Для чего нужен пароперегреватель в котле

Пароперегреватели

Назначение и область применения

Пароперегреватель — устройство, предназначенное для получения перегретого пара с температурой выше, чем температура насыщения в барабане котла при том же давлении, что и в котле. Он является одним из наиболее ответственных элементов котельного агрегата, так как температура пара в нем достигает наибольших значений и металл перегревателя работа­ет в условиях, близких к предельно допустимым. Змеевики пароперегревателя и коллекторы, выполненные из углеродистой стали, могут работать при температурах перегрева до 425 °С. В свою очередь, насыщенный перегретый пар значительно повышает коэффициент полезного действия котла.

По назначениям пароперегреватели делятся на основные, в которых перегревается пар высокого давления или сверх критического давления (СКД); промежуточные, в которых перегревается пар, частично отработавший в турбине.

Типы пароперегревателей:

Пароперегреватели по способу тепловосприятия подразделяются:

1. Конвективные пароперегреватели (располагаются в конвективном газоходе и получают теплоту конвекцией).

2. Радиационные пароперегреватели (устанавливаются на стенах топочной камеры и получают теплоту радиацией).

3. Ширмовые пароперегреватели, радиационно-конвективные (располагаются в верхней части топки и частично в горизонтальном газоходе между радиационными и конвективными поверхностями нагрева).

В котельных агрегатах низкого и среднего давлений используются конвективные пароперегреватели с вертикальным или горизонтальным расположением труб.

Для получения пара с температурой перегрева более 500 °С применяют ширмовые, комбинированные пароперегреватели, т.е. такие, в которых тепловосприятие в одной части поверхности происходит за счет излучения, а в другой — путем конвекции. Радиационная часть поверхности нагрева такого пароперегревателя расположена в виде ширм непосредственно в верхней части топочной камеры.

Устройство и принцип действия

1. Конвективные пароперегреватели

В зависимости от направления движения потоков пара и продук­тов сгорания в пакетах конвективных пароперегревателей различают три схемы движения потоков:

Направление движения греющей и нагреваемой среды у прямоточного пароперегревателя совпадают, а у противоточного направлены в противоположные стороны.

Рис. 1 – Схемы движения пара и продуктов сгорания в конвективных пароперегревателях:

а – прямоточное; б – противоточное; в – смешанное.

В противоточном пакете паропе­регревателя достигается максимальный температурный напор между продуктами сгорания и паром, что уменьшает поверхность нагрева и расход металла.

Недос­татком схемы является опасность пережога последних по ходу пара участков змеевиков, так как здесь пар наиболее высокой температуры встречается с продуктами сгорания, также имеющими наибольшую тем­пературу и металл труб находится в тяжелых температурных условиях.

По схеме противотока работают только конвективные поверхности, омываемые газами температурой не выше 600 – 850 °С в зависимости от качества металла.

При прямотоке темпе­ратурный напор получается меньше, чем при противотоке и, соответст­венно, увеличивается необходимая поверхность нагрева. Однако усло­вия работы металла лучше, так как участки змеевиков с наибольшей температурой пара обогреваются продуктами сгорания, уже частично охлажденными.

В смешанной схеме взаимного движения пара и продуктов сгорания достигаются оптимальные условия надежности и умеренной стоимости конвективного пароперегревателя.

Конвективные пароперегревате­ли выполняют из стальных труб наружным диаметром 32— 42 мм для высокого и сверхкрити­ческого давления и толщиной стен­ки 5—7 мм. Различают змеевики одно- и многорядные. Они отличаются числом рядов параллельных труб, выходящих из коллектора.

При большой тепловой мощности котла змеевики паропере­гревателя выполняют обычно в три-четыре ряда труб, при этом затруд­няются условия для приварки концов труб в коллекторе, увеличивается число сверлений в нем и уменьшается его прочность.

Рис. 2 – Схема вертикального конвективного пароперегревателя:

1 – барабан котла; 2 – главная паровая задвижка; 3 – выходной коллектор перегретого пара; 4 – промежуточный коллектор с поверхностным пароохладителем; 5 – балка для подвески змеевиков; 6 – подвеска змеевиков; 7 – змеевик первой ступени пароперегревателя; 8 – дистанционная планка; 9 – дистанционная гребенка; 10 – змеевик второй ступени пароперегревателя; ПГ – продукты горения.

2. Радиационные пароперегревате­ли

При небольшой поверхности ра­диационный пароперегреватель ба­рабанного парового котла обычно занимает потолок топки, а если этого недостаточ­но, то его размещают и на верти­кальных ее стенах.

На­стенные перегреватели, выполнен­ные в виде панели на всю высоту топки, оказываются менее надежными и так отвод теплоты от ме­талла к пару во много раз слабее, чем к кипящей воде. Особенно тя­желый режим имеет металл труб настенного перегревателя при сни­женных нагрузках, когда расход па­ра в трубах заметно снижается.

3. Ширмовые пароперегреватели

Ширмовые пароперегреватели представляют собой систему труб, образующих плоские плотные панели с входными и выходными коллекторами.

Ширмы размещают в верхней части топки на расстоя­нии 600 – 1000 мм одна от другой вертикально или горизонтально.

Они являются радиационно-конвективными поверхностями, так как их тепловосприятие складывается из значитель­ной доли радиационного излучения от ядра факела и раскаленных га­зов в объеме между ширмами и до­ли конвективного теплообмена.

Газы омывают ширмы продоль­но-поперечным потоком со скоро­стью 5 – 8 м/с.

Ширмовые перегре­ватели обычно получают 20 – 40% всего тепловосприятия пароперегре­вателя.

Ширмы могут изготавливаться из плавниковых труб. Они меньше шла­куются и легче очищаются от наруж­ных загрязнений.

