Для чего нужен пароперегреватель
Пароперегреватели. Устройство пароперегревателей.
Назначение пароперегревателя.
В процессе испарения воды в котле получается насыщенный пар, который содержит смесь сухого пара и воды во взвешенном состоянии. Если такой пар направить потребителю, то по пути следования он будет охлаждаться и частично превратится воду (конденсируется). Явления конденсации можно избежать, если насыщенный пар перегреть выше его температуры насыщения.
Чем выше температура перегретого пара, тем более он устойчив от конденсаций.
Принцип работы пароперегревателя.
Перегрев пара осуществляется в особом аппарате, который называется пароперегревателем. Каждый котел может иметь отдельный пароперегреватель, или несколько котлов один — общий. Котлы небольшой мощности пароперегревателя часто не имеют.
Виды пароперегревателей.
Пароперегреватели разделяются на конвективные, радиационные и комбинированные. Широкое распространение получили конвективные и комбинированные пароперегреватели (рис. 1).
Змеевик пароперегревателя.
Рис. 1. Пакет пароперегревателя.
Конструкция пароперегревателя.
Современный пароперегреватель устанавливается в газоходе и представляет собой систему параллельно подключенных к коллекторам змеевиков из цельнотянутых труб небольшого диаметра. Газы продольным или поперечным движением омывают змеевики пароперегревателя снаружи. Пар входит в один коллектор пароперегревателя, проходит по змеевикам и выходит в другой.
Изготовление пароперегревателя.
Коллекторы пароперегревателей круглого или прямоугольного сечения изготовляются из углеродистой или легированной стали цельнотянутыми или сварными. Наиболее распространенным соединением змеевиков и пакетов пароперегревателя с коллектором является развальцовка концов труб пароперегревателя в коллекторе. Для этого с противоположной стороны коллектора делают групповые овальные или круглые люки (рис. 2). В современных котельных агрегатах при установке пароперегревателей широко применяется свободное — на верхнем креплении — подвешивание змеевиков. Такой метод не требует установки опорных балок.
Рис. 2. Крепление труб пароперегревателя в коллекторах:
а — овальный коллектор; б — круглый коллектор.
При использовании малозольного топлива применяется горизонтальное расположение змеевиков пароперегревателя (рис. 3) Такое расположение лучше обеспечивает спуск воды из пароперегревателя при остановке котла, но требует для подвешивания змеевиков в газоходах устройства специальных подвесок или чугунных футерованных кирпичом балок и стяжных болтов, соединяющих параллельные змеевики в жесткий пакет.
Рис. 3. Горизонтальное расположение пароперегревателя.
Конструкция подвесок для змеевиков и деталей для крепления пакетов должна обеспечить свободное удлинение отдельных змеевиков и механическую прочность подвесок в условиях высоких температур. Подвески и детали, соединяющие змеевики, изготовляют из жароупорной стали.
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.
Пароперегреватель
Из Википедии — свободной энциклопедии
Пароперегрева́тель — устройство, предназначенное для перегрева пара, то есть повышения его температуры выше точки насыщения. Использование перегретого пара позволяет значительно поднять КПД паровой установки. Перегретый пар широко применяется для питания турбин на тепловых электростанциях, с начала XX века использовался на всех типах паровозов. Также были разработаны проекты ядерных реакторов, где часть технологических каналов должны были использоваться для перегрева пара перед подачей в турбины (подробнее см. в статье РБМК).
Пароперегреватель представляет собой систему трубчатых каналов, проходящих через топку. Для того, чтобы уменьшить отложения накипи на стенках, пароперегреватели подключаются к системе после паросепараторов, отделяющих мелкие капли воды. Образование накипи приводит к увеличению теплового сопротивления стенок каналов, что, в свою очередь, приводит к перегреву и выгоранию элементов пароперегревателя.
При использовании низкосортных углей часто возникает проблема абразивного износа труб пароперегревателя продуктами горения. Для снижения износа применяют газотермическое напыление защитных покрытий.
Пароперегреватели
Пароперегреватели
Металл труб пароперегревателя работает в тяжелых температурных условиях даже при относительно невысоких температурах перегретого пара, 450-500°С.
