Паровые котлы ТЭС

Классификация пароперегревателей

Пароперегреватель предназначен для пере­грева поступающего в него насыщенного пара до заданной температуры. Он является одним из наиболее ответственных элементов установ­ки, так как температура пара здесь достигает наибольших значений и размещается он в зо­не высокой температуры газов.

По виду тепловосприятия пароперегревате­ли различают конвектишые, располагаемые в конвективном газоходе и получающие теп­лоту конвекцией, и радиационные, устанавли­ваемые на стенах топочной камеры и получа­ющие теплоту радиацией. Имеются еще и полурадиационные ширмовые пароперегрева­тели-, их располагают в верхней части топки и частично в горизонтальном газоходе между радиационными и конвективными поверхно­стями нагрева.

По назначению они делятся на основные, в которых перегревается пар ВД или СКД, и промежуточные, в которых перегревается пар, частично отработавший в турбине.

Конвективные пароперегреватели выпол­няют из стальных труб внутренним диамет­ром 20—30 мм. В промежуточных паропере­гревателях внутренний диаметр достигает 50 мм.

Обычно для пароперегревателей приме­няют гладкие трубы. Они технологичны и де­шевле ребристых. Гладкие трубы меньше под­вержены наружным отложениям и легче под­вергаются очистке. Недостаток гладкотрубных поверхностей нагрева — ограниченное тепло­восприятие при умеренных скоростях газового потока. Учитывая, что теплопередача через поверхность нагрева лимитируется наружным теплообменом аі<Са2, предложили конструк­ции с наружным оребрением труб. Различают продольное оребрение (из плавниковых труб— рис. 18.1,а) и поперечное оребрение (трубы с поперечными кольцевыми ребрами — рис. 18.1,6).

На мощных энергетических блохах - приме­няют промежуточный перегрев пара. Посколь­ку давление вторично^перегретого пара неве­лико (3—4 МПа), гидравлическое сопротивле ние промежуточного пароперегревателя должно быть небольшим (0,2—0,3 МПа). Это ограни­чивает массовую скорость пара и соответст­венно требует применения труб значительного диаметра, что снижает коэффициент теплоот­дачи на внутренней стенке. Низкие значения коэффициента теплоотдачи а2 при интенсив­ном обогреве поверхности промперегревателя,

Продуктйі сгорания

.

Особенно на выходе из него, вызывают в ряде случаев недопустимое повышение температу­ры перлитной стали, из которой выполняется пароперегреватель, и требуют перехода на дорогую и технологически более сложную аустенитную сталь. Уменьшить температуру стенки промежуточного перегревателя можно, расположив его в зоне умеренного обогрева, однако это связано со значительным увеличе­нием его поверхности нагрева, что экономи­чески невыгодно. Интенсифицировать внутрен­ний теплообмен в выходной («горячей») части перегревателя можно применением труб с внут­ренним продольным оребрением (рис. 18.1,в). Такая конструкция, развивая внутреннюю по­верхность, существенно уменьшает температу­ру стенки.

Из труб пароперегревателя образуют зме­евики с радиусами гибов не менее 1,9dn. Кон­цы змеевиков приваривают к коллекторам круглого сечения. Различают змеевики одно - и многозаходные (рис. 18.2,а—г). В котлах большой мощности пароперегреватели выпол­няют с большим числом заходов змеевиков. При этом затрудняются условия крепления концов труб в коллекторе, уменьшается его прочность. Поэтому в многозаходных поверх­ностях нагрева применяют «перчаточную» конструкцию присоединения змеевиков к кол­лекторам (рис. 18.2,(5).

В зависимости от направления движения потоков пара и продуктов сгорания различают прямоточные, противоточные и смешанные схемы пароперегревателей (рис. 18.3).

В противоточном пароперегревателе (рис. 18.3,а) достигается максимальный тем­пературный напор между продуктами сгора­ния и паром, что уменьшает поверхность на­грева и расход металла. Недостатком схемы является опасность пережога последних по

Рис. 18.3. Схемы взаимного движения пара и продуктов* сгорания в конвективных пароперегревателях. а — противоточное; б — прямоточное; в и г — смешанное.

Пару змеевиков, так как здесь пар наиболее высокой температуры встречается с продукта­ми сгорания, также имеющими наибольшую - температуру, и металл труб находится в тя­желых температурных условиях. При прямо­токе (рис. 18.3,6) температурный напор мень­ше, чем при противотоке. Однако условия работы металла лучше, так как змеевики с наибольшей температурой пара обогревают­ся продуктами сгорания, уже частично охлаж­денными на входном участке пароперегревате­ля. Оптимальных условий надежности и умеренной стоимости конвективного паропере­гревателя достигают в смешанной схеме (рис. 18.3,s, г).