Источник

Пароперегреватель котла: для чего нужен, принцип работы и разновидности устройства

Чтобы повысить КПД, используется пароперегреватель котла. Особенности конструкции устройства помогают поднять уровень температурных показателей парообразных масс до критического максимума, что оказывает положительное влияние на эффективность установки.

Конструкция пароперегревателя и для чего нужен

Пароперегреватель котла это устройство, основной задачей которого является перегрев пара выше точки насыщения. Такая особенность дает возможность поднять полезность от использования паровой машины.

Пароперегреватель представляет собой систему змеевиков, собранных в единую конструкцию. Для сборки применяют трубы небольшого диаметра. С обеих сторон металлических змеевиков располагают коллекторы, объединяющие трубы в единую конструкцию.

Различаются два типа сечения труб, используемых при конструировании коллекторов – прямоугольные и круглые. Помимо этого, по способу сборки их распределяют на:

Для повышения эффективности эксплуатации установка пароперегревателя парового котла производится в топочном отделе или газоходе котла, подвергаясь прямому нагреву. При таком способе использования повышается риск образования накипи на внутренних стенках трубопровода.

Чтобы снизить ее образование, пароперегреватель прямоточного котла расположен после паросепараторов. Каждый котел, благодаря этому изделию, может отделять мелкие частицы воды. Если этого не сделать, наслоения накипи будут способствовать перегреву и выгоранию отдельных частей парового устройства.

Первоочередное требование, предъявляемое к работе пароперегревателя, – промышленные паровые котлы должны быть герметичными. Это позволит снизить риск проникновения пара в газоходные каналы. Чтобы получить максимально герметичное соединение, змеевики на концах подвергают развальцовке внутри коллекторной трубы. Противоположная стенка коллектора имеет специальные люки, приспособленные для выполнения герметизации.

Внимание! Мощность котла определяет количество змеевиков в пароперегревателе.

Монтаж большого количества змеевидных отводков требует подготовки множества дополнительных отверстий, которые понижают прочностные качества коллектора. Поэтому при необходимости повышения мощности пароперегревателя монтируют дополнительные коллекторы, чтобы иметь возможность установки еще нескольких змеевиков.

Если котельное оборудование при его эксплуатации образует небольшое количество зольных остатков, расположение реберных отводков пароперегревателя может быть горизонтальным. Остальные варианты требуют вертикального расположения труб.

Проблемными участками устройства являются перемычки между реберными трубами. Эти места подвержены быстрой зашлаковке. Процесс чистки имеет свои сложности из-за затрудненности доступа к перемычкам.

Крепление прибора осуществляется на специализированные подвески с таким учетом, чтобы при расширении труб оставалось свободное пространство. В качестве подвесок используются специальные металлические изделия, выполненные из устойчивого к температурному расширению материала.

Принцип работы устройства

Работа паропрогревателя основана на нагреве пара продуктами сгорания. Вода, подаваемая в отдельно расположенную емкость, подвергается постоянному нагреву, в результате чего она переходит в парообразное состояние. Пар перемещается по трубам змеевика, где омывается горячими продуктами сгорания, смешанными с воздушными массами для более простого продвижения. В зависимости от необходимого количества получаемого разогретого пара, в камеру может быть установлено от одного до нескольких пароперегревателей.

Камера, где производится нагрев, имеет вход для продуктов сгорания и выход отработавших газов. Высота температуры перегретого пара зависит от направления его движения по отношению к продуктам горения. Так, если в системе установлены противоточные пароперегреватели, то выходная продукция имеет наибольшие показатели температуры.

Источник

Пароперегреватели предназначаются для перегрева насыщенного пара, поступающего из испарительной сис­темы парогенератора; в установках высокого давления они применяются также для дополнительного вторич­ного перегрева пара, частично отра­ботавшего в цилиндре высокого дав­ления турбины. Пароперегреватель является одним из основных теплоиспользующих элементов парогенера­тора и работает в наиболее тяжелых условиях.

Перегрев пара выше температуры насыщения необходим по соображениям повышения термического КПД электростанций и преду-преждения эрозии лопаточного аппарата водой из сконденсировавшегося на лопатках турбины пара. Перегрев пара осуществляется в трубчатых поверхностях, обычно радиационно-конвективного типа.

Поверхности нагрева перегревателя можно классифицировать исходя из способа передачи теплоты от дымовых газов: радиация (радиационные поверхности), конвекция (конвективные поверхности) и смешанная (радиационно-конвективные поверхности нагрева). Все эти поверхности показаны на схеме пароперегревателя котла высокого давления на рис. 43.

Основными конструктивными деталями пароперегревателя являются стальные, часто легированные, трубы и коллекторы. Трубы, как правило, имеют наружный диаметр 28 – 42 мм, промежуточного перегревателя – до 60 мм.

Радиационная поверхность нагрева 2 пароперегревателя размещается обычно на стенах топки с расположением труб перегревателя между испарительными трубами экранов. На рис. 43 радиационно-конвективная поверхность представлена в виде U-образных ширм 3 с поперечным шагом 450 – 700 мм и потолочных панелей 6; а конвективные поверхности – в виде змеевиковых пакетов 4 и 5.

Рис. 43. Основные конструктивные элементы пароперегревателей:

1 – барабан; 2 – двухходовая панель радиационного настенного топочного перегревателя; 3 – подвесные вертикальные полурадиационные перегревательные ширмы на выходе из топки; 4 – конвективный змеевиковый вертикальный перегреватель; 5 – горизонтальный выходной конвективный пароперегреватель; 6 – потолочная трубчатая панель перегревателя; 7 – впрыскивающий пароохладитель; 8 – выходной коллектор перегретого пара; 9 – входной коллектор подвесных труб; 10 – то же выходной; 11 – подвесные трубы перегревателя; 12 – опорная планка; 13 – змеевики горизонтального перегревателя; 14 – горелка

Различают перегреватели по способу крепления змеевиков: вертикальные 4 – первичного перегревателя и горизонтальные 5 – вторичного.

