Котельные установки

Топки с жидким шлакоудалением делят на однокамерные и двухкамерные. В двухкамерных топка разделена на камеру горения топлива и камеру охлаждения продуктов горения.

 

8. Основы методики расчета простых и сложных контуров циркуляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Пароперегреватели котлов,  конструктивные схемы включения в дымовой  тракт

Пароперегреватель предназначен для перегрева поступающего в него насыщенного пара до заданной температуры перегрева и является одним из наиболее ответственных элементов котла. При высокой температуре пара металл перегревателя работает в условиях, близких к предельно допустимым.

По тепловосприятию  и конструкции различают пароперегреватели:

конвективные, располагаемые в конвективных газоходах котла и получающие теплоту, главным образом, конвекцией;

радиационные, размещаемые на стенах и потолке топочной камеры и горизонтального газохода и получающие теплоту, в основном радиацией от высоконагретых газов;

полурадиационные, находящиеся в верхней части топки на входе в горизонтальный газоход и выполняемые в виде плоских ширм или лент, собранных из пароперегревательных труб, находящихся друг за другом в одной плоскости.

По назначению пароперегреватели  делятся на основные, в которых перегревается пар высокого и сверхкритического давления, и промежуточные - для повторного (вторичного) перегрева пара, частично отработавшего в турбине.

Конструкция пароперегревателя  состоит из ряда параллельно включенных стальных петлеобразных труб, выполненных в виде змеевиков и объединенных коллекторами – паросборниками.

По отношению к потоку топочных газов пароперегреватель может включаться по одной из схем: прямоточная – применяется при малых перегревах пара и требует развитой поверхности нагрева; противоточная – применяется при перегреве пара до 400 °С и позволяет иметь наименьшую поверхность нагрева; комбинированная – применяется при больших температурах пара (более 400 °С).

Пароперегреватель должен иметь: манометр, предохранительный клапан, устанавливаемый со стороны перегретого пара, запорный вентиль для отключения пароперегревателя от паровой магистрали, прибор для измерения температуры перегретого пара, устанавливаемый на выходе пара из пароперегревателя, на штуцере коллектора или на пароотводящей трубе, расходомер, дренажи, впрыскивающие пароохладители и паровые теплообменники. При наличии регулятора температуры перегретого пара приборы для измерения температуры размещают перед регулятором и за ним.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Экономайзеры и их включение в питательные магистрали

Водяные экономайзеры предназначены  для нагрева питательной или  сетевой воды за счет теплоты уходящих топочных газов, благодаря чему уменьшаются потери теплоты и повышается КПД. По типу бывают групповые (для чугунных котлах и паровых до 1 т/ч пара) и индивидуальные экономайзеры (для паровых котлов), а по материалу – чугунные (для низкого давления) и стальные (для котлов среднего и высокого давления). В водяной экономайзер вода подается питательным насосом, за счет напора которого и осуществляется ее принудительное движение в трубах экономайзера.

 При частичном испарении  воды в трубах экономайзер считается кипящим. 
Чугунные водяные экономайзеры выполняют только некипящими. Температура воды на выходе из чугунного экономайзера должна быть меньше температуры насыщения на 20 °С, так как закипание воды в чугунном экономайзере недопустимо. В стальном экономайзере допустимо закипание воды.

Температура воды на входе  всех экономайзеров должна быть выше температуры точки «росы» топочных газов на 5…10 °С для избежания низкотемпературной коррозии.

^ Экономайзеры некипящего типа собирают из чугунных, ребристых труб с квадратными фланцами, торцевые стороны этих фланцев имеют канавки с четырех сторон, в которые укладывается шнуровой асбест для уплотнения. Отдельные чугунные, ребристые трубы (длиной 1,5; 2; 2,5; 3 м) соединяют между собой калачами. Для очистки от внешних отложений, особенно между ребрами, чугунные трубы компонуются в блоки так, чтобы число горизонтальных рядов было не более 8 (4 + 4), между которыми устанавливается обдувочный аппарат.  
При растопке котла, пока котельный агрегат не имеет достаточной паровой производительности, нагретая в чугунном экономайзере вода сливается в деаэратор или бак с питательной водой по «сгонной» линии. Вода в экономайзере должна двигаться только снизу вверх со скоростью 0,3 м/с, так как при нагревании воды выделяется воздух, который потом в верхней части экономайзера удаляется воздушником. 
Дымовые газы в экономайзере могут двигаться в любом направлении со скоростью 6…10 м/с. Чугунные экономайзеры могут иметь обводной газоход для топочных газов. При чрезмерном повышении температуры воды, выходящей из некипящего экономайзера, следует перевести газы частично или полностью на обводной боров, открыть сгонную линию и усилить питание. 
В блочных чугунных экономайзерах между ребристыми трубами установлена вертикальная металлическая перегородка, делящая экономайзер на две равные части. Боковые стены имеют кладку из красного кирпича или двухслойную металлическую обшивку, внутри которой уложен изоляционный материал (шлаковата, асбестовермекулит и др.), а торцевые стены экономайзеров после калачей закрываются съемными металлическими крышками с прокладками из асбеста. В верхней части каждой секции установлены взрывные предохранительные клапаны. 
 
