Котельные установки

ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛИ

Полученный в испарительных поверхностях нагрева водяной пар собирается в барабане, проходит сепарирующие устройства и затем может быть направлен непосредственно к потребителю или для повы­
шения его температуры в пароперегреватель. При использовании пара для производственных нужд температура пара ограничивается зна­чением в 225—250°С с тем, чтобы к потребителю, даже далеко находя­щемуся, пар поступал с малой степенью влажности. При этих темпера­турах расположение пароперегревателя по ходу продуктов сгорания может быть практически любым — за котлом или за частью пучка кипя­тильных труб, а сам перегреватель может быть выполнен чисто конвек­тивным.

Р9мПа
Противоток Параллельный Смешанные комбина­та к рованные схемы ^ —^ Вход насыщенного пара -■*—Выход перегретого пара * Рис. 5-2. Схемы движения пара в пароперегрева­телях: противоток (а), параллельный ток (б), сме­шанные комбинированные схемы (в).
Рис. 5-3. Распределение теплоты» в процентах, воспринятого 1 кг ра­бочего тела в поверхностях нагре­ва: подогревающих воду фц0д; ис­паряющих воду <7Нсп И перегре­вающих пар <7пер.

При использовании пара для выработки электроэнергии выгодно иметь температуру перегрева максимальной. Эта температура опреде­ляется качеством материала труб — стали.

В котельных установках на давление 4,0 МПа (40 кгс/см2) пере­грев пара осуществляют до 450°С; на более высокие давления — до 540—570°С. При высоких температурах пара перегреватель из легиро­ванных сталей размещается сразу же за топочной камерой. При этом пароперегреватель защищен фестоном из кипятильных труб или шир­мами, освещенными факелом из топки, от шлакования (см. рис. 3-25).

В зависимости от направления движения пара через поверхности нагрева перегреватели принято различать (рис. 5-2) с противоточным (а), параллельно-точным (б) и смешанным или комбинированным (в) движением пара.

Наибольшее распространение в котельных агрегатах низкого давле­ния пара имеют противоточные схемы. Для среднего и высокого давле­ния пара применяют схемы со смешанным движением, лри этом имея в виду некоторое снижение температуры металла, что следует из фор­мулы (4-5), вследствие снижения # и величины (?/#-

При любой схеме включения пароперегревателя в поток дымовых газов число параллельных труб, выходящих из коллектора и входящих в него, достаточно велико, из-за чего возникает возможность неравно­мерного распределения расходов пара по змеевикам. Неравномерность может быть следствием разных гидравлических сопротивлений змееви­ков, различной степени обогрева, особенностей выбранной схемы подШ - 184

Да и отвода пара к коллекторам или схемы включений змеевиков и несколько сокращается при равномерном размещении подводящих и от­водящих труб по длине коллектора.

Лишь в котлах малой производительности с небольшим числом змеевиков можно применять торцевой подвод и отвод пара. Иногда змеевики включаются прямо в барабан по его верхней образующей, по­сле всех сепарирующих устройств. Чем выше давление и температура перегрева пара, тем большую долю из общего количества теплоты, воспринимаемой паром, необходимо передать в пароперегревателе (рис. 5-3).

На рисунке ^дер, <7исп и ^Под — количество теплоты, приходящейся на перегрев пара, испарение и подогрев 1 кг воды при различных давле­ниях. Если потребителю требуется перегретый пар повышенных пара­метров р=4 МПа (40 кгс/см2), /Пе=450°, то, как это видно из рис. 5-3, поверхности нагрева, подогревающие воду и перегревающие пар, пере­дают 1 кг рабочего тела около 50% общего количества теплоты, сооб­щаемой в котельном агрегате.

Из рис. 5-3 видно, что с повышением давления доля теплоты, рас­ходуемой на подогрев воды до кипения, заметно возрастает даже при предварительном подогреве воды паром — регенерации.