Вертикальные перегреватели крепятся к потолочному перекрытию котла обычно на подвесках из жаростойкой стали, причем последние часто размещают вне газохода.

Горизонтальные перегреватели крепят на подвесных трубках, охлаждаемых паром. Панели и пакеты змеевиков крепятся дистанционирующими вставками и подвесками из жароупорной стали и другими способами.

С повышением параметров пара роль и значение пароперегрева­теля возрастают. Это положение под­тверждается зависимостью доли тепла, воспринимаемого пароперегревателем, от параметров пара, показанной на рис. 44. Так, при средних парамет­рах пара 3,93 МПа (40 кгс/см 2 ) и 450° С тепло, затрачиваемое на перегрев па­ра, составляет 30,6 % тепла, затрачиваемого на испарение воды: при вы­соких параметрах 13,8 МПа и 570 °С его доля доходит до 92 %.

Металл поверхностей нагрева па­роперегревателя имеет наибольшую по сравнению с другими теплоиспользующими поверхностями нагрева тем­пературу, что обусловливается высо­кими температурами пара и большими удельными тепловыми нагрузками по­верхностей нагрева.

По назначению пароперегреватели разделяют на первичные, в которых перегревается пар начального дав­ления, и промежуточные, используе­мые для перегрева частично отрабо­тавшего пара.

Рис. 44. Структура тепловосприятия в поверхностях нагрева

8.2. Конвективные пароперегреватели
Конвективный пароперегреватель выполняется обычно из труб с внутрен­ним диаметром 22 – 36 мм, образую­щих змеевики, ввальцованные или приваренные к круглым коллекторам. Для промежуточных пароперегрева­телей диаметр труб d 2 ∙с). Большие значения массовой скорости принимаются для последних по ходу пара ступеней паро­перегревателя.

При указанных скоростях пара значение ко­эффициента теплоотдачи от стенки к пару составляет α₂ > 2000 Вт/(м 2 ·К), что обеспечивает достаточно хорошее охлаждение металла труб и его тем­пературу в пределах °С. Для выравнивания температуры пара по отдельным змеевикам при темпе­ратуре его более 450 °С пароперегре­ватель разделяют на последовательно включенные по пару части с переме­шиванием пара между ними. Переме­шивание пара обеспечивается в смесительных коллекторах, к которым присоединены змеевики отдельных час­тей пароперегревателя. Кроме того, осуществляют переброс пара из зме­евиков, расположенных в одной части газохода, в змеевики другой части. Подводить пар к раздающему коллек­тору рекомендуется рядом труб по всей его длине (рис. 45).

Рис. 45. Схема пароперегревателя с перебросом

Для надежной работы паропере­гревателя, помимо обеспечения доста­точной скорости потока и равномерной температуры подогрева пара по па­раллельно включенным змеевикам, не­обходимо осуществить наиболее ра­циональную схему включения паро­перегревателя по ходу по-тока продук­тов сгорания. В зависимости от направления движения потоков пара и продуктов сгорания различают паро­перегреватели прямоточные, противоточные и со смешанным направлением потоков (рис. 46).

Рис. 46. Схемы движения пара и продуктов сгорания в конвективных

а – противоточное; б – прямоточное; в, г – смешанное

В противоточном пароперегрева­теле достигается наибольший возмож­ный температурный напор между про­дуктами сгорания и паром, что умень­шает необходимую поверхность нагре­ва пароперегревателя и соответствен­но снижает расход на него металла. Недостатками противоточной схемы являются размещение последних по ходу пара частей змеевиков в области наиболее высоких температур продуктов сгорания и тяжелые температурные условия работы металла труб. При прямоточном пароперегревателе температурный напор меньше, чем при противоточном, однако условия работы металла труб лучше, так как части змеевиков с наибольшей температурой пара обогреваются продуктами сгорания, охлажденными на входных участках змеевиков.

Оптимальной является смешанная схема включения пароперегре-вателя, при которой большая и первая по ходу пара часть перегревателя выполняется противоточной, а завершение перегре­ва пара происходит во второй его части при прямотоке. При этом в части змеевиков, расположен­ных в области наибольшей тепловой нагрузки пароперегревателя, в начале газохода, будет умеренная темпера­тура пара, а завершение перегрева пара происходит при меньшей тепло­вой нагрузке. Соотношение противо­точной и прямоточной частей паро­перегревателя выбирается из условия одинаковых температур металла в на­чале и конце змеевика прямоточной части пароперегревателя. При выпол­нении пароперегревателя из обычной углеродистой стали температура пара в конце противоточной части паро­перегревателя должна быть не выше 400 – 425 °С.

На рис. 43 показана схема пароперегревателя барабанного парогене­ратора высокого давления с конвективным пароперегревателем 4, выпол-ненным в виде верти­кальных змеевиков. Каждый змее­вик располагается в плоскости, пер­пендикулярной фронту парогенера­тора. Расположение змеевиков в плос­кости, совпадающей с направлением движения продуктов сгорания, обес­печивает одинаковый обогрев всех змеевиков при значительном сниже­нии температуры газов по глубине газохода. Наряду с этим устраняется влияние на тепловосприятие змееви­ков неравномерных температур по высоте газохода, которое в нижней и верхней части змеевиков может раз­личаться на 20 % и более. Однако рас­положение змеевиков в плоскости, перпендикулярной фронту парогенератора, при неодинаковой температуре продуктов сгорания по ширине газохода приводит к неравномерному тепловосприятию змеевиков по ширине газохода. В результате тепловая нагрузка отдельных змеевиков может превышать среднюю на 10 – 20 %. В этих условиях для обеспечения нормальной работы труб пароперегревателя его разделяют на части с перемешиванием пара в коллекторах до поступления его в последующую часть. Змеевики вертикального пароперегревателя обычно располагаются в коридорном порядке с целью обеспечения возмож­ности легкой их очистки от наружных загрязнений и уменьшения опасности зашлаковывания. Змеевик паропере­гревателя выполнен из двух парал­лельно включенных по пару труб, что позволяет разместить в габаритах га­зохода большую поверхность нагрева. Скорость продуктов сгорания в газоходе остается такой же, как и при оди­нарном змеевике, а скорость пара уменьшается в 2 раза.

