ТЕПЛОГЕНЕРАТОРЫ КОТЕЛЬНЫХ

ПРИНЦИП РАБОТЫ ПАРОВОГО ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА

Устройство, имеющее топку для сжигания топлива, обогреваемое продуктами сгорания топлива, предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного и используемого вне самого уст­ройства, называют паровым котельным агрегатом (котлом). Теплота от топочных газов в топке переда­ется радиационным поверхностям нагрева, а за топкой - конвективным поверхностям нагрева, к кото­рым относят кипятильные трубы и пароперегреватель. К конвективным, или хвостовым, поверхностям нагрева также относят водяные экономайзеры, контактные теплообменники, воздухоподогреватели, ко­торые предназначены для снижения потерь теплоты с уходящими топочными газами, увеличения КПД котельного агрегата и снижения расхода топлива.

Элементы парового котельного агрегата представляют собой цилиндры (трубы и сосуды) разного диаметра, соединенные между собой с помощью сварки или вальцовки. Основными деталями парового котельного агрегата являются барабан, коллекторы и трубы. Для возможности осмотра и очистки бара­банов и коллекторов выполняют отверстия, называемые лазами, или люками. Внутренний объем паро­вого котла, заполненный водой, называют водным пространством, занятый паром - паровым простран­ством; поверхность, отделяющую паровое пространство от водного, - зеркалом испарения. В паровом пространстве устанавливают устройства для сепарации пара и влаги.

Основное условие, обеспечивающее надежную, безопасную и экономичную работу парового ко­тельного агрегата, - поддержание за счет интенсивного охлаждения теплоносителем на заданном рас­четном уровне температуры металлических поверхностей нагрева, подвергающихся постоянному воз­действию высоких температур топочных газов. Охлаждение металла достигается путем непрерывной и постоянной циркуляции теплоносителя внутри обогреваемых труб. Теплота от дымовых топочных газов передается трубам, а теплоноситель должен непрерывно отводить эту теплоту от стенок. Если отвод те­плоты происходит недостаточно интенсивно, то металл труб может сильно перегреться и потерять свою механическую прочность. Это может привести к появлению на трубах отдулин, свищей и даже к разры­ву труб, что в свою очередь приведет к аварийной остановке котла.

На рис. 5.1 показана принципиальная схема паровых теплогенераторов, работающих с естественной циркуляцией.

18 15 14 7 6 нагретый холодный

Рис. 5.1. Принципиальная схема парового теплогенератора с естественной циркуляцией: 1 - вода после умягчения ХВО; 2 - питательный насос; 3, 5 - нижний и верхний коллекторы водяного экономайзера; 4 - водяной экономайзер; 6 - питательная линия; 7 - верхний барабан; 8 - нижний барабан; 9, 10 - кипятильные трубы второго и первого газоходов; 11 - опускные трубы; 12 - Экранные трубы; 13 - подъемные трубы;

14 - паропровод; 15, 17 - коллекторы пароперегревателя;

16 - пароперегреватель; 18 - перегретый пар;

19 - воздухоподогреватель

Питательная вода 1 из деаэратора после водоподготовки ХВО питательным насосом 2 подается вначале в водяной экономайзер 4, где нагревается за счет теплоты уходящих топочных газов, а затем по питательной линии 6 идет в верхний барабан 7 парового котла, где смешивается с котловой водой. Одна часть котловой воды из верхнего барабана по кипятильным трубам 9, расположенным в области более низких температур топочных газов, опускается в нижний барабан 8, откуда по подъемным трубам 10, расположенным в области более высоких температур топочных газов, нагретая вода и пароводяная смесь поднимаются в верхний барабан. Другая часть котловой воды из верхнего барабана 7, по опуск­ным трубам 11, расположенным вне топки (обычно снаружи или в обмуровке), подводится к нижним коллекторам экранных труб 12, распределяется по коллекторам, нагревается в экранных трубах 12, а образующиеся пузырьки пара и пароводяная смесь поднимаются в верхний барабан 7 котла. Путь, по которому совершается движение теплоносителя, называется циркуляционным контуром.

Пар, полученный в испарительных поверхностях нагрева, в верхнем барабане котла проходит через паросепарационные устройства, где из него отделяются капельки влаги. После осушки полученный су­хой насыщенный пар по паропроводу 14 идет к потребителю или в пароперегреватель 16, где при этом же давлении пар нагревается до более высокой (чем при состоянии сухого насыщенного пара) темпера­туры.

При работе парового котла уровень воды в верхнем барабане колеблется между низшим и высшим положениями. Низший допускаемый уровень (НДУ) воды в барабанах паровых котлов устанавливается (определяется) для исключения перегрева металла стенок верхнего барабана, кипятильного пучка, а также обеспечения надежного поступления воды в опускные трубы контуров циркуляции. Обычно низший допускаемый уровень располагается выше на 100 мм над огневой линией. Огневая линия - это наивысшая горизонтальная линия соприкосновения горячих топочных газов с неизолированной стенкой верхнего барабана котла.

Положение высшего допускаемого уровня (ВДУ) воды в барабанах паровых котлов определяется из условий предупреждения попадания воды в паропровод или пароперегреватель, что может привести к гидравлическому удару паропровода, вибрации, нарушению нормальных условий работы и возможной аварии. Объем воды, содержащейся в барабане между высшим и низшим уровнями, определяет «запас питания», т. е. время, позволяющее котлу работать без поступления в него воды. Для повышения КПД теплогенератора возможна также и установка воздухоподогревателя 19.

Естественная циркуляция в паровом котле осуществляется за счет гравитационных сил, обуслов­ленных разностью плотностей воды и пароводяной смеси. Плотность воды в опускных трубах выше плотности пароводяной смеси в подъемных трубах, хотя давление и температура насыщения в любой точке контура одинаковы. Поэтому вода идет вниз, а пароводяная смесь поднимается вверх. Кроме того, пузырьки пара всегда стремятся занять верхнее положение, что улучшает естественную циркуляцию.

В котле может быть несколько контуров циркуляции. Отношение циркулирующей воды в контуре к количеству образовавшегося пара называется кратностью циркуляции и в паровых котлах может со­ставлять K = 10.100.

Для обеспечения надежной естественной циркуляции в контурах котлов ДКВР, ДЕ, серии Е, обыч­но используют трубы с наружным диаметром 51 мм с толщиной стенки 2,5.3,5 мм. При большем диа­метре труб естественная циркуляция будет лучше за счет меньшего гидравлического сопротивления внутри труб, но это экономически неоправданно. Интенсивность циркуляции зависит от нагрузки котла: при номинальной паровой нагрузке движение теплоносителя в контурах и работа котла происходят бо­лее устойчиво.

Нарушение нормальной циркуляции может быть вызвано:

• неравномерным прогревом поверхностей испарения, что обычно имеет место при шлаковании отдельных участков труб;

• неравномерным распределением воды по трубам экранов и коллекторов, что имеет место при за­грязнении шламом;

• несимметричным заполнением факелом горения топочного объема и др.

Весьма опасным является выпуск (или упуск) воды из барабана котла вследствие халатного отно­шения персонала. В этом случае в опускные трубы может попасть пар из барабана, образуется кавита­ция, циркуляция совершенно прекращается, что приводит к перегреву труб и верхнего барабана и в ко­нечном итоге - к аварии.

Номинальная производительность, основные технические характеристики, планы и разрезы паро­вых теплогенераторов серии Е, ДЕ, ДКВР и других приведены в справочной литературе [3, 6, 8, 12, 21, 32, 33], а также в приложении.