По положению труб пароперегреватели принято подразделять на вертикальные и горизонтальные. В выпускаемых котлах небольшой производительности низкого и среднего давления пара чаще находят применение пароперегреватели с вертикальным расположением труб (рис. 5-4). Увеличение производительности и давления приводит к горизонтальному расположению труб перегревателя, показанному на рис. 5-5.

При вертикальном расположении труб вся поверхность нагрева па­роперегревателя обычно размещается в газоходе, соединяющем топоч­ную камеру с конвективной шахтой; при горизонтальном — ее размеща­ют и в конвективном газоходе.

Показанный на рис. 5-5 пароперегреватель котельного агрегата, рас­считанного на давление 4,4 МПа и температуру перегретого пара 440°С, частично расположен в газоходе / над топочной камерой и защищен от излучения четырехрядным фестоном, частично в конвективной шахте — газоходе II.

Пар в первую часть перегревателя, размещенную в газоходе II, по­ступает по трубам 1 непосредственно из барабана, затем после неболь­шого перегрева по трубам 3 из камеры 4 пар поступает в пароохлади­тель поверхностного типа 2, а из него в поверхность, расположенную в газоходе I. Перегретый до номинальной температуры пар поступает в выходной коллектор 5.

При вертикальном и коридорном расположении труб перегревателя трубы самоочищаются, что упрощает их очистку и ремонт.

Для дистанционирования и крепления, кроме подвески на трубах, используются углеродистые, жаростойкие, хромистые, хромоникелевые стали и жароупорный чугун. Подвеска вертикальных змеевиков пере­гревателя с помощью полос и тяг к каркасу показана на рис. 5-4,6.

Трубы перегревателя, размещенные на потолке газохода, имеют приваренные проушины — планки и с помощью тяг или крюков крепят­ся к балкам каркаса. При больших размерах поверхностей нагрева пе­регреватель конструктивно выполняют с выходящими из коллектора в одной плоскости несколькими змеевиками, что позволяет уменьшить общие габариты. Для этого применяют малые радиусы гибов змеевиков

Рис. 5-4. Вертикальное распо­ложение и крепление труб па­роперегревателя в газоходах котлоагрегатов малой (а) и средней (б) производитель­ности.

1 — змеевик пароперегревателя; 2 — каркасная балка; 5 —тяга; 4 —по­лоса; 5 — дистанционная гребенка; 6 — дистанционная планка или угольник; 7 — поверхностный регу­лятор температуры перегрева пара.

Узел Е

{2,5—3,0с? н). Змеевики изготовляют из труб с наружным диаметром йа=28, 30, 32 и 38 мм и толщиной стенки 5, равной 2,5—3,5 мм. В газо­ходе змеевики размещают с относительным шагом по ширине оь рав­ным 2,5—3,0.

При установке перегревателя за фестоном из кипятильных труб, при шлакующихся топливах и в области температур, больших, чем 900°С, первые по ходу дымовых газов петли змеевиков (4—8) разрежа - кЗт, увеличивая шаг о. Тепловые перекосы газов и тепловые неравно­мерности по змеевикам в коллекторах перегревателей ликвидируются перемешиванием потоков пара или переводом его из одной половины агрегата в другую.

В коллекторе 7 размещены и устройства для регулирования темпе­ратуры перегрева пара (рис. 5-4). Трубы к коллекторам присоединяют­ся главным образом на сварке через специальные штуцера или непо­средственно и на развальцовке; в последнем случае на противополож­ной образующей выполняется лючковый затвор.

Коллекторы перегревателей изготовляются из цельнотянутых труб, змеевики с коллекторами собирают обычно на заводах-изготовителях в законченные для монтажа блоки.

Для обеспечения надежного охлаждения труб перегревателя и по­лучения в пароперегревателе небольшого падения давления около 10% от давления в 'барабане скорости пара принимаются при низких давле­ниях пара в пределах от 15 до 40 м/с; при средних— 15—25 м/с и при высоких—12—20 м/с. Температура наружной стенки трубы перегрева­теля может быть определена по формуле (4-5).