На рис. 47 показано крепление вертикального пароперегревателя. Вертикальные змеевики подвешены к каркасу парогенератора за концы верхних петель, вынесенных из зоны обогрева. Подвеска змеевиков осуществлена с помощью хомутов, охва­тывающих трубки и подвешенных к крючку, укрепленному на балке кар­каса. Для обеспечения определенного расстояния между змеевиками на ниж­ние петли змеевиков укладывают дистанционирующие гребенки из жаро­упорного чугуна и скрепляют их при помощи хомутов из жаропрочной ста­ли.

Рис. 47. Крепление вертикального конвективного пароперегревателя:

1 – змеевик; 2 – подвесные планки; 3 – верхние изгибы труб;

4 – потолочные трубы; 5 – дистанционирующие гребенки;

8.3. Радиационные и ширмовые пароперегреватели

При высоких параметрах пара воз­никает необходимость размещения в топке радиационного или ширмового пароперегревателя. Радиационный па­роперегреватель барабанных пароге­нераторов обычно устанавливают на потолке топки, а если этой поверхно­сти недостаточно — и на вертикаль­ных ее стенках по всей их высоте (рис. 43). Обычно размещают пароперегреватель на стенках, на которых установлены горелки, чаще на фронтовой стенке.

На рис. 48 показана конструк­ция ширм, при которой трубки ширм висят на коллекторах, подвешенных к каркасу парогенератора. Постоянство взаимного расположения ширм в топке обеспечивается соединением хомутами попарно выступающих со­седних труб в месте их соприкоснове­ния. Преимуществом вертикальных ширм является стекание налипшего на них шлака по мере утолщения его слоя.

В парогенераторах большой мощности тепловосприятие ширмовых пароперегревателей может составлять до 50 % всего тепла, необходимого для перегрева пара. Использование ширмовых пароперегревателей умень-шает поверхность нагрева настенных радиационных пароперегревателей и улучшает использование объема верхней части топочной камеры.

Рис. 48. Вертикальный ширмовый пароперегреватель:

а – клинообразная форма низа ширмы; б – горизонтальная

форма низа ширмы; 1 – трубы ширмы; 2 – камера;

3 – обвязочные трубы; 4 – хомут

8.4. Компоновка пароперегревателя

Имеется большое разнообразие конструкций пароперегревателя. На рис. 49 показаны наиболее часто применяемые схемы, конструкции и компоновки пароперегревателей.

Пароперегреватель парогенератора среднего давления с параметрами Р = 3,9 МПа, t = 440 °С обычно конвективный, с вертикальными змеевиками; он размещается за фестоном или за конвективным испарительным пучком (рис. 49а). Для защиты металла выходных змеевиков от чрез­мерно высокой температуры паропе­регреватель выполняется по смешан­ной противоточно-прямоточной схеме. Выравнивание температуры пара, поступающего в прямоточную часть пароперегревателя, осуществляется в выходном коллекторе противоточной части и во входном коллекторе прямоточной части. При наличии перед пароперегревателем только фесто­на неравномерность температур по ширине топки сохраняется и на входе продуктов сгорания в пароперегре­ватель. Повышенная местная темпе­ратура продуктов сгорания может явиться причиной шлакования паропе­регревателя, которое также возможно и при общем увеличении температур в топке. В целях уменьшения опасно­сти зашлаковывания пароперегрева­теля применяется разрядка его перед­них рядов — фестонирование.

Рис. 49. Схемы пароперегревателей:

а – среднего давления; б – высокого давления; в – прямоточного котла;

1 – барабан; 2 – конвективный пароперегреватель; 3 – ширмовый

пароперегреватель; 4 – потолочный пароперегреватель;

5 – настенный пароперегреватель; 6 – экраны топочной камеры

В парогенераторах высокого дав­ления с параметрами Р = 9,8 и 13,7 МПа и t = 510 и 540 °С пароперегре­ватель состоит из двух частей, конвективной и ширмовой (рис. 49б). Ширмовый пароперегреватель с вертикальными панелями размещен в верхней части топки перед фестоном. Конвективный пароперегреватель с вертикальными змеевиками разме­щается в горизонтальном газоходе за фестоном. Обе части пароперегревателя включаются по пару последовательно. При этом первым по ходу пара включается ширмовый пароперегреватель, работающий в более тяжелых условиях. Насыщенный пар из бара­бана проходит через небольшую по­верхность радиационного пароперегрева-теля, расположенную на потолке топки, затем поступает в ширмовый пароперегреватель, а из него — в конвективный пароперегреватель. Конвективный пароперегреватель включен по смешанной схеме, так что его выходные змеевики расположены в области умеренных температур продуктов сгорания. Описанные конструкция и компоновка пароперегре-вателя являются оптимальными для парогенераторов высокого давления и обеспечивают высокую надежность его работы. Пароперегреватель прямоточного котла (рис. 49в) состоит из радиационных настенного 5 и потолочного 4 пароперегревателей, полурадиационного – ширмового 3 и двух ступеней конвективного 2 пароперегревателя. Все ступени включены последовательно, прямоточная часть конвективного пароперегревателя располагается в горизонтальном газоходе, а противоточная – в конвективной шахте.
8.5. Регулирование температуры пара

В процессе эксплуатации парогенератора температура перегретого пара может меняться вследствие изменения удельного тепловосприятия пароперегревателя. Наибольшее влия­ние на температуру перегретого пара оказы­вает нагрузка парогенератора. Температура перегрева пара зависит также от температуры питательной воды, избытка воздуха в топке, шлакования и загрязнения экранов и паро­перегревателя, от характеристик топлива.

