3 Выбор тепловой схемы котла

Вопросы выбора опорных точек, правильного распределения приращения энтальпии рабочего тела по отдельным пакетам поверхностей нагрева котла и рационального размещения их вдоль потока дымовых газов с определением параметров среды решаются при разработке тепловой схемы котла. На выбор тепловой схемы влияет ряд факторов: тип котла, параметры внутренней рабочей среды, способ регулирования температуры перегрева, свойства топлива, метод сжигания, температура горячего воздуха и др.

Создание тепловой схемы котла складывается из следующих этапов: выбор метода регулирования температуры перегрева пара, выбор пароводяной схемы, выбор параметров среды в опорных точках тепловой схемы, распределение приращения энтальпии по пакетам. Тепловой расчет схемы состоит из: определения тепловосприятия по балансу, определения энтальпии рабочей среды, газа и воздуха за поверхностями нагрева. В завершение выполняют баланс тепла, определяют невязку тепла, завершают оформление схемы котла и построение в масштабе графиков изменения параметров сред.

4. Выбор метода регулирования температуры перегрева пара

Метод регулирования температуры перегретого пара выбирают в зависимости от параметров пара высокого давления и наличия промежуточного перегрева.

В барабанных котлах среднего давления широко применяются поверхностные регуляторы перегрева, которые чаще установлены в рассечку, и охлаждение пара осуществляется питательной водой.

В барабанных и прямоточных котлах высокого давления (до 14 МПа) без промежуточного перегрева широкое применение получил метод регулирования температуры пара впрыском конденсата или химически обессоленной питательной воды. Места установки впрысков в тепловой схеме определяются специальными расчетами на динамическую устойчивость регулирования температуры перегретого пара. Предварительно можно пользоваться следующими соображениями.

Первый впрыск можно осуществить в прямоточных котлах высокого давления с выносной переходной зоной за нижней радиационной частью (перед первым пакетом переходной зоны), а второй – перед выходным конвективным пакетом. В барабанных котлах высокого давления первый впрыск целесообразно установить в рассечку между крайними и средними пакетами ширмы или за первым конвективным пакетом (если нет ширм), второй впрыск осуществляют перед выходным конвективным пакетом.

В современных барабанных котлах на давление 14÷17,5 МПа и прямоточных – до 25,5 МПа применяют промежуточный перегрев пара и для одновременного регулирования температуры пара высокого или сверхкритического давления и пара низкого давления по выходе из промперегревателя, чаще применяют впрыски в контуре высокого давления и рециркуляцию дымовых газов. Дымовые газы на рециркуляцию забирают после экономайзера и подают в топку: при сжигании мазута, газа, каменных углей – в нижнюю часть или через горелки; для снижения температуры газов перед входом в конвективную часть применяют подачу рециркуляционных газов в верхнюю часть топки через шлицы. На рециркуляцию забирают около 15÷20% газов при номинальной нагрузке котла, температура υ_рец ≈ 280÷350⁰С; полное отключение рециркуляции при работе котла не допустимо из-за опасности пережога воздухоподогревателя и соединяющих газовых коробов от топки к месту забора газов.

В паровом тракте промежуточного перегрева, перед первым пакетом устанавливают паропаровой теплообменник (ППТО). Приращение энтальпии в ППТО в первом приближении можно принять около 120÷160 кДж/кг. Конструкция и размер поверхностей нагрева пароохладителей должны обеспечивать съем тепла или впрыск воды в 1,5÷2 раза выше расчетного значения.

Регулирование температуры пара с помощью пароохладителей влияет на тепловую работу предыдущих по схеме поверхностей нагрева:

а) при впрыске – уменьшается расход рабочей среды и снижается массовая скорость среды в пакетах (экономайзер, переходная зона, нижняя радиационная часть и др.), включенных до точки впрыска;

б) при охлаждении в поверхностных регуляторах увеличивается температура и энтальпия воды на входе в экономайзер, при подаче туда нагретой воды.

Если вода после пароохладителя в барабанных котлах смешивается с питательной водой перед коллектором экономайзера, тогда энтальпия воды перед входом в экономайзер равна

(4.1)

где DиD_эк = D +D_прод– паропроизводительность котла и расход воды через экономайзер, кг/с;

D_прод ≈ (0,02 – 0,03)D– расход воды на продувку, кг/с;

Δi_рег – съем тепла в регуляторе перегрева, кДж/кг.

Для барабанных котлов тепловосприятие в регуляторах перегрева Δi_рег принимают по рекомендациям [2]. При установке впрыскивающих устройств расход воды на впрыскD_впропределяют по формуле

(4.2)

где i₁ – энтальпия пара в трубопроводе перед впрыском;

i_впр – энтальпия впрыскиваемой воды.

Последнее определяется по температуре t_впр = t_нас – (15÷20)⁰С и давлении Р_впр= Р_бар – 0,2 МПа в барабанных котлах; в прямоточных котлах -i_{впр пр} = i_пв – 8 кДж/кг.

Расход воды на впрыск в прямоточных котлах осуществляется питательной водой. Снижение энтальпии в этом случае можно найти из (4.2) при Δi_рег = i₁ - i_2.