Котельные установки

Компоновка котлов большой паропроизводительности

Разработка и выбор рациональной компоновки предопределяют надеж­ность работы котла, простоту и удобство обслуживания и ремонта, минималь­ный расход металла и малую стоимость установки. На выбор компоновки влияет паропроизводительность котла, вид сжигаемого топлива, тип топочного устройства и др.

Отечественный и зарубежный опыт проектирования показывает, что котлы большой паропроизводительности могут быть изготовлены различных компоновок, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. Котлы могут быть с П-образной (рис. 15.9), Т-образной (рис. 15.15) и башенной (рис. 15.16) компоновкой. Они состоят из радиационных топок и конвективных шахт. В первых двух конструкциях эти шахты соединены горизонтальным га­зоходом, в котором размещаются пароперегревательные поверхности нагрева. В конвективной шахте располагают пакеты водяных экономайзеров, переход­ные зоны, пароперегреватели и воздухоподогреватели.

Нижний вывод топочных газов из котлов с П-образной и Т-образной компоновкой позволяет установить на нулевой отметке тяжелое тяго-дутьевое и золоулавливающее оборудование. Строительные конструкции здания полу­чаются легче и дешевле.

Нисходящий поток газов в конвективной шахте способствует самоочи­стке труб, позволяет применить дробеструйную золоочистительную установку и осуществить противоточное включение поверхностей нагрева.

Котлы П-образной компоновки получили широкое распространение в отечественном котлостроении. Топочная камера котла П-образной компоновки конструктивно проста и удобна для блочного изготовления ее панелей. Двух­светные экраны размещают в топке перпендикулярно фронту котла и делят ими топочную камеру на секции. В П-образной компоновке (по сравнению с Т-образной) увеличивается глубина конвективного газохода, в результате чего возрастает неравномерность полей температур и скоростей газа, вызывая по­вышенную тепловую разверку в конвективных поверхностях нагрева. Недос­таток П-образной компоновки несколько уменьшается при фронтальной уста­новке горелок, а также при применении бесприсосной конвективной шахты и жидкого шлакоудаления.

Уменьшение тепловой разверки достигается применением перемешива­ния и переброса воды и пара. Кроме того, фронтальная установка горелок и циклонных предтопков упрощает коммуникации по подводу больших коли­честв топлива и воздуха.

Двойной фронт выхода газа из топок Т-образной компоновки уменьшает высоту газовых окон, улучшает аэродинамику потока при входе в соедини­тельный газоход из топочной камеры и уменьшает разверку температуры газа по высоте газохода. Путем перераспределения газов по двум газоходам можно также вести подрегулировку температуры пара в пароперегревателях. (Развер - ка температуры газов по высоте выходного окна в некоторых конструкциях при П-образной компоновке достигала 200 °С, что приводило к шлакованию труб в верхней части окна.)

Увеличение фронта выхода газа из топки при Т-образной компоновке дает возможность увеличить поверхность нагрева ширм, увеличить коэффици­ент теплоотдачи излучением в пароперегревателе.

Однако котел Т-образной компоновки получается тяжелее и трудозатра­ты на его изготовление выше, чем в аналогичном котле П-образной компонов­ки. Увеличение расхода стали вызывается усложнением каркаса, удлинением пароперепускных труб и ростом числа коллекторов. Трудозатраты на изготов­ление котла возросли из-за увеличения числа гибов труб и из-за увеличения числа сварных стыков. Котел Т-образной компоновки имеет сложную тепло­вую схему.

Расположение горелок на двух боковых стенках топки при Т-образной ком­поновке усложняет подвод коммуникаций для подачи топлива и воздуха, по срав­нению с фронтальным расположением горелок в П-образной компоновке.

При Т-образной компоновке возрастает длина здания котельной и уменьшается ширина (по сравнению с П-образной), что стоит дешевле.

При башенной компоновке (рис. 15.16) котел компактен в плане. Возду­хопроводы при этой компоновке небольшой протяженности, а газопроводы отсутствуют. Дымовые трубы обычно устанавливают на каркасе котла или на строительной конструкции здания. Верхняя установка тягодутьевых устройств и золоуловителей утяжеляет конструкцию, усложняет монтаж и ремонт обору­дования. Башенная компоновка применима для котлов, сжигающих газ, мазут или малозольный уголь, позволяющий упразднить или упростить газоочистку и использовать регенеративный воздухоподогреватель. Башенный вариант обеспечивает удобное расположение топочной камеры с циклонными пред­топками.

В башенной компоновке увеличивается длина и возрастает стоимость паропроводов, возникают конструктивные трудности при креплении двух­светных экранов.

При U-образной компоновке (рис. 15.17) с расположением горелок на потолке топки двухсветные экраны можно устанавливать как перпендикуляр­но, так и параллельно по фронту котла, что дает возможность расположить в топке большую (по сравнению с предыдущими конструкциями) поверхность нагрева. Опускной факел дает более полное и стабильное заполнение топоч­ной камеры. U-образная компоновка обладает еще и тем преимуществом, что выходные камеры первичного и промежуточного пароперегревателя установ­лены на более низкой отметке, что уменьшает длину паропроводов и снижает стоимость коммуникаций по пару.

Радиационную и конвективную шахты в этой конструкции соединяют нижним горизонтальным газоходом, в котором устанавливают полурадиаци­онные ширмы и конвективные поверхности нагрева.

Поворот газов в топочной камере увеличивает улавливание золовых час­тиц в холодной воронке топки.

Основной недостаток U-образной компоновки - установка на строитель­ных конструкциях здания тягодутьевых машин и золоуловителей.

При трехходовой компоновке (рис. 15.18) использованы преимущества П - и V-образных компоновок. Эти конструкции рентабельны при температуре не выходе из топочной шахты более 1300 °С. При температуре 1000 °С уже II заход нерадиационный (с большой долей конвективного тепла). В России применения не нашел.

За рубежом имеются очень сложные компоновки котлов большой паропроизводительности, например в 4 хода: камера горения (опускное дви­жение), камера охлаждения (подъемное движение), опускная и подъемная кон­вективные шахты.

Иногда котел изготавливают с глубоким горизонтальным конвективным газоходом, в котором установлены змеевиковые конвективные поверхности нагрева.

Решающим в окончательном выборе компоновки котла является высокая надежность работы, удобство эксплуатации и ремонта и снижение расхода ме­талла на паропроводы между котлом и турбиной.