В радиационном пароперегревателе с повышением нагрузки температура перегрева пара снижается, так как удельное тепловосприятие пароперегревателя возрастает в топке медленнее, чем увеличивается нагрузка.

В конвективном пароперегревателе количество проходящих через него продуктов сгорания увеличивается почти пропорционально увеличению нагрузки и одновременно повышается температура на выходе из топки. Соответ­ственно повышаются коэффициент теплоотдачи в пароперегревателе и температурный напор. В результате удельное тепловосприятие паро­перегревателя растет быстрее, чем нагрузка парогенератора, и температура перегрева пара возрастает.

В барабанных парогенераторах при сни­жении температуры питательной воды рас­ход топлива и продуктов сгорания увеличива­ется, что повышает скорость газов в паро­перегревателе и увеличивает коэффициент теплоотдачи. Следовательно, при неизменном расходе пара повышается температура его перегрева. В прямоточных парогенераторах снижение температуры питательной воды приводит к уменьшению поверхности нагрева зоны пароперегревателя, и температура пере­грева пара снижается.

Увеличение избытка воздуха в топке уменьшает долю тепла, передаваемого радиа­цией в топке, и увеличивает объем и скорость продуктов сгорания, проходящих через паро­перегреватель. В результате повышается температура перегрева пара.

Повышение влажности твердого топлива при неизменной паропроизводительности парогенератора увеличивает объем продуктов сгорания, прохо­дящих через пароперегреватель, и его удель­ное тепловосприятие, за счет чего также по­вышается температура перегрева пара.

Шла­кование экранов в топке вызывает повышение температуры продуктов сгорания перед паро­перегревателем и температуры перегрева пара. Загрязнение пароперегревателя вызы­вает снижение температуры перегретого пара.

В прямоточных парогенераторах поверх­ность нагрева зоны пароперегревателей меняется и зависит от эксплуатационных фак­торов. Поддержанием соотношения расхода воды и топлива можно обеспечить неизмен­ную температуру перегрева пара. Вместе с этим небольшое изменение расхода топлива вызывает существенное изменение температуры пара вследствие малой аккумулирующей способности парогенератора.

В соответствии с ГОСТ на турбины уста­новлены допустимые отклонения температуры перегрева пара от номинального значения в пределах от +10 до –15 °С в парогенерато­рах среднего давления и от +5 до –10 °С в парогенераторах высокого давления. При­меняемые системы и конструкции паропере­гревателей в различных условиях эксплуа­тации не могут обеспечить поддержание тем­пературы пара в допустимых пределах. В свя­зи с этим энергетический парогенератор должен иметь устройство для регулирования температуры пара. При этом номинальная температура перегретого пара после первич­ного и промежуточного пароперегревателей должна обеспечиваться в диапазоне нагрузок парогенератора 70 – 100 % при допустимых изменениях всех других факторов, влияющих на температуру перегрева пара.

В современных парогенераторах приме­няются два способа регулирования темпера­туры пара: паровое и газовое. При паровом регулировании температура пара поддержи­вается постоянной путем изменения степени его охлаждения или изменения энтальпия пара, поступающего в пароперегреватель или в отдельные его ступени. При газовом регулировании осуществляется воздействие на тепловосприятие пароперегревателя за счет изменения передачи тепла от газов к его поверхности нагрева.

Паровое регулирование температуры первичного пара, осуществляется либо в поверхностных пароохладителях, либо путем впрыска в поток перегретого пара чистого конденсата ­­- впрыскивающие пароохладители.

Изменение температуры пара по тракту пароперегревателя при различных схемах включения пароохладителя показано на рис. 50.

Рис. 50. Изменение температуры пара в зависимости от размещения

а – за пароперегревателем; б – в рассечку; в – на входе

насыщенного пара; г – допустимая температура металла

труб; 1 – пароохладитель

Установка пароохладителя на выходе пара из пароперегревателя не при­меняется, так как пароперегреватель при этом остается незащищенным от чрезмерно высокой температуры. Размещение пароохла­дителя на стороне насыщенного пара опре­деляет значительное запаздывание системы регулирования температуры пара и в настоя­щее время применяется в агрегатах малой мощности. Как правило, пароохладители компонуются в рас­сечку, что обеспечивает меньшую инерционность регулирования вследствие сокращения длины пути пара после регулятора и времени, необходимого для изменения количества тепла, аккумулированного в пароперегревателе. В ре­зультате регулирование конечной температуры пара достигается почти в 2 раза быстрее, чем при установке пароохладителя на стороне насыщенного пара.

Поверхностные пароохла­дители . Поверхностный пароохлади-тель представ­ляет собой трубчатый теплообменник. Внутри труб протекает охлаждающая вода, снаружи трубы омываются охлаждаемым паром (рис. 51).

Пароохладитель состоит из корпуса, внутри которого по всей длине разме­щаются змеевики из стальных труб диаметром 28×3 мм. К корпусу приварены штуцера длиной около 100 мм, к которым сваркой присоединены концы зме­евиков пароперегревателя.

Рис. 51. Поверхностный пароохладитель (регулятор перегрева):

1 – входной коллектор питательной воды; 2 – выходной

коллектор воды; 3 – крышка; 4 – корпус; 5 – подвод пара;

6 – корыто; 7 – диск опорный; 8 – выход пара; 9 – змеевики

охладителя; 10 – кожух; 11 – опора
В качестве охлаждающей воды используется обычно питательная вода. По потоку питательной воды пароохладитель может быть включен параллельно или после­довательно с экономайзером (рис. 52).

