шипы; 5 — огнеупорная обмазка

В месте расположения горелок, в верхней части топки при наличии верхнего пережима. Следует отметить, что пережим в топке выполняют для более полного заполнения продуктами сгорания топочного объема, лучшего обтекания ими поверхностей нагрева, расположенных на выходе из топки.

Для уменьшения влияния неравномерности обогрева по пери­метру топки на надежность циркуляции, экраны секционируются путем деления их на части — панели 3, каждая из которых обра­зует свой циркуляционный контур.

Нижние сборные коллектора 4 панелей имеют дренаж для полного удаления воды из контура при останове котла на ремонт. По условиям изготовления и транспортировки панели должны быть шириной bn < 3,6 м, а длиной не более 28 м. При большей длине экрана его выполняют с монтажным стыком, расположенным вне зоны максимального тепловыделения в топке или вне зоны активного горения (что еще лучше). Материал труб — сталь 20. Однако для высокофорсированных топок в зоне высоких тепловых потоков применяют трубы и из стали 15ХМ или 12Х1МФ.

Шаг между трубами (см. рис. 42) в гладкотрубных экранах S = d + 4 мм, в плавниковых S/d — 1,33, в экранах с простав - ками 5 = d + б (6 = 14; 16; 20 мм).

В настоящее время экраны всех котлов паропроизводительно­стью D ^ 320 т/ч выполняют газоплотными.

Рассмотрим особенности отдельных узлов экранов. Рассредо­точенный ввод (вывод) экранных труб в коллектора (из кол-

ЭКРАНЫ ТОПОК t

Рис. 43. Экраны котла с естественной циркуляцией (топка с ЖШУ): / — барабан; 2 и 4 — верхние и нижние сборные коллектора; 3 — панель экран 5 — опускная труба; 6 — пароотводящая труба

Лекторов) выполняют для уменьшения ослабления стенки отвер стиями.

Схемы узлов верхнего выступа топки показаны на рис. 44 Для топок, сжигающих газ, применима схема рис. 44, а, б. Исполь зование схемы, показанной на рис. 44, а, для пылевидных топли может привести к налипанию золы на участках с увеличенны расстоянием 5Х между изогнутыми трубами выступа.

ЭКРАНЫ ТОПОК t

Рис. 44. Схема узла верхнего выступа топки котла:

Д — пылеугольного; б — газомазутного

12 3

Nr

' і

ЭКРАНЫ ТОПОК t

ЭКРАНЫ ТОПОК t

ФЄ0*6

ЭКРАНЫ ТОПОК t

1+J

Рис. 45. Крепление труб экранов при натрубной обмуровке

ЭКРАНЫ ТОПОК t

Рис. 46. Подвеска экрана:

I — балка каркаса; 2 — тя­га; 3 — труба экрана; 4 и В — важний в верхяай коллектора; 6 <— пружин­ная подвеска; 7 —■ крюк

Для обеспечения жесткости экранов в направлении нормали к их поверхности применяют пояса жесткости 2 (рис. 45). Они фиксируют трубы 1 я 3 в горизонтальной плоскости, но позво­ляют им свободно перемещаться по вертикали при нагреве и охлаждении.

Трубы 3 экранов подвешивают к балкам 1 каркаса котла или здания котельной за верхние коллектора с помощью тяг 2 (рис. 46).

В зависимости от способа шлакоудаления нижняя часть - экранов топки образует либо под, либо холодную воронку. Трубы пода в котлах с ЖШУ должны быть наклонены к горизонту под углом не менее 15°, чтобы не происходило расслоение парово­дяного потока и, следовательно, не возникала опасность пере­грева и разрыва труб. Угол наклона экранов холодной воронки в котлах с ТШУ 52°.

Нижние коллектора противоположных экранов для предотвра­щения распрямления гибов труб в области перехода к поду или экранам холодной воронки жестко связывают между собой.

В котлах, где теплота воспринятая экранами тратится прак­тически только на испарение воды (р с 9,8 МПа), задний экран 1 выполняют с разводкой труб 1 — фестоном (рис. 47). В котлах с более высоким давлением — в виде однорядного фестона с шагом S/d = 3,5 - f - 4 и установкой промежуточного коллектора 2. Диаметр труб однорядного фестона 133 или 159 мм, продольный Шаг многорядного фестона 5а = 150 мм.