На экономайзере некипящего типа устанавливается арматура:

а) на входе – обратный клапан, обводная линия с вентилем, вентиль запорный, регулятор питания, манометр, термометр, предохранительный клапан; 
б) на выходе – вентиль для выпуска воздуха (вантуз), манометр, предохранительный клапан, термометр, сгонная линия, запорный вентиль. 
Кроме того, на нижнем коллекторе должны быть установлены трубопроводы для спуска воды (сливной вентиль), а в удобных местах – устройства для отбора проб воды и измерения температур и давления, а на верхнем коллекторе – вентиль для удаления воздуха.

Экономайзеры  кипящего типа выполняются из стальных труб диаметром 28…42 мм и устанавливаются горизонтально в шахматном порядке на каркасе. Они выдерживают высокие давления, в них возможно частичное закипание воды (до 15 %), но они больше подвержены коррозии и не отключаются от котла (т.е. остановка экономайзера влечет остановку котла). 
На входе экономайзера кипящего типа устанавливается такая же арматура, как на некипящих (за исключением обводной и сгонной линий, а также вантуза), а на выходе арматура не устанавливается для обеспечения свободного прохода пароводяной смеси в барабан котла. 
^ Питательные экономайзеры предназначены для пропуска питательной воды, а теплофикационные – сетевой воды. Через теплофикационный экономайзер воду пропускают параллельными потоками, ввиду большего расхода воды, чем в питательном экономайзере.

 

 

 

11. Конструкции котлов с естественной циркуляцией, прямоточных и с многократной принудительной циркуляцией

Схемы водопарового тракта котла: а - барабанного с естественной циркуляцией; б - барабанного с принудительной циркуляцией; в - прямоточного; ПН - питательный насос; РПК - регулятор питания котла; ЭК - экономайзер; ТЭ - топочные экраны; ПЕ - пароперегреватель; пе - перегретый пар; ОП - опускные трубы; НПЦ - насос принудительной циркуляции; Б - барабан.

Отличительной конструктивной особенностью котла с естеств. циркуляцией  является наличие барабана, выполняющего роль сепаратора пара из потока пароводяной смеси, поступающей в него из топочных экранов.

Барабан котла вместе с системой необогреваемых опускных труб, выходящих из него, и подъемных (экранных) труб внутри топочной камеры образует замкнутый циркуляционный контур, в котором при горении топлива в топке организуется движение воды (опускные трубы) и пароводяной смеси (подъемные трубы). Движение рабочей среды происходит за счет возникновения естественного напора, определяемого разностью гидростатических давлений массы воды и пароводяной смеси.

Движущий напор обеспечивает движение рабочей среды в подъемных трубах с небольшой скоростью (около 1 м/с), при этом за один проход через подъемные трубы происходит частичное испарение воды (от 0,03 до 0,25 кг/кг), поэтому полное испарение исходного 1 кг воды произойдет при многократном прохождении контура. Отношение массового расхода циркулирующей воды G₀, кг/с, к количеству образовавшегося пара в единицу времени D, кг/с, называется кратностью циркуляции

kЦ = G0/D =  10 ÷ 30

Таким образом, расход воды в контуре циркуляции в k_Ц раз больше паропроизводительности котла.

В барабанном котле начальный  перегрев пара обычно происходит в  радиационном потолочном перегревателе, экранирующем весь потолок над топкой и горизонтальным газоходом, после чего пар поступает в полурадиационный (ширмовый) или конвективные змеевиковые пакеты перегревателя, расположенные в горизонтальном газоходе.

В парообразующих трубах можно организовать принудительное движение рабочей среды за счет специального насоса, установленного на опускных трубах. Движущий напор циркуляции в этом случае в несколько раз превышает напор естественной циркуляции. Это позволяет увеличить скорость движения и располагать парообразующие трубы в топке любым образом (наклонно, горизонтально), исходя из размещения котла в ограниченных по высоте помещениях, и более удобно его конструировать. Повышается надежность циркуляции рабочей среды в экранных трубах. Однако значительным оказывается расход электроэнергии на привод насоса принудительной циркуляции, поэтому в этом случае уменьшается значение кратности циркуляции до k_Ц = 3…5.