При параллельной схеме включения пароохладителя (рис. 52а) с уве­личением количества проходящей через него воды ухудшаются условия охлаждения экономайзера и уменьшается использование в нем тепла отходящих газов. В современных паро­генераторах применяется включение пароохладителя последовательно с экономайзером (рис.52б).

В зависимости от температуры перегретого пара автоматически регулируется количество охлаждающей воды, подаваемой в змеевики пароохладителя. Подвод охлаждающей питательной воды производится с торца пароохладителя через входной коллектор, а отвод через выходной коллектор.

Для обеспечения необходимого диапазона регулирования пароохладитель парогенераторов с естественной и многократной принудительной циркуляцией должен обеспечивать возможность снижения энтальпии пара на Δi_по= 60-80 кДж/кг.

Рис. 52. Схемы включения поверхностного пароохладителя:

а – параллельная; б – последовательная; 1 – барабан;

2 – пароохладитель; 3 – отвод охлаждающей воды;

4 – водяной экономайзер

Температура воды на входе в экономайзер (по схеме рис. 52б) будет выше, чем у воды, поступающей в парогенератор

Снижение температуры перегретого пара впрыскивающим пароохла­дителем достигается на некотором расстоянии от места ввода воды, так как на испарение капель конденсата и последующий перегрев образовав­шегося из них пара требуется некоторый промежуток времени, а скорость потока пара в пароохладителе более 40 м/с. Уменьшение этого расстояния достигается более тонким распылением воды за счет уменьшения диаметра отверстий форсунки и увеличения перепада давления между впрыскива­емой водой и паром и, по возможности, увеличением разности температур пара и конденсата.

Количество пара, проходящего через ступень пароперегревателя после пароохла­дителя, увеличивается и равно, кг/ч:

,

где — количество пара до пароохладителя, кг/ч; — количество воды, поступающей в пароохладитель, кг/ч.

Разность называют удельным теплосъемом в пароохладителе, где и — энтальпия пара на входе и выходе пароохладителя, кДж/кг. Он составляет обычно (в целом на весь пароперегреватель) кДж/кг или в пересчете на изменение температуры °С.

Рис. 53. Впрыскивающий пароохладитель:

а – с цилиндрической защитной рубашкой; б – с соплом Вентури;

1 – водяная форсунка; 2 – штуцер; 3 – корпус пароохладителя;

4 – защитная рубашка; 5 – сопло Вентури; 6 – вход охлаждающей воды;

7 – вход пара
Общее количество конденсата, поступаю­щего в пароохладитель, определяется из условий обеспечения снижения энтальпии пара на 80 кДж/кг при работе парогенератора с полной нагрузкой и определяется по фор­муле

где i_п.п и – энтальпии перегретого пара и конденсата, поступающего в пароохлади­тель, кДж/кг.

Следует учитывать, что по мере прибли­жения пароохладителя к выходу пара из пароперегревателя ухудшаются температур­ные условия работы металла паропровода в месте впрыска. Это также является одной из причин применения двух-трех пароохла­дителей по тракту пара, что позволяет более тонко регулировать температуру пара и более надежно защищать отдельные ступени пароперегревателя.

Впрыскивающие пароохладители требовательны к качеству воды, используемой для впрыска.

В барабанных паровых котлах при сильно минерализованной питательной воде конденсат для впрыска получают в самом котле за счет конденсации части насыщенного пара, отбираемого из барабана котла. Такой способ получения качественной воды для впрыска называют схемой впрыска собственного конденсата (рис. 54).

Рис. 54. Схема регулирования перегрева пара впрыском собственного

1 – барабан; 2 – линия перелива; 3 – конденсатор; 4 – сборник

конденсата; 5 – впрыскивающий пароохладитель;

6 – экономайзер; 7 – регулятор температуры пара
Конденсация насыщенного пара происходит за счет отвода теплоты к питательной воде, поступающей затем в экономайзер. Установленный в нижней части конденсатора сборник выдает конденсат на впрыски в пароохладители, а избыток его через линию перелива возвращается в барабан. Для увеличения перепада давле­ния на впрыскивающем устройстве в этом случае рекомендуется защитную рубашку выполнять в форме сопла Вентури, обеспечивающей в узком ее сечении снижение статического давления пара (рис. 53,б).

Рециркуляция продуктов сгорания. Рециркуляция обеспечивает­ся возвратом части газов V_рц из газохода после экономайзера с температурой = 350 – 450 °С в топочную камеру (рис. 55а).

Рис. 55. Организация рециркуляции дымовых газов в топку:

а – общая схема; б – изменение условной температуры вторично

перегретого пара от рециркуляции r при разных нагрузках

котла; 1 – топка; 2 – газомазутные горелки; 3, 4 – конвективные

поверхности основного и промежуточного пароперегревателей;

5 – экономайзер; 6 – РВП (регенеративный воздухоподогреватель);

7 – линия отбора газов на рециркуляцию; 8 – дымосос рециркуляции

газов; 9 – регулятор расхода; 10 – короб горячего воздуха
Газы рециркуляции вводятся либо в кольцевой канал вокруг горелки, либо непосредственно в ко­роб воздуха горелок. Поскольку абсолютное давление газов в топке выше, чем в месте отбора их на рециркуляцию, подача газов в топку возможна только специальным дымососом рециркуляции газов. В связи с этим увеличиваются затраты электроэнергии на перекачку газов.

Кроме того, возврат части газов в топку увеличивает общий объем газов в тракте от точки отбора газов и сопротивление этого тракта, отчего дополнительно увеличиваются затраты энергии на тягу в основных дымососах.