Экраны прямоточных котлов конструктивно выполняют в виде ленточной навивки Рамзина, горизонтально-подъемной навивки многоходовых подъемно-опускных и многоходовых подъемных Панелей.

ЭКРАНЫ ТОПОК t

Рис. 47. Схемы фестонов. а — однорядного; б«— много­рядного

В навивке Рамзина (см. рис. 10)"подъем ленты или лент осу­ществляется по двум или четырем стенам топки на угол 15—20°.

ЭКРАНЫ ТОПОК t

A) f) i)

Рис. 48. Схемы экранов прямоточных котлов

Экраны такой конструкции имеют малое гидравлическое сопро­тивление, нечувствительны к неравномерности обогрева по пери­метру топки, допускают приращение энтальпии рабочей среды без организации ее перемешивания до 1200 кДж/кг, имеют меньшую металлоемкость из-за отсутствия промежуточных коллекторов. Однако ввиду значительного количества сварочных работ при монтаже снижается надежность и увеличивается срок ввода оборудования. Навивка Рамзина применяется в котлах докрити - ческого (D < 1800 т/ч) и сверхкритического давления.

Горизонтально-подъемная навивка (рис. 48, а) мало чувстви­тельна к тепловой неравномерности обогрева по ширине топки, допускает блочное изготовление, обладает хорошими самокомпен­сационными тепловыми свойствами. Однако технологически она сложнее навивки Рамзина, имеет большое гидравлическое сопро­тивление и повышенную металлоемкость. Ввиду значительного числа гибов труб ее не применяют в газоплотных котлах.

Многоходовые подъемно-опускные панели (рис. 48, б) допус­кают расположение входного коллектора как вверху, так и внизу. Изменением числа ходов можно выбрать необходимую ширину па­нели. Экраны этого типа изготовляют в виде блоков, они обладают самокомпенсационными тепловыми свойс+вами. Металлоемкость их меньше, чем металлоемкость горизонтально-подъемных пане­лей, но больше, чем металлоемкость экранов с навивкой Рамзина. Гидравлическое сопротивление такое же, как у горизонтально - - подъемных панелей. Газоплотное изготовление котлов с такими экранами затруднено в связи с наличием большого числа гибов. Тепловосприятие отдельного хода более чувствительно к тепло­вой неравномерности.

Как показала эксплуатация котлов СКД, отсутствие переме­шивания среды в области высоких локальных тепловых потоков приводило к частым разрывам экранных труб в зоне их макси­мального обогрева.

Необходимость организации промежуточного перемешивания среды привела к созданию многоходовых подъемных панелей (рис. 48, в). Они технологичны, допускают блочное изготовление в газоплотном исполнении, хотя и обладают повышенной металло-

90

ЭКРАНЫ ТОПОК t

Панелей

Емкостью и значительным гидравлическим сопротивлением ввиду наличия дополнительных опускных труб-стояков и промежуточных коллекторов.

Рассмотрим отдельные узлы экранов прямоточных котлов. В газоплотных котлах панели экранов топки не связаны с вер­тикальными балками каркаса котла,' а подвешиваются друг /к другу. Верхние панели тягами крепят к верхним горизонталь­ным балкам каркаса котла или здания котельной.

Сопряжение отдельных участков экранов вертикальных па­нелей унифицировано (рис. 49). Щели между трубами 1 в зоне сопряжения уплотняют проставками 3, а коллектора 2 заключают в уплотнительный короб 5 (теплый ящик).

Тепловое перемещение экранов происходит от места крепле­ния 4 подвески в вертикальном направлении. В ряде случаев верхнюю часть экранов подвешивают к балкам, а. нижнюю опи­рают на каркас. Тепловое расширение нижней части экранов в этом случае происходит снизу вверх.

Устройство 6 предотвращает прогиб экрана.

При организации движения среды в один ход, т. е. при одно­временной подаче среды в количестве, близком к паропроизводи­тельности котла, по всему периметру топки, скорость рабочего тела в трубах тепловых экранов подъемных панелей даже на номинальной нагрузке оказывается малой. Отвод теплоты от стенки трубы в наиболее теплонапряженной части экрана может оказаться недостаточным. Поэтому движение рабочего тела в коли­честве D в НРЧ экранов такой конструкции организуется в два хода (рис. 50). В качестве первого I выбирают наиболее тепло - напряженные панели.