Змеевики пароперегревателей располагают вертикально и горизонтально. Вертикальные - пароперегреватели более удобны в конструк­тивном отношении, проще, и надежнее их крепление, они меньше подвержены шлакова­нию, но недренируемы, т. е. невозможен непо­средственный слив конденсата, что вызывает стояночную коррозию и некоторые трудности при растопке котла. Горизонтальные паропе­регреватели конструктивно более сложны в части креплений, но допускают полный слив конденсата, что упрощает эксплуатацию.

В зависимости от расположения змеевиков приме­няют различные способы их крепления. В вертикаль­ных пароперегревателях верхние петли удерживаются на хомутах. Коллекторы и хомуты подвешиваются к каркасу (рис. 18-4,а). Горизонтальные пароперегре­ватели, работающие при температуре продуктов сго­рания ниже 700°С, закрепляют на штампованных из жаропрочных листов стойках (рис. 18.4,6). При более высокой температуре стойки (особенно газомазутных котлов) подвергаются интенсивной высокотемператур­ной газовой коррозии. Поэтому горизонтальные пакеты подвешивают на трубах, включенных в водопаровой тракт (рис. 18.5). Для этой цели применяют трубы того же диаметра, что и основные поверхности нагрева, с приваренными к ним опорными планками (рис. 18.6).

Радиационные пароперегреватели. При не­большой поверхности нагрева радиационный пароперегреватель барабанных котлов обычно занимает потолок топки (рис. 17.6, поз. 3), а если этого недостаточно, то его размещают и на вертикальных ее стенах. В прямоточных котлах радиационный пароперегреватель обыч-

Рис. 18.5. Схема подвес­ки горизонтального кон­вективного пароперегре­вателя на трубах. 1 и 4 — коллекторы подвес­ных труб; 2— подвесные тру­бы; 3 — пакет пароперегре­вателя; 5 — входной коллек­тор пароперегревателя.

Л.

Л___

Но занимает потолок, ВРЧ, СРЧ и стены гори­зонтального газохода.

Крепления труб вертикальных и горизон­тальных радиационных пароперегревателей такие же, как у парообразующих экранов, и должны обеспечивать свободное термическое удлинение труб при их нагревании.

Преимущества радиациен-

Ных пароперегревателей: ма­лое гидравлическое сопротив­ление (доли мегапаскалей), отсутствие загромождений га­зохода и сопротивления по га­зовой стороне.

Ширмовые пароперегрева­тели. Они обычно представля­ют собой систему труб, обра­зующих плоские плотные лен­ты с входными и выходными коллекторами. Ширмы разме­щают на расстоянии 600— 1000 мм одна от другой верти­кально или горизонтально. В вертикальной конструкции ширмы подвешиваются своими коллекторами (рис. 18.7), Основные преимущества

Ширм — сочетание лучистого и конвективного теплообмена, что обеспечивает им высокую тепловую эффективность при незначительном сопротивле­нии с газовой стороны. Шир­мовые пароперегреватели вос­принимают до 50% теплоты, идущей на перегрев. Размяг­ченные частицы золы непре­рывно налипают на ширмы и затвердевают на трубах. Но вследствие вибрации труб ширмы самоочищаются, и отложения не достигают большой толщины. Лишь в случае сильношла - кующих топлив могут образоваться плотные отложения. Недостаток вертикальных ширм с верхним расположением коллекторов — не - дренируемость. Горизонтальные ширмы под­вешивают на трубах, выделяемых из пакетов самих ширм (рис. 18.8).

По длине и конфигурации трубы ширм резко различаются между собой. Параллель­но включенные трубы обогреваются неодина-

/ — горизонтальные ширмы; 2 — подвесные охлаждаемые тру­бы; 3 — коллекторы; 4 — сборные камеры; 5 — дистанционные приставки; 6 — опорная плаика пакета ширмы.

Ково. Особенно сильному обогреву по сравне­нию с остальными подвержены лобовые труб ы. Все это приводит к тому, что наиболее аварийными оказываются внешние трубы ширм. Повышение надежности ширм достига­ется изготовлением одного или нескольких наиболее твдаюнапряженных труб из более

6)

Рис. 18.9. Методы защиты внешних труб ширм от пере­грева.

Жаропрочной стали или большего диаметра (рис. 18.9,а), закорачиванием внешни<х труб> (рис. 18.9,6), защитой внешних труб обрамля­ющими трубами другой, более низкотемпера­турной поверхности нагрева (рис. 18.9,в).

Обычно ширмовые поверхности выполняют­ся из гладких труб. На ряде станций опробо­ваны мембранные ширмы из плавниковых труб. Они меньше шлакуются, легче очища­ются от наружных загрязнений, трубы ширм' не выходят из ранжира. Горизонтальные мем­бранные ширмы могут выполняться с опорой по краям без промежуточных опор и подве­сок, так как представляют собой жесткую - плоскую систему.