Паровые котлы ТЭС

Технологическая схема производства пара

Технологическая схема производства пара на паротурбинной электрической станции с прямоточными котлами и сжиганием твердо­го топлива в пылевидном состоянии показана на рис. 1.7. Твердое топливо в виде кусков поступает в приемно-разгрузочное помещение в железнодорожных вагонах. Вагоны заталки­ваются в вагоноопрокидыватели и вместе'с ни­ми, поворачиваясь вокруг своей оси примерно на 180°, разгружаются в расположенные ниже бункера. С помощью автоматических питате­лей топливо поступает на ленточные конвейе­ры первого подъема, передающие его в дро­билки. Отсюда поток измельченного топлива— дробленки (размеры кусочков топлива не бо­лее 25 мм) конвейером второго подъема по­дается в бункера котельной. Далее дробленка поступает в углеразмольные мельницы, где окончательно измельчается и подсушивается. Образовавшаяся топливно-воздушная смесь поступает в топочную камеру.

В отечественной энергетике наиболее ши­рокое распространение получили паровые кот­лы с П-образным профилем (подробно — см. § 21.1) —это две вертикальные призматиче­ские шахты, соединенные вверху горизонталь­ным газоходом. Первая шахта — большая по размерам — является топочной камерой (топ­кой). В зависимости от мощности агрегата и сжигаемого топлива ее объем колеблется в широких пределах— от 1000 до 30 000 м3 и более. В топочной камере по всему периметру и вдоль всей высоты стен обычно располага­ются трубные плоские системы — топочные экраны. Они получают теплоту прямым излу­чением от факела и являются радиационными поверхностями нагрева. В современных агрега­тах топочные экраны часто выполняют из плавниковых труб, свариваемых между собой и образующих сплошную газоплотную (газо­непроницаемую) оболочку. Газоплотная эк­ранная система покрыта оболочкой из тепло­изоляционного материала, которая уменьшает потери теплоты от наружного охлаждения стен агрегата, обеспечивает нормальные са­нитарно-гигиенические условия в помещении и исключает возможность ожогов персонала.

Вторая вертикальная шахта и соединяю­щий ее с топочной камерой горизонтальный газоход служат для размещения поверхно­стей нагрева, получающих теплоту конвекцией, и потому называются конвективными газохо­дами, а сама вертикальная шахта — конвек­тивной шахтой. Поверхности нагрева, разме­щаемые в конвективных газоходах, получили название конвективных.

После отдачи теплоты топочным экранам продукты сгорания покидают топку при тем­пературе 900—1200°С (в зависимости от вида топлива) и поступают в горизонтальный газо­ход.

По мере движения в трубах топочных экранов вода превращается в пар. Поверхно­сти нагрева, в которых образуется пар, явля­ются испарительными, парообразующими. В прямоточном котле испарительная поверх­ность нагрева располагается в нижней части топки и потому называется нижней радиаци­онной частью (НРЧ). При СКД в ней разме­щается радиационный экономайзер. Вода, по­ступающая в паровой котел, называется пи­тательной водой.

Питательная вода содержит примеси. В процессе парообразования увеличивается содержание пара, вода при этом упаривается, а концентрация примесей возрастает. При достижении определенных концентраций в конце зоны парообразования на внутренней поверхности труб образуются отложения в ви­де накипи. Теплопроводность отложений в де­сятки раз меньше теплопроводности металла, из которого выполнены поверхности нагрева. Это ухудшает теплопередачу к рабочей среде и при интенсивном обогреве в топочной каме­ре приводит к перегреву металла труб, сни­жению прочности и разрыву под действием внутреннего давления рабочей среды.

Поверхность нагрева, в которой завер­шается парообразование и осуществляется переход к перегреву пара, называют переход­ной зоной. В этой зоне преимущественно и об­разуются отложения. Для облегчения работы металла в ранних конструкциях прямоточных котлов переходную зону выносили из топоч­ной камеры в конвективный газоход, где ин­тенсивность обогрева примерно на порядок меньше — вынесенная переходная зона. В на­стоящее время прямоточные котлы питают'ся практически чистой водой и нормально накипь не образуется, поэтому в современных котлах вынесенной переходной зоны не делают и ра­бочая среда из НРЧ поступает непосредствен­но в вышерасположенные топочные экраны, в которых пар уже перегревается — радиаци­онный пароперегреватель. Он может состоять либо из двух поверхностей нагрева: средней радиационной части (СРЧ) и верхней радиа­ционной части (ВРЧ), включенных между со­бой по пару последовательно, либо только - ВРЧ, включенной непосредственно за НРЧ. Из ВРЧ частично перегретый пар поступает в последнюю по ходу пара поверхность на­грева, расположенную в конвективном газохо­де — конвективный пароперегреватель, в кото­ром он доводится до необходимой температу­ры. Из конвективного пароперегревателя пере­гретый пар заданных параметров (давления и температуры) направляется в турбину. Как и любая конвективная поверхность нагрева, конвективный пароперегреватель представля­ет собой систему большого числа параллельно включенных между собой трубчатых змееви­ков из стальных труб, объединенных на входе и выходе коллекторами.

