- •Часть 2
- •Профессор, кандидат технических наук
- •1.Низкотемпературные поверхности нагрева котла
- •1.1.Общие положения. Классификация.
- •1.2 Экономайзеры
- •1.3. Воздухоподогреватели
- •1.4. Компоновка низкотемпературных
- •1.5. Процессы, происходящие в пароперегревателях
- •2. Тепловой расчет котла
- •2.1. Баланс тепла котельного агрегата
- •2.2 Расчет продуктов сгорания
- •2.3 Выбор значений температур уходящих газов
- •2.4 Определение часового расхода топлива
- •2.5.Определение тепловыделения в топке и теоретической температуры горения
- •2.6 Определение температуры газов на выходе из топки
- •2.7 Расчет газоходов паровых котлов
- •Расчет считается завершенным, когда оба уравнения превращаются в равенство
- •2.8. Расчет пароперегревателей
- •3. Пример расчёта котельного агрегата Тепловой расчёт парового котельного агрегата
- •Тепловой расчёт топки.
1.4. Компоновка низкотемпературных
ПОВЕРХ НОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛА
Применяют две основные схемы взаимного расположения экономайзера и воздухоподогревателя: 1) последовательное размещение, когда первым по ходу продуктов сгорания находится экономайзер, а за ним — воздухоподогреватель; 2) двухступенчатое расположение, при котором продукты сгорания сначала проходят через верхнюю часть воздухоподогревателя, а затем через их нижние части. Двухступенчатое размещение хвостовых поверхностей нагрева несколько усложняет конструкцию котла. Появляются длинные перепускные короба для воздуха. При двухступенчатой схеме воздухоподогреватель и экономайзер разбиваются на две ступени. Последней по ходу газов поверхностью нагрева по-прежнему остается воздухоподогреватель.
1.5. Процессы, происходящие в пароперегревателях
Пароперегреватель является наиболее ответственным элементом котла, металл которого работает обычно при наиболее высоких температурах. Кроме того, это один из основных теплоиспользующих элементов, значение которого возрастает с повышением параметров пара. В котельных агрегатах, работающих при давлении 1,3 — 1,5 МПа с перегревом пара до
350°С, отношение количества теплоты, затрачиваемой на перегрев пара , к теплоте испарения составляет 0,20, а отношение пароперегревательной поверхности к испарительной —0,3. При использовании пара давлением 9—14 МПа с температурой 500 - 550°С отношение величины/r возрастает до 0,5 - 0,75, а отношение поверхностей пароперегревателя к испарительным — до 0,7 - 1,3. Трубные змеевики пароперегревателей работают в наиболее тяжелых температурных условиях, что в основном определяется расположением их в зоне высоких температур продуктов сгорания и низким коэффициентом теплоотдачи пару. Для изготовления пароперегревателей требуется легированная высококачественная сталь, которая вследствие высоких температур работает на пределе своих прочностных возможностей. С повышением скорости пара в змеевиках увеличивается их сопротивление. Однако это легко компенсируется некоторым повышением давления в барабане и испарительных трубах котла. Для обеспечения при указанных выше тепловых нагрузках разности температур до желательного значения (15—20°С) необходимо принимать следующие значения массовой скорости перегреваемого пара: для радиационных пароперегревателей= 1200 кг/(м2-с); для ширмовых пароперегревателей = 700—800 кг/(м2с); для конвективных пароперегревателей = 400—600 кг/(м2 с). При нарушении этих условий будет повышаться температура стенки трубы пароперегревателя, что может вызвать ее перегрев до опасного для ее прочности предела. Кроме того, повышенные скорости пара, перегретого в змеевиках, исключают возможность разрушения труб за счет окалинообразования (коррозии) с внешней и особенно с внутренней поверхности.
Однако надежная работа пароперегревателя не обеспечивается только правильным выбором массовой скорости. Необходимо при разработке конструкции избегать конструктивной не тождественности элементов пароперегревателя, а также неравномерности распределения пара по отдельным змеевикам (гидравлическая неравномерность) и неравномерности обогрева отдельных змеевиков (тепловая неравномерность). Необходимо также учитывать влияние изменения давления пара по длине коллекторов на его распределение по отдельным змеевикам. Для надежной работы пароперегревателя и его оптимальной стоимости необходимо помимо обеспечения достаточной скорости и равномерного распределения пара по змеевикам создать наиболее рациональную схему включения змеевиков по ходу продуктов сгорания. Выбор схемы пароперегревателя, его конструкция и компоновка зависят от параметров пара, способа сжигания и свойств топлива, условий регулирования и эксплуатации, профиля и назначения котельного агрегата.