Во всех случаях обогрева продуктами сгорания средняя температура металла всегда выше средней температуры охлаждающей среды, движущейся внутри труб. Превышение температуры стенки металла трубы зависит от равномерности обогрева продуктами сгорания змеевиков пароперегревателя в поперечном направлении, разности средней температуры продуктов сгорания и внутренней температуры стенки трубы, разности температуры стенки трубы и средней температуры металла. Для экономайзерных и испарительных поверхностей нагрева при высоких коэффициентах теплоотдачи от стенки к воде или к пароводяной эмульсии и при отсутствии накипи на внутренней поверхности труб в самых неблагоприятных условиях температура металла не превышает температуры охлаждающей среды более чем на 60 °С. В пароперегревателях температура пара (даже 450 °С) уже близка к предельной температуре, допустимой для углеродистой стали. Кроме того, коэффициент теплоотдачи от стенки к пару примерно на порядок меньше, чем к кипящей или некипящей воде. Только эти факторы могут дать превышение температуры металла стенки трубы пароперегревателя на 50-70 °С по сравнению со средней температурой пара. Поэтому тепловая разверка между змеевиками вследствие их неравномерного обогрева продуктами сгорания или неравномерного распределения пара по отдельным змеевикам, а тем более отложение накипи могут привести к выходу труб пароперегревателя из строя.
Для уменьшения тепловой разверки вследствие неравномерного распределения пара по отдельным змеевикам производят рассредоточенный ввод пара трубами малого диаметра по всей длине раздающего коллектора, установку промежуточных смешивающих коллекторов, разделение пароперегревателя на несколько частей по ширине с переброской пара из одной части в другую и т. д. Подробные рекомендации к выбору схем подвода пара приведены в «Нормах гидравлического расчета паровых котлов».
Существенное влияние на надежность работы металла пароперегревателя оказывает скорость пара. Повышение скорости пара в змеевиках пароперегревателя приводит к снижению температуры стенки труб, но увеличивает гидравлическое сопротивление пароперегревателя. В пароперегревателях промышленных котлов скорость пара принимается в пределах 20-25 м/с. При этих скоростях гидравлическое сопротивление пароперегревателя не превышает 5-6 % номинального давления пара.
При противоточной схеме движения продукты сгорания и пар движутся в противоположных направлениях. При такой схеме змеевики, обогреваемые продуктами сгорания с наиболее высокой температурой, встречают уже перегретый пар н охлаждаются явно недостаточно. В результате металл змеевиков пароперегревателя работает в наиболее тяжелых температурных условиях. В то же время соли, содержащиеся в насыщенном паре, выпадают в змеевиках, обогреваемых продуктами сгорания с более низкой температурой. По сравнению с предыдущей схемой здесь температурный напор больше, а поверхность нагрева пароперегревателя получается меньшей и более дешевой.
При смешанном взаимном движении продуктов сгорания и пара используется как прямоток, так н противоток в различных комбинациях. При этих схемах создаются наиболееблагоприятные температурные условия работы пароперегревателя, а его поверхность нагрева наименьшая.
Конвективные пароперегреватели располагают в горизонтальном газоходе между топкой и опускной шахтой или в самой опускной шахте. При установке в горизонтальном газоходе глубина каждого пакета пароперегревателя не более 1500 мм, между пакетами оставляют свободное пространство не менее 500 мм для выполнения ремонтных работ и осмотров.
Скорость продуктов сгорания в пароперегревателе обычно принимают 9-14 м/с, но не меньше 6 м/с во избежание заноса его поверхности нагрева летучей золой. При больших скоростях и сжигании высокозольных топлив имеется опасность истирания труб летучей золой.
В зависимости от способа расположения в газоходе различают горизонтальную и вертикальную подвеску параллельно включенных змеевиков. В настоящее время применяют как горизонтальную, так и вертикальную подвеску змеевиков пароперегревателя. Змеевики обычно располагают в коридорном порядке, что облегчает их очистку от загрязнений летучей золой.
