Котельные установки

Развитие прямоточного котлостроения

Прямоточные котлы по своей схеме резко отличаются от барабанных с многократной циркуляцией. В своей простейшей форме прямоточный котел представляет собой непрерывный обогреваемый змеевик, в один конец кото­рого поступает питательная вода, а из другого выходит перегретый пар. Такая конструкция проста по устройству, не содержит таких дорогих элементов, как барабаны, коллекторов, опускных необогреваемых труб и др. Однако практи­чески начиная с мощности котла 3-8 т/ч приходится применять несколько па­раллельных витков. Число параллельных витков в больших котлах доходит до 50-100 и выше.

Неравномерность распределения потока по параллельным змеевикам, а также неодинаковые условия обогрева отдельных труб приводят к так назы­ваемой температурной разверке, которая выражается в том, что отдельные змеевики начинают выдавать пар различной температуры. Для борьбы с этим явлением можно:

Искусственно повышать сопротивление отдельных труб (шайбование);

Устанавливать смесительные коллекторы по пути движения для вырав­нивания температуры по змеевикам.

Второе мероприятие часто используется.

Число параллельно включенных труб, определяемое расходом питатель­ной воды и минимально допустимой скоростью, оказывается недостаточным, чтобы занять вертикальными подъемными трубами весь периметр топки. Опа­саясь застоя пара в местах перехода от подъемного к нисходящему движению (в области низких паросодержаний и скоростей смеси), избегают нисходящих участков кипятильных труб, особенно в зоне начала испарения. В отечествен­ных конструкциях прямоточных котлов трубы располагают в виде ленты, об­вивающей периметр топочной камеры по спирали, что позволяет при неболь­шом числе труб покрыть все стенки не прибегая к опускному движению.

Скорость входа воды в трубки составляет 1,5-2,0 м/с (при номинальной нагрузке). Попытки снизить скорость до 0,6 м/с (в целях общего снижения со­противления котла) привели к расслоению потока пароводяной смеси в трубах, пульсации температур металла и в результате - к многочисленным поврежде­ниям труб.

При скорости движения на входе потока 2 м/с расслоения пароводяной смеси не наблюдалось, и прямоточные котлы работали не менее надежно, чем барабанные.

Работа прямоточного котла характеризуется высокими требованиями к качеству питательной воды. В прямоточных бессепараторных котлах все соли, вносимые с питательной водой, либо отлагаются на стенках трубок, либо рас­творяются в паре и уносятся в турбину. Отложение солей происходит в основ­ном в зоне испарения (переходной зоне). Ввиду отложения солей на внутрен­ней стороне стенки трубки работают в тяжелых условиях. Поэтому, чтобы уменьшить опасность пережога труб, переходную зону обычно выносят в кон­вективную шахту (область умеренных температур) (рис. 15.13). В таких усло­виях можно безопасно накапливать в котле некоторое количество солей и уда­лять их периодической промывкой.

Для удлинения срока межпромывочной работы котла, а также для умень­шения заноса солями проточной части турбины некоторые прямоточные котлы снабжают сепараторами.

Сепараторы устанавливают в переходной зоне, в зоне малой влажности и отделяют воду с солями от пара. Вода с солями отводится в дренаж, а пар - в пароперегреватель. Главная трудность - поддержание на входе в сепаратор по­стоянной влажности. С изменением нагрузки котла эта влажность меняется. При увеличении влажности увеличивается потеря с продувкой. При уменьше­нии влажности некоторые змеевики начинают выдавать в сепаратор перегре­тый пар, в котором уже растворены соли, а часть солей отложится на трубах до сепаратора. Это снижает эффект сепарации.

В целом можно сказать, что сепараторы облегчают задачу получения чис­того пара при пониженном качестве конденсата, но не позволяют применять питательную воду со значительным солесодержанием, как это можно делать в барабанных котлах.

Одним из недостатков прямоточных котлов является их малая аккуму­лирующая способность. Если в барабанных котлах в первый момент резкого повышения нагрузки котлы могут выдавать больше пара при том же количест­ве питательной воды и том же количестве топлива, то в прямоточных котлах количество вырабатываемого пара точно соответствует количеству питатель­ной воды. Но с этим связано и преимущество прямоточного котла - малая взрывоопасность.

Ввиду того, что в прямоточном котле должно быть точное соответствие количества подаваемой питательной воды, топлива и воздуха количеству и за­данным параметрам пара, прямоточный котел обязательно должен быть авто­матизирован.

Прямоточные котлы изготавливают как на средние, на высокие, так и на закритические давления. Но если на давления ниже критического могут быть построены котлы с естественной циркуляцией, то на критических параметрах прямоточные котлы - единственно возможные. При высоких давлениях пря­моточные котлы работают лучше, чем при средних, ввиду меньшей опасности расслоения пароводяной смеси. В закритической зоне такого расслоения во­обще не наступит. Прямоточные котлы у нас в основном выпускает Подоль­ский машиностроительный завод.

Преимущества прямоточных котлов.

1. Отсутствие барабана.

2. Меньший вес котла.

3. Простота конструкции.

4. Легкость изготовления и монтажа.

5. Взрывобезопасность.

6. Возможность постройки котла на сверхкритические параметры.

7. Полная автоматизация управления.

Недостатки.

1. Повышенные требования к качеству питательной воды.

2. Малая аккумулирующая способность котла.

3. Повышенный расход энергии на привод питательных насосов высоко­го давления.

4. Возможно неравномерное распределение воды по параллельным змее­викам (гидродинамическая неравномерность).