Доля рециркуляции газов:

,

где – объем газов за местом их отбора на рециркуляцию, м 3 /кг. Доля рециркуляции изменяется обычно от 0,05 до 0,4 (или от 5 до 40 %) и увеличивается по мере снижения нагрузки, когда заметно уменьшается тепловосприятие конвективных поверхностей промежуточного перегревателя (рис. 55,б).

Рециркуляция дымовых газов в широком диапазоне применяется преимущественно на газомазутных котлах, на которых ввод инертных газов в зону горения практически не влияет на полноту сгорания топлива и по­верхности которых не подвержены золовому износу при повышенной скорости газов в газоходах. При сжигании газа и особенно мазута доля рециркуляции составляет 5 – 10 %, что даже при полной нагрузке обеспечивает снижение теплового потока на экраны топочной камеры и оказывает поло­жительную роль в отношении защиты экранов НРЧ от чрезмерно высоких тепловых нагрузок.

Введение инертных газов рециркуляции в ядро факела при сжигании твердых топлив допустимо только для реакционных топлив, в других случа­ях это приводит к затягиванию горения и возможному росту потерь теплоты с недожогом. При сжигании шлакующих топлив возможна рециркуляция газов в верхнюю часть топки. Ее цель — снижение температуры газов перед ширмами, что уменьшает вероятность их шлакования.

Рециркуляции газов приводит к некоторому повышению температуры уходящих газов и, следовательно, потерь теплоты с ними. При этим несколько возрастет расход топлива по сравнению с ре­жимом без рециркуляции.

Байпасирование продуктов сгорания . Регулирование температуры вторично перегреваемого пара байпасированием продуктов сгорания (рис. 56) можно осуществить двумя способами: либо использованием холостого газохода между пакетами пароперегревателя (рис. 56а), либо перераспределением продуктов сгорания по параллельным газоходам, в одном из которых расположена поверхность перегревателя (так называемый «рас­щепленный газоход») (рис. 56,б).

Рис. 56. Схемы регулирования температуры пара байпасированием

а – через холостой газоход; б – распределением газов по газоходам:

1 – пакеты промежуточного перегревателя; 2 – экономайзер;

3 – регулирующая заслонка; в – с разделением газоходов:

1 – промперегреватель; 2 – экономайзер; 3 – основной воздухоподо-

греватель; 4 – предвключенный воздухоподогреватель; 5 – дымосос

Водяные экономайзеры служат для подогрева питательной воды и снижения температуры уходящих газов. Располагаются в одну или две ступени в конвективной шахте топки.

Экономайзеры различаются по:

— материалу, из которого изготовлены: чугунные и стальные;

— типу труб: с гладкими трубами и ребристыми;

— кипящего и некипящего типа.

В экономайзерах некипящего типа подогрев воды происходит только до температуры кипения. В экономайзерах кипящего типа происходит частичное парообразование. Температура питательной воды на выходе из экономайзера равна температуре насыщения (кипения), соответствующей давлению в экономайзере. Питательная вода в экономайзере этого типа может содержать 15-20 % пара.

Чугунные экономайзеры (рис. 57) комплектуются с котлами, давление в которых не превышает 2,4 МПа. Эти экономайзеры бывают только некипящего типа. Температура воды на входе в экономайзер должна быть на 5 – 10 °С выше температуры точки росы отходящих газов, а на выходе из экономайзера на 20 °С ниже температуры насыщения. Основное преимущество экономайзера такого типа – повышение стойкости к коррозии. Они изготавливаются из чугунных ребристых труб с внутренним диаметром 60 мм. Ребра квадратные 150×150 мм. Длина труб 2 – 3 м.

Рис. 57. Общий вид чугунного экономайзера ВТИ:

Рис. 58. Водяной экономайзер с параллельным включением ряда змеевиков:

1 – входная камера; 2 – выходная камера; 3 – змеевики экономайзера

В другой конструкции малый продольный шаг труб достигается лирообразным изгибом труб (рис. 59). Крепление змеевиков водяного экономайзера осуществляется путем их установки на опорных или подвесных конструкциях.

К коллекторам змеевики присоединяются вальцовкой или сваркой через промежуточные штуцера. Выходной коллектор экономайзера присоединяется к барабану парогенератора несколькими водоперепуск-ными трубами, в которых обеспечивается восходящий поток с целью свободного выхода с водой газов и образовавшегося в экономайзере пара в барабан. Для удобства очистки поверхностей нагрева от наружных загрязнений и его ремонта экономайзер разделяют на пакеты высотой до 1 м. Разрывы между пакетами должны быть 550 – 600 мм, а между пакетами экономайзера и воздухоподогревателем – не менее 800 мм.

Рис. 59. Присоединение к коллекторам змеевиков экономайзера:

а – с использованием развилок; б – с разделением на два пучка;

в – при двух параллельных коллекторах; г и д – с использованием

Змеевики экономайзера могут располагаться перпендикулярно или параллельно фронту парогенератора (рис. 60). В первом случае длина змеевиков невелика, что облегчает их крепление. Во втором случае резко уменьшается число параллельно включенных змеевиков, но усложняется их крепление. В парогенераторах небольшой мощности применяется одностороннее расположение коллекторов. В парогенераторах с развитым фронтом экономайзеры выполняются двусторонними, симметричными, с расположением коллекторов с двух боковых сторон конвективной шахты.

Скорость воды в водяном экономайзере принимается исходя из условий предотвращения в них кислородной коррозии и расслоения пароводяной смеси. При малой скорости воды остающийся в ней кислород задерживается в местах шероховатости верхней образующей трубок и вызывает язвенную коррозию, которая распространяется на большую толщину стенки трубки вплоть до образования свищей. Расслоение пароводяной смеси при малой скорости потока вызывает ухудшение условий их охлаждения и перегрев металла трубок.