Горизонтальное расположение змеевиков пароперегревателя обеспечивает хорошее удаление из них конденсата при остановке парогенератора, но требует более прочных и сложных подвесок во избежание провисания змеевиков. У вертикальных пароперегревателей змеевики свободно подвешиваются, что упрощает конструкцию, повышает надежность работы подвесок, но затрудняет дренаж конденсата, образующегося при остановке парогенератора.
На рис. 8-1 показан конвективный пароперегреватель промышленного котла, изготовленный из цельнотянутых труб диаметром 32 мм. Для промышленных котлов колебания перегрева пара, происходящие при изменении нагрузки, не оказывают существенного влияния на работу теплоиспользующих аппаратов, поэтому в них отсутствуют устройства, регулирующие перегрев пара. У энергетических парогенераторов, снабжающих паром турбины, необходимо поддерживать заданный перегрев пара. Температура перегрева пара в конвективных пароперегревателях увеличивается при росте нагрузки парогенератора и коэффициента избытка воздуха в топке, при снижении температуры питательной воды и шлаковании топки.
Регулирование температуры перегретого пара может осуществляться применением поверхностных пароохладителей, впрыскиванием воды в пар, пропусканием части продуктов сгорания мимо пароперегревателя, рециркуляцией продуктов сгорания в топку, изменением аэродинамики или химической структуры факела, изменением излучательной способности факела.
Регулятор перегрева пара должен обеспечивать поддержание температуры перегретого пара постоянной при изменении нагрузки парогенератора в широких пределах, быть конструктивно простым, надежным и малоинерционным.
Поверхностный пароохладитель представляет собой обычный теплообменный аппарат. Он обычно состоит из двух пакетов U-образных труб, по которым пропускается питательная вода. Трубы снаружи омываются паром, который от соприкосновения с их поверхностью охлаждается. Регулирование перегрева пара осуществляется изменением количества питательной воды, пропускаемой через пароохладитель (рис. 8-2, а).
Типичная схема включения поверхностного пароохладителя показана на рис. 8-2, б. Пароохладитель устанавливается между первой и второй ступенью пароперегревателя. Пар из барабана котла поступает во вторую по ходу продуктов сгорания ступень пароперегревателя, в которой осуществляется противоточная схема движения пара и продуктов сгорания. Пройдя по змеевикам второй ступени пароперегревателя, пар поступает в поверхностный пароохладитель и из него в первую по ходу продуктов сгорания ступень пароперегревателя. Первая ступень пароперегревателя выполнена прямоточной, т. е. пар и продукты сгорания движутся в одном направлении. При такой схеме включения пароохладителя змеевики, расположенные в зоне наиболее высоких температур, охлаждаются паром, предварительно прошедшим через пароохладитель.
В последнее время для регулирования перегрева пара довольно широко применяется впрыскивание воды в пар. Впрыскивать в пар можно только чистый дистиллят или конденсат с незначительным солесодержанием (не более 0,5 мг/кг). В котлах Е-75-40Н, новых газомазутных паровых котлах производительностью 35-75 т/ч и ряде других применены впрыскивающие пароохладители. В настоящее время применяется схема впрыскивания собственного конденсата котла, разработанная проф. Р. Долежалом (рис. 8-3).
Пар из барабана по специальной линии направляется в поверхностный конденсатор, где конденсируется питательной водой, и затем поступает в сборник конденсата. Оттуда конденсат направляется через регулирующий клапан к впрыскивающему пароохладителю. Количество конденсата, поступающего в пароохладитель, регулируется системой автоматики, поддерживающей заданную температуру перегретого пара.
Рециркуляция продуктов сгорания для регулирования перегрева пара применяется на энергетических парогенераторах большой мощности. Регулирование осуществляется за счет отбора продуктов сгорания, имеющих температуру до 400 °С, и направления их в нижнюю часть топочной камеры. Рециркуляция продуктов сгорания для регулирования перегрева пара может применяться только при сжигании газа, мазута и малозольных твердых топлив.
При сжигании различных по теплоте сгорания газов в одном и том же парогенераторе для регулирования перегрева пара применяют горелки с регулируемым факелом. Так, например, для сжигания природного, коксового и доменного газов в одном н том же парогенераторе с успехом применяются реверсивные газовые горелки с регулируемым факелом, разработанные в институте СредАзНИИгаз.
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.