Температура продуктов сгорания за кон­вективным пароперегревателем достаточно вы­сока (800—900°С). Частично отработавший в турбине пар снова направляют в паровой котел для вторичного (промежуточного) пере­грева до температуры, обычно равной темпе­ратуре пара, выдаваемого основным паропе­регревателем. Этот пароперегреватель получил название промежуточного.

На выходе из промежуточного паропере­гревателя продукты сгорания имеют еще вы­сокую температуру (500—600°С) и поэтому содержащуюся в них теплоту утилизируют в конвективном экономайзере. В него посту­пает питательная вода, которая подогревается до температуры, меньшей температуры насы­щения. При этой температуре вода поступает в НРЧ. За экономайзером температура про­дуктов сгорания составляет 300—450°С и бо­лее. Дальнейшая утилизация теплоты осу­ществляется в следующей конвективной по­верхности нагрева для подогрева воздуха — воздухоподогревателе. Воздухоподогреватель часто представляет собой систему вертикаль­ных труб, через которые проходят продукты сгорания, а между трубами — нагреваемый воздух. Температура воздуха на входе в воз­духоподогреватель (холодный воздух) 30 — 60°С, на выходе (горячий воздух) 250—420°С в зависимости от топлива и способа его сжи­гания.

При сжигании твердого топлива в пыле­видном состоянии горячий воздух делят на два потока. Первичный воздух служит для подсушки топлива при размоле и транспорта готовой топливной пыли через горелки в то­почную камеру. Температура топливно-воз - душной смеси 70—130°С. Вторичный воздух поступает через горелки в топку непосредст­венно (минуя мельничную систему) при тем­пературе за воздухоподогревателем.

После воздухоподогревателя продукты сго­рания имеют уже достаточно низкую темпера­туру (110—160°С). Дальнейшая утилизация теплоты этих продуктов сгорания экономиче­ски нецелесообразна, и их выбрасывают дымо­сосом через дымовую трубу в атмосферу. Они получили название уходящих газов.

В результате сжигания топлива остается зола, которая в основной массе уносится про­дуктами сгорания. Ее улавливают в золоуло­вителе, размещаемом перед дымососом. Этим предотвращается абразивный износ дымососов и загрязнение атмосферы золой. Уловленная зола удаляется устройствами золоудаления, Часть золы выпадает в нижнюю часть топкй и также непрерывно удаляется через систему золошлакоудаления.

Технологическая схема производства пара с барабанными котлами отличается лишь кон­струкцией и работой самих паровых котлов (рис. 1.8). В этом случае образующаяся в то­почных экранах пароводяная смесь поступает в барабан. Выделившийся в барабане прак­тически сухой пар поступает в пароперегрева­тель, а затем в турбину.

Из рассмотрения технологической схемы производства пара (см. рис. 1.7) следует, что в состав котельной установки входят:

Топливный тракт — комплекс элементов, в котором осуществляется подача, дробление и размол твердого топлива, его транспорти­ровка и подача в топочную камеру для сжи­гания. Топливный тракт включает дробильное оборудование, транспортеры, бункер дроблено­го топлива, углеразмольную мельницу и со­единяющие ее с топочной камерой пылепро - воды. До бункеров дробленки топливо пере­мещается конвейерами; сопротивление по топ­ливному тракту, начиная с мельницы, преодо­левается напором, создаваемым вентилято­ром;

Водопаровой тракт, представляющий собой систему последовательно включенных элемен­тов оборудования, в которых движется пита­тельная вода, пароводяная смесь и перегре­тый пар. Водопаровой тракт включает следую­щие элементы оборудования: экономайзер, топочные экраны и пароперегреватели;

Воздушный тракт, представляющий собой комплекс оборудования для приемки атмо-

Сферного (холодного) воздуха, его подогрева, транспортировки и подачи в топочную камеру. Воздушный тракт включает короб холодного воздуха, воздухоподогреватель (воздушная сторона), короб горячего воздуха и горелоч - ные устройства;

Газовый тракт — комплекс элементов обо­рудования, по которому осуществляется дви­жение продуктов сгорания до выхода в атмо­сферу; он начинается в топочной камере, про­ходит через пароперегреватели, экономайзер, зоздухоподогреватель (газовая сторона), зо­лоуловитель и заканчивается дымовой трубой.

Воздушный и газовый тракты соединяются между собой последовательно. Так образуется газовоздушный тракт. Переход от одного к другому осуществляется в объеме топочной камеры. Схема газовоздушного тракта показа­на на рис. 1.9,а. Здесь воздух транспортируют дутьевыми вентиляторами и соответствующий воздушный тракт на участке вентилятор — топка находится под давлением выше атмо­сферного. Продукты сгорания транспортируют дымососами, расположенными после котла, в связи с чем топка и все газоходы находятся под разрежением. Такую схему тяги и дутья называют уравновешенной, или сбалансиро­ванной.

Транспорт воздуха до топки и продуктов сгорания до выхода в атмосферу можно также обеспечить только дутьевыми вентиля­торами— без дымососов (рис. 1.9,6). Топка и газоходы в этом случае будут находиться под некоторым избаточным давлением — наддувом. Для наглядности на рис. 1.10 пока­зано сопоставление распределения давления в газовоздушном тракте котельной установки, работающей с уравновешенной тягой и над­дувом.