Регулирование температуры перегретого пара осуществляется не­сколькими способами: с помощью поверхностных охладителей пара, впрыска воды в поток перегретого пара и изменением температуры и расхода дымовых газов.

В котлах малой и средней производительности часто применяют поверхностные охладители пара (см. рис. 5-4 и 5-5), размещенные в про­межуточном коллекторе, куда поступает пар с небольшим перегревом. Схема включения пароохладителя в перегреватель и питательный тракт котла дана на рис. 5-6. Установка поверхностного пароохладителя на стороне насыщенного пара может и приводит к конденсации части пара,

К неравномерному распределе­нию пара по змеевикам и к раз­ным температурам перегретого пара из параллельно включен­ных труб.

При установке пароохла­дителя на стороне перегретого пара защита труб перегрева­теля от пережога невозможна, а конструкция пароохладите­ля усложнена из-за резких ко­лебаний температуры металла и менее надежна по сравнению с пароохладителем на стороне насыщенного пара.

Регулирование впрыском воды может быть осуществле­но подачей питательной воды в поток перегретого пара или подачей в перегретый пар кон­денсата, полученного за счет охлаждения насыщенного пара данного котлоагрегата. При впрыске питательной воды ее качество должно быть близким к конденсату во избежание за­носа перегревателя и после­дующего пароводяного тракта солями.

Впрыск собственного кон­денсата применяется на котло - агрегатах повышенного давле­ния. Конденсат получается за счет пропуска части питатель­ной воды через поверхностный конденсатор /, размещаемый в дополнительном коллекторе и собирается в сосуде 3 (рис. 5-7). Пар из барабана поступает в перегреватель 2 и в конденсатор 1. В конденсаторе пар кон­денсируется за счет отдачи тепла питательной воде, подаваемой из тру­бопровода перед водяным экономайзером.

Полученный конденсат впрыскивается в пар, прошедший часть по­верхностей нагрева пароперегревателя. Подогретая в конденсаторе вода возвращается в экономайзер..

Повышение температуры питательной воды ухудшает охлажде­ние дымовых газов, что приводит к снижению экономичности котло­агрегата.

Газовое регулирование можно осуществить, пропуская часть газов помимо перегревателя или применяя, например, схему, изображенную на рис. 5-8,а, которая основана на возврате (рециркуляции) дымососом / части дымовых газов с температурой ~300°С из газохода 2 за водя­ным экономайзером и на подаче их в топочную камеру 3. При этом количество газовой их температуру в области пароперегревателя 4 мож-

Отношение *пе температур ітп

Рис. 5-8. Схема регулирования температуры перегретого пара рециркуляцией

Дымовых газов.

А — схема отбора дымовых газов: / — дымосос; 2— газоход водяного экономайзера; 3 — топочная камера; 4 — пароперегреватель; б —изменение температуры пара и доли рецирку­лирующих газов с изменением паропроизводительности котлоагрегата.

Но изменять, т. е. влиять на температуру перегретого пара. Подавая дымовые (рециркулирующие) газы в топочную камеру, можно изменить- температуру газов в конце топки и уменьшить тепловосприятие, хотя при этом и увеличивается количество дымовых газов и несколько воз­растает коэффициент теплоотдачи соприкосновением.

Изменение отношений температур не/^пе. ном перегретого пара в за­висимости от количества рециркулирующих дымовых газов ц. и от обще­го их количества при разных нагрузках котлоагрегата показано на графике (рис. 5-8,6).

Для регулирования температуры перегрева в некоторых отечествен­ных и зарубежных конструкциях котлоагрегатов широко используются параллельные газоходы, разделенные плотной перегородкой, в одном из которых расположен перегреватель и в другом — водяной экономай­зер. Шиберы для изменения расхода га'зов через каждый из газоходов установлены за поверхностями нагрева в области пониженных темпе­ратур газов.