Рабочее тело в количестве DT направляется вначале в централь­ные панели фронтового 1 и заднего 2 экранов и в две центральные

Панели на каждой из боковых стен 3. Последнее объясняется динамическим воздействием на экраны при встречной компо­новке факелов крайних горе­лок, что приводит к более вы­соким локальным значениям 'тепловых потоков. Массовая скорость среды рш = 2500 - f - 3000 кг/(мг-с).

Надежность работы экранов из вертикальных подъемных па­нелей во многом определяется термическими напряжениями в металле, возникающими в месте сварки отдельных панелей между собой. Допускаемый перепад температур стенок должен составлять, А^<30. Рассмотрим температурные условия в местах сварного соеди­нения обогреваемых вертикальных панелей 1, имеющих необогре - - Ваемые перепускные трубы 2 при различных схемах организации движения рабочего тела (рис. 51). В схеме рис. 51, а различие в температурах труб в месте сварки панелей будет максимальным: А= t'{ — t — І2 — t{ и Л4ых = tl — t'{. В схеме рис. 51, б при байпасе 3 части рабочего тела помимо первой панели темпе­ратура t{ на выходе из первого хода будет выше, чем в схеме рис. 51, а (одинаковое количество теплоты воспринимается мень­шим количеством рабочего тела). Значение А^вых при этом меньше, a AtBX будет иметь такое же значение, что следует из условия теп­лового баланса по рабочему телу.

Одновременное уменьшение А^вх и А^вых возможно при вве­дении рециркуляции части среды на вход в первую панель. Для этого устанавливают смеситель 5 и насос 6 на линии 4 рецирку­ляции (рис. 51, в). Температура t[ растет, a t'i остается такой же, как в схемах рис. 51, а, б. Такая схема сложнее, а кроме того, возрастает потребление электроэнергии на собственные нужды.

'НРЧ

В котлах СКД распределение тепловосприятия между НРЧ, СРЧ и ВРЧ соответственно 55—45, 30—35 и 15—20 %. Несмотря Йа отсутствие жестких требований по уровню тепловосприятия НРЧ в большинстве котлов СКД энтальпия г'нрч на выходе из НРЧ принимается меньше энтальпии, отвечающей максималь­ному значению теплоемкости ср

(40 - f - 60),

Трубы панелей экранов прямоточных котлов изготовляют из стали 12Х1МФ диаметром 32x6, 42x5 мм и даже 50x5 мм.

-I

JL

Уменьшить высоту топки можно установкой двусветных эк­ранов I по ширине топки (рис. 52, а). Жесткость двусветных экранов обеспечивают путем приварки к трубам 3 нескольких рядов (по высоте) металлических прутков 4 (рис. 52, б) либо 92

И ------- 1-------------- " о

А) •

ЭКРАНЫ ТОПОК t

Рис. 51. Схемы включения верти­кальных подъемных панелей кот­лов СКД и изменение темпера­туры рабочего тела по длине па­нелей :

Ft — пропуск через панели всей среды', б — байпасирование среды; в — ре- Циркуляция среды на вход в панель

Рис. 52. Схемы расположения двусветного экрана в топке и при - Варки к трубам прутков

Применением газоплотных панелей. Защитой от прогиба экранд при возможном перепаде давлений газов по его сторонам служа межтрубные зазоры или газосообщающие окна 2.

Расчет котлов и котельных установок

Трубопроводы и арматура

Производство металлорукава К, г/(м'- ч) Потоков воздуха происходит в смеси­теле 5 после каскадной ступени 3. При такой схеме обеспечивается быстрый рост температуры воздуха. Продукты сгорания в каскадной ступени 3 охла­ждаются …

ПОЛУРАДИАЦИОННЫЕ И КОНВЕКТИВНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА

В тепловом расчете отдельных поверхностей учиты­ваются: сочетание радиационной и конвективной теплоотдачи от продуктов сгорания, характер омывания ими труб, наличие на трубах внутренних. и внешних отложений, теплофизические свойства и характеристики рабочего …

Объемы и энтальпии продуктов сгорания и воздуха

Процесс горения топлива — это совокупность химиче­ских реакций окисления его горючих компонентов, сопровождаю­щихся выделением значительного количества теплоты и света. При организации этого процесса стремятся создать условия, при которых происходит наиболее …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.