Рис. 60. Компоновка экономайзера:

а – перпендикулярное фронту расположение змеевиков;

б – параллельное фронту расположение змеевиков;

в, г – двустороннее параллельное фронту расположение змеевиков;

д – защита труб от износа; 1 – барабан; 2 – водоперепускные трубы;

3 – экономайзер; 4 – входные коллекторы; 5 – перекидные трубы

Рис. 61. Плавниковые трубы экономайзеров:

а – с приваренными ребрами; б – из плавниковых труб
10. ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛИ

Для подогрева воздуха применяются два типа воздухоподогревателей: рекуперативные и регенеративные.

Для получения необходимой скорости перекрестного тока воздуха трубную систему по высоте разделяют промежуточными досками на несколько ходов. Для перепуска воздуха из одного хода в другой устанавливаются короба. Воздухоподогреватель снаружи имеет стальную обшивку и опирается нижней трубной доской на раму, связанную с каркасом парогенератора. Трубная система расширяется вверх, и верхняя трубная доска соединяется с газоходом линзовым компенсатором, что обеспечивает свободное термическое расширение воздухоподогревателя. Воздухоподогреватель выполняется из ряда секций, удобных для монтажа и транспортировки, которые устанавливаются рядом, заполняя все сечение газохода.

Компенсация температурного расширения воздухоподогревателя осуществляется с помощью линзовых или набивных компенсаторов (рис. 63).

Применяются однопоточная и двухпоточная схемы подвода воздуха в воздухоподогреватель. В воздухоподогревателях парогенераторов малой и средней мощности применяется однопоточная схема подвода воздуха по его широкой стороне.

Рис. 62. Трубчатый воздухоподогреватель:

1 – стальные трубы 40×1,5 мм; 2, 6 – верхняя и нижняя трубные

короб; 5 – промежуточная трубная доска; 7, 8 – опорные рамы и

Рис. 63. Компенсаторы тепловых расширений воздухоподогревателя:

а – линзовые компенсаторы; б – набивные компенсаторы;

1 – трубная доска; 2 – компенсатор расширения труб относительно

короба воздуха; 3 – компенсатор расширения короба относительно

каркаса; 4 – каркас короба; 5 – камера с крошкой шамота и песка;

6 – лист уплотнения

В агрегатах большой мощности высота одного воздушного хода достигает больших размеров, и число ходов воздуха в каждой ступени воздухоподогревателя уменьшается. Двухпоточная схема подвода воздуха позволяет уменьшать высоту хода и увеличивать число ходов при меньшем в них числе рядов трубок и, соответственно, уменьшить сопротивление по ходу воздуха и повысить температурный напор в воздухоподогревателе. Применение двухпоточной схемы подвода воздуха и труб малого диаметра с малым шагом позволяет создать достаточно компактные воздухоподогреватели.

Различные схемы компоновки трубчатых воздухоподогревателей показаны на рис. 64.

Рис. 64. Схемы компоновки воздухоподогревателя:

а – двухпоточный по воздуху при двустороннем его подводе;

б – двухпоточный при одностороннем подводе воздуха;

в – многопоточный по воздуху; 1 – вход холодного воздуха;

2 – выход горячего воздуха
Трубчатые воздухоподогреватели просты по конструкции, надежны в работе и более плотны, чем другие системы воздухоподогревателей. Недостатком трубчатых воздухоподогревателей являются относительно большие удельный расход металла и удельный объем.

Рис. 65. Регенеративный воздухоподогреватель:

1 – вал ротора; 2 – подшипники; 3 – электродвигатель;

4 – набивки; 5 – наружный кожух; 6, 7 – радиальное и

периферийное уплотнения; 8 – утечка воздуха через уплотнения

Рис. 66. Схема установки комбинированного рекуперативного и

1 – топка; 2 – экраны топочной камеры; 3 – фестон; 4 – ширмовый

пароперегреватель; 5 – конвективный пароперегреватель; 6 – водяной

экономайзер I ступени; 7 – то же II ступени; 8 – регенеративный

воздухоподогреватель I ступени; 9 – рекуперативный трубчатый

воздухоподогреватель II ступени
Выбор температуры горячего воздуха. Температура горячего воздуха при сжигании твердых топлив определяется не только характеристиками топлива, но и организацией его сжигания.

Количество поступающего в зону горения воздуха по массе в несколько раз превосходит массу топлива. Недостаточный подогрев воздуха может затормозить воспламенение топлива и привести к значительному недожогу. Так, для топлив с относительно малым выходом летучих веществ (V daf daf > 25 %). Исключение составляют сильновлажные топлива, требующие использо-вания для работы в пылесистеме высокотемпературного сушильного агента. Последний можно получить путем смешения части горячих топочных газов с воздухом. Тогда допустимо некоторое снижение подогрева воздуха в воздухоподогревателях. Так, при влажности топлива ≤ 2 (%·кг)/МДж температура горячего воздуха может быть принята 270-300 °С, а при ≥ 5 (%·кг)/МДж – 400 °С.

Обеспечение жидкого шлакоудаления требует высокого подогрева воздуха (не ниже 350 °С). Уровень его подогрева зависит от выхода летучих, температуры плавкости золы и влажности сжигаемого топлива.

Сжигание мазута и природного газа допускает умеренный подогрев воздуха, при котором исключается недогорание топлива в высоконапря-женных топках. Экономически выгодно подогревать воздух выше температуры питательной воды, поступающей в экономайзер.

При температурах горячего воздуха выше 300 °С компоновка воздухоподогревателя выполняется двухступенчатой, в рассечку с водяным экономайзером. В табл.2 приведены рекомендуемые значения температуры горячего воздуха для различных топлив.
Таблица 2

Источник