Паровые котлы ТЭС

Компоновка низкотемпературных поверхностей нагрева

Воздухоподогреватели и экономайзеры яв­ляются низкотемпературными поверхностями нагрева. Общие задачи при их конструирова­нии: интенсификация теплообмена и создание компактных малогабаритных элементов с уме­ренной затратой металла, которые бы подвер­гались минимальным золовому износу, за­грязнениям и коррозионным повреждениям.

Воздухоподогреватель работает в условиях,

Отличных от условий работы экономайзера и других элементов водопарового тракта. Здесь наименьшие температурные напоры между продуктами сгорания и воздухом и са­мый низкий коэффициент теплопередачи. По­этому поверхность нагрева воздухоподогрева­теля превышает суммарную поверхность на­грева всех элементов водопарового тракта и для котлов мощного блока достигает десятков и сотен тысяч квадратных метров.

Воздух в воздухоподогревателе — среда с малым содержанием водяных паров. Наобо­рот, продукты сгорания в зависимости от влажности топлива и содержания в нем во­дорода обычно содержат большое количество водяных паров, а также трехатомных газов (С02 и SO2), и потому их объем и теплоем­кость выше, чем у воздуха. Объем продуктов сгорания увеличивается еще из-за наличия в н^х избытка воздуха. В результате отноше­ние водяных эквивалентов воздуха и продук­тов сгорания Ч^=СвУв/ (CrVr) в области воз­духоподогревателя всегда меньше единицы. Это означает, что воздух в воздухоподогрева­теле нагревается быстрее, чем охлаждаются в нем продукты сгорания. Так, для маловлаж­ного топлива в среднем на каждый градус охлаждения продуктов сгорания воздух нагре­вается примерно на 1,2°С, а при влажном топливе — около 1,4°С. Эти соотношения при­водят к тому, что по мере нагрева воздуха температурный напор, определяющий интен­сивность теплообмена, уменьшается и на го­рячем конце воздухоподогревателя достигает минимального значения (рис. 19.1). Поэтому уровень температуры уходящих газов опреде­ляется не температурным напором между ра­бочими средами на холодной стороне воздухо­подогревателя, где она больше, а экономи­чески обоснованной разностью температур на горячей стороне At, где она меньше. Обычно эта разность температур составляет не менее 30—40°С. Дальнейшее повышение температу­ры горячего воздуха уже невыгодно из-за очень вялого теплообмена в горячей части воздухоподогревателя (мало At). Таким обра­зом, повышение температуры горячего воздуха связано с ростом температуры уходящих га­зов или увеличением поверхности нагрева воздухоподогревателя. На рис. 19.2 показана зависимость температуры уходящих газов от температуры подогрева воздуха при разных отношениях водяных эквивалентов (Ч^І), ^х. в=30°С и температурном напоре на горячей стороне А/=40°С. Так, для того, чтобы подо­греть воздух до 400—420°С (топливо АІІІ) при Чг=0,8 температура уходящих газов не может быть меньше 140—150°С. Для более влажных топлив (бурый уголь) Чг=0,65 и при той же температуре горячего воздуха <їух^200~220°С, что экономически невыгодно. Для экономайзера в противоточной схеме по мере нагревания температурный напор на го­рячем конце, наоборот, возрастает ввиду вы­сокой теплоемкости воды.

Различают одноступенчатую и двухступен­чатую компоновки низкотемпературных по­верхностей нагрева.

При одноступенчатой компоновке экономай­зер и воздухоподогреватель располагают в га­зовом тракте последовательно и работают они по противоточной схеме (рис. 19.3). Такая компоновка ограничивает возможности подо­грева воздуха в воздухоподогревателе. В од-

Ноступенчатой компоновке поверхностей важ­ным является выбор температуры газов на границе экономайзера и воздухоподогревате­ля. Обеспечение экономически оправданной температуры уходящих газов с учетом соотно­шения водяных эквивалентов достигается при подогреве воздуха до 250—350°С. Для подо­грева воздуха до 350—450°С воздухоподогре­ватель выполняют двухступенчатым, распола­гая экономайзер (рис. 19.4) между этими ступенями. Сущность двухступенчатой схемы заключается в увеличении температурного на­пора At на горячем конце воздухоподогрева­теля в результате переноса его горячей (вто­рой) ступени в область более высокой темпе­ратуры продуктов сгорания. Это позволяет сохранить температуру уходящих газов на до­статочно низкрм уровне.

Воздухоподогреватель выполняют из угле­родистой стали, для которой максимально до­пустимая температура не превышает 500°С, что при температуре подогрева воздуха до 420°С соответствует температуре продуктов сгорания не более 580°С. Обычно температура продуктов сгорания за пароперегревателем выше и составляет 600—650°С, а потому для защиты металла второй ступени воздухоподо­гревателя перед ней располагают вторую (горячую) ступень экономайзера. При двух­ступенчатой компоновке воздухоподогревателя и водяного экономайзера заметно увеличива­ется высота конвективной шахты, растут мон­тажные затраты, поэтому такая схема приме­няется только для топлив, которые требуют высокого подогрева воздуха.