Наличие в паровых  котлах последних типов барабана-сепаратора насыщенного пара позволяет использовать их только при докритическом давлении, обычно не более Р = 18 МПа.

Прямоточный котел характеризуется  последовательным включением и однократным прохождением рабочей средой всех поверхностей нагрева. Вода, поступающая в экономайзер, практически с тем же расходом проходит прямотоком одним ходом все поверхности, включая топочные экраны, полностью испаряется, перегревается в пароперегревателе и затем перегретый пар по паропроводу направляется к турбине. В такой конструкции котла в общем случае отсутствует четкое разделение экономайзерной, парообразующей и перегревательной поверхностей, отчего при переменных режимах работы изменяется положение границ между ними, что влияет на выходные параметры пара и, прежде всего, на температуру пара.

Поддержание параметров пара обеспечивается постоянным соотношением между расходом топлива (тепловыделением) и расходом воды. В связи с этим прямоточный котел требует применения более совершенной быстродействующей системы автоматического регулирования расходов топлива и воды.

При движении воды и пара в трубах возникает гидравлическое сопротивление, которое преодолевается избыточным напором питательного насоса.

 

12. Водогрейные и пароводогрейные котлы

Водогрейные котлы, назначением  которых является получение горячей  воды заданных параметров, применяют для снабжения подогретой водой систем отопления и вентиляции, бытовых и технологических потребителей. Водогрейные стальные котлы, работающие обычно по прямоточному принципу с постоянным расходом воды, устанавливают в промышленно-отопительных котельных, а также на ТЭЦ для покрытия пиковых отопительно-вентиляционных нагрузок. Температура воды на входе в котел 70 °С (в пиковом режиме до 110°С), температура воды на выходе из котла—150 °С и более (до 200 °С).

В пароводогрейных котлах наряду с получением подогретой воды вырабатывается также технологический пар.  
Для водогрейных котлов установлена следующая шкала тепловых мощностей, МВт (Гкал/ч): 4,65 (4); 7,5 (6,5); 11,63 (10); 23,3 (20); 35 (30); 58,2 (50); 116,3 (100) и 209,4 (180).  
Водогрейные котлы мощностью до 23,3 МВт обычно обеспечивают работу только в основном режиме с подогревом воды до 150 °С. При этом давление воды на входе в котел принимается 1,6 МПа.  
Котлы мощностью 35 МВт и выше должны допускать :работу в основном и пиковом режимах с возможностью подогрева воды до 200 °С. Давление воды на входе в котел 2,5 МПа. 
Для водо- и пароводогрейных котлов, как и для паровых, температура воды на входе должна быть выше температуры точки росы для продуктов сгорания во избежание интенсивной наружной коррозии труб. В связи с этим температура воды на входе в водо- и пароводогрейные котлы должна быть не ниже 60 °С при работе на природном газе, 70°С — при работе на малосернистом мазуте и не ниже 110°С — при работе на высокосернистом мазуте. Учитывая, что поступающая из теплосети обратная (холодная) вода имеет обычно температуру ниже 60 °С, часть прямой (горячей) воды с помощью рециркуляционных насосов подмешивают к обратной воде для достижения необходимой температуры воды на входе в агрегат.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. Котлы высоко- и низконапорные, непрямого действия и с неводяными теплоносителями

 

В ПГУ с ВПГ парогенератор (ПГ) совмещен с камерой сгорания газового контура, и все топливо сгорает при высоком давлении. Использование воздуха для сгорания топлива здесь почти полное, а коэффициент избытка воздуха на входе в газовую турбину близок к единице. Для понижения температуры отходящих газов за ГТ устанавливается газоводяной подогреватель, который частично вытесняет паровую регенерацию в паротурбинной части установки.

  В ПГУ с НПГ  отходящие после турбины газы  сбрасываются в топку обычного котла и за счет содержащегося в них кислорода (коэффициент избытка воздуха после камеры сгорания значительный, обычно больше трех) используются для сжигания топлива в топке котла. Поскольку дымососы у таких котлов отсутствуют, то давление газа в нем оказывается незначительно выше атмосферного, а этот котел называют низконапорным парогенератором (НПГ). За НПГ также предусмотрен газоводяной подогреватеь. В таких установках ГТУ является как бы надстройкой ПТУ, поэтому такая схема используется для реконструкции ПТУ, работающих на пониженных параметрах пара.