Сложные и часто противоречивые требования к паропе- регревателю привели к созданию разнообразных конструкций. По взаимному направлению потоков газа и пара пароперегреватели подразделяют на параллельноточные, противоточные и со смешанным током (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Схема взаимного движения пара и газа в пароперегревателях
а — параллельный ток; б — противоток; в, г — смешанный ток
Наибольшая поверхность нагрева при прочих равных условиях получается при параллельном токе, наименьшая — при противотоке. Однако в противоточном пароперегревателе выходная часть змеевиков имеет наиболее высокие тепловые нагрузки. В результате этого температура стенки может быть очень высокой, что потребует применения более дорогих высоколегированных сталей, чем в случае применения параллельноточной схемы. Поэтому когда использование противотока приводит к значительному удорожанию поверхности нагрева, используют схемы с двойным противотоком или смешанным током. Параллельный ток продуктов сгорания и пара во всем пароперегревателе в последние годы практически не применяется, так как в этом случае кроме значительного увеличения поверхности имеется реальная опасность перегрева и пережога змеевиков со стороны входа насыщенного пара. Последнее вызывается тем, что в начальной части змеевиков происходят испарение вынесенных паром частиц котловой воды и выпадение в виде накипи содержащихся в ней солей. Возникающее при этом внутреннее тепловое сопротивление в сочетании с большой удельной, тепловой нагрузкой q приводит к весьма значительному повышению температуры металла. Следовательно, перегреватель такого типа лишается основного преимущества — наиболее низкой температуры металла в области большой удельной тепловой нагрузки. Этим объясняется наиболее частое применение смешанной схемы включения пароперегревателя (см. рис. 5.1,г).
При смешанной схеме большая по размерам и первая по ходу пара часть перегревателя выполняется противоточной, а завершение перегрева пара происходит во второй его части с параллельным током газа и пара. Такая схема позволяет получить более умеренную температуру пара в области наибольшей удельной тепловой нагрузки в начале газохода, определяемой высокой температурой газов и лучеиспусканием газового объема топки с большой толщиной излучающего слоя. Перегрев пара завершается при меньшей удельной тепловой нагрузке и сниженной температуре газов, а начальная осушка пара переносится в конец газового тракта перегревателя, где некоторое накапливание солей не представляет опасности для пароперегревателя. Соотношение противоточной и параллельноточной частей перегревателя выбирают из условия выравнивания температуры металла в точках 1 и 2 (см. рис. 5.1, г) или выполнения противоточной части из простой углеродистой стали; при этом промежуточная температура пара должна быть не выше 400— 425 °С. Конструктивное оформление смешанных схем пароперегревателя осложняется применением промежуточных коллекторов, необходимых для уменьшения числа змеевиков в параллельноточной части и повышения скорости пара и отвода теплоты от стенки труб, работающих с высокой тепловой нагрузкой. Другим назначением промежуточных коллекторов является перемешивание пара, благодаря чему удается выровнять температуру пара в змеевиках.
В современных котельных агрегатах применяют пароперегреватели конвективные и комбинированные (горизонтальные и вертикальные). Конвективный пароперегреватель размещают в газоходе котельного агрегата обычно сразу же за топкой, отделяя его от топки двумя-тремя рядами кипятильных труб в вертикально-водотрубных котлах или небольшим фестоном, образованным трубами заднего экрана, в котельных агрегатах экранного типа. Комбинированный пароперегреватель состоит из конвективной части, размещаемой там же, где и конвективный пароперегреватель, а также радиационной и полурадиационной частей, размещаемых в топке. Конвективный пароперегреватель устанавливают в котлах низкого и среднего давления, а в некоторых случаях — высокого давления, когда температура пара не превышает 440—510 °С. В котлах высокого давления при необходимости очень высокого перегрева пара устанавливают пароперегреватели комбинированного типа.
Рис. 5.2. Конвективныепароперегреватели
а — типа ДКВР, ДЕ, КЕ; б — экранного типа: 1 — трубы пароперегревателя; 2 и 6—камеры перегретого пара; 3 и 4 — барабаны котла; 5 —камера насыщенного пара; 7 — промежуточная камера; 8— выходная камера; 9 — змеевики; 10—первая ступень пароперегревателя
Конвективный пароперегреватель (рис. 5.2, а) для котлов ДКВР, КЕ и ДЕ, рассчитанный на давление 1,4 и 2,3 МПа, выполняют одноходовым, а на давление 4,0 МПа — двухходовым. Входные концы труб пароперегревателя развальцовывают в верхнем барабане 3 котла, выходные — приваривают к камере перегретого пара 2. Конвективный пароперегреватель котельных агрегатов экранного типа с естественной циркуляцией (см. рис. 5.2, б) обычно выполняют из двух последовательно расположенных групп змеевиков. Насыщенный пар из барабана 4 котла поступает в камеру 5, из которой он проходит в систему змеевиков 9, второй по ходу газов ступени пароперегревателя. На этой ступени пар движется навстречу потоку продуктов сгорания. Пройдя вторую ступень пароперегревателя, частично перегретый пар поступает в ее выходную камеру 8, служащую промежуточной камерой, где происходят перемешивание пара, поступающего из различных змеевиков, и выравнивание его температуры. Отсюда пар через систему перепускных труб переходит во вторую промежуточную камеру 7, являющуюся входной камерой в первую по ходу газов ступень пароперегревателя 10, пройдя которую, пар направляется в камеру перегретого пара 6 и затем — в главный паропровод.