Чугунные водяные экономайзеры.

Лекция 8. Конвективные поверхности нагрева

Пароперегреватели

 

Полученный в испарительных поверхностях нагрева водяной пар (насыщенный) может быть направлен к потребителю или для повышения температуры в пароперегреватель. Пароперегреватель – элемент котлоагрегатадля перегрева пара, то есть для повышения его температуры сверх температуры насыщения.

Трубные змеевики пароперегревателя работают в наиболее тяжёлых температурных условиях (высокая температура продуктов сгорания и низкий коэффициент теплоотдачи к пару). Для изготовления пароперегревателя требуется легированная высококачественная сталь.

Пароперегреватель представляет собой систему параллельно включенных (по пару) змеевиков из труб с d_Н=30÷40 мм, омываемых с наружной стороны продуктами сгорания топлива. По условиям внешнего тепловосприятия различают: конвективные, радиационные и комбинированные пароперегреватели.

Надёжная работа пароперегревателя зависит от правильно выбранной массовой скорости пара. При нарушении этого условия будет понижаться температура стенки трубы пароперегревателя.

В зависимости от направления движения потоков газа и пара перегреватели подразделяют на параллельно-точные, противоточные и со смешанным током.

Конвективный пароперегреватель размещают в газоходе котлоагрегата, обычно сразу же за топкой, отделяя его от топки двумя – тремя рядами кипятильных труб или небольшим фестоном.

а)            б)                 в)                     г)

Рис. 8.1 Схемы движения пара и продуктов сгорания в конвективныхпароперегревателях:

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

 

 Комбинированный пароперегреватель состоит из конвективной части, а также радиационной и полурадиационной частей, размещаемых в топке (рис.8.2.).

Пар из барабана поступает в радиационную часть, размещённую на потолке топочной камеры, затем в полурадиационную часть, расположенную на выходе из топки и далее в змеевики конвективного пароперегревателя через пароохладитель и, наконец, в паропровод котельной.

Температура пара в пароперегревателе регулируется изменением тепловосприятия отдельных поверхностей (газовое регулирование) или понижением энтальпии пара на участке пароперегревателя (паровое регулирование).

При паровом регулировании применяют пароохладители поверхностного (теплообменники) и впрыскивающего типов: на входе, выходе или в промежутке.

Поверхностный пароохладитель с охлаждением пара питательной водой представляет собой трубчатый теплообменник. Во впрыскивающем пароохладителе охлаждающая вода вводится в трубопровод пароперегревателя через сопла. Мелко раздробленные капли воды, смешиваясь с перегретым паром, нагреваются и испаряются, что приводит к охлаждению пара.

 

 

 

Рис.8.2. Схема комбинированного пароперегревателя: 1 — барабан; 2 — радиационная часть перегревателя; 3— полурадиационная часть пароперегревателя; 4 — потолочные трубы; 5 — конвективная частьперегревателя; 6 — пароохладитель.

 

 

Водяные экономайзеры

 

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 и индивидуальные экономайзеры, а по материалу – чугунные и стальные. В водяной экономайзер вода подается питательным насосом, за счет напора которого и осуществляется ее принудительное движение в трубах экономайзера.

Чугунные водяные экономайзеры.

 Чугунные водяные экономайзеры используются до давления 2,37 МПа. Они выполняются “некипящего” типа, т.е. температура воды в них на выходе должна быть на 20-40ºС ниже температуры насыщения пара в котле.

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, предназначенный для обдувки ребристых поверхностей водяных экономайзеров от пыли.

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.

Схема обвязки чугунного водяного экономайзера приведена на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Схема обвязки чугунного экономайзера:

1 – верхний барабан парового котла; 2 – обмуровка экономайзера;

3 – обдувочный паровой аппарат; 4 – чугунные ребристые трубы;

5 – обратный клапан; 6 – обводная линия (байпас); 7 – вентили;

8 – термометр; 9 – манометр; 10 – предохранительный клапан;

11 – воздухосборник; 12 – сгонная линия; 13 – питательная линия

 

Скорость газа 6-14 м/с, скорость воды 0,5-1 м/с. Коэффициент теплопередачи 16-19 Вт/(м²К).

Достоинства:из – за большой толщины труб более долговечны и устойчивы к влиянию коррозии как внутренней, так и внешней.

Недостатки: большие удельные габариты и масса, обусловленные невысокими коэффициентами теплопередачи.

Стальные экономайзеры.

Стальными водяными экономайзерами укомплектовываются котлоагрегаты с давлением выше 22 атм.

Стальные экономайзеры бывают двух типов. Первый из них по принципиальной схеме не отличается от чугунного экономайзера. Ко второму типу относится «кипящий» экономайзер, когда между котлом и экономайзером не устанавливается никаких запорных приспособлений и отсутствует ограничение в отношении предела нагревания воды. Вода в стальном экономайзере может закипеть.

Стальные экономайзеры конструируются из змеевиков и коллекторов по типу пароперегревателей. В кипящем экономайзере должен предусматриваться беспрепятственный отвод пара в котел, если бы таковой образовался. Стальной кипящий экономайзер позволяет предельно использовать экономайзерную поверхность. Диаметры труб стального экономайзера, так же как и пароперегревателей, принимаются по большей части 38X32 мм. Небольшие диаметры труб позволяют создать компактный экономайзер, работающий с высоким коэффициентом теплопередачи. Кипящий экономайзер составляет одно целое с котлом, поэтому и требуемая правилами Котлонадзора питательная арматура устанавливается не перед котлом, а перед экономайзером. Стальные экономайзеры очень подвержены влиянию внутренней коррозии растворенным в воде кислородом и внешней, связанной с образованием росы, поэтому в установках приходится особо тщательно деаэрировать питательную воду.

 

Стальные экономайзеры можно разделить на: гладкотрубные, ребристые, плавниковые и мембранные.

Скорость воды в экономайзере принимают, исходя из условий предотвращения расслоения в них пароводяной смеси или прилипания пузырьков воздуха к внутренней поверхности. Для некипящих экономайзеровскорость воды должна быть не менее 0,3 м/с, а для кипящих экономайзеров — не менее 1 м/с.

На питательном трубопроводе экономайзера должны быть установлены: запорный вентиль или задвижка, обратный клапан, и при производительности котла более 2т/ч – автоматический регулятор.

Кроме того, на нижнем коллекторе должны быть установлены запорные вентили и трубопровод для спуска воды, на верхнем – для удаления воздуха, а в удобных местах – устройства для отбора проб воды и измерения температура и давления.

Достоинства:

Удельная масса и вес (металлоёмкость) в 2-2,5 ниже, чем чугунных.

Недостаток:

Подвергаются коррозии и износу.

 

Воздухоподогреватели

 

Воздухоподогреватель -устройство, предназначенное для подогрева воздуха, направляемого в топку котельного агрегата, с целью повышения эффективности горения топлива за счёт тепла уходящихгазов при сжигании влажных или малореакционных топлив.

Предел подогрева воздуха определяется допустимыми температурами охлаждения дымовых газов и конструкцией топочного устройства.

В слоевых топках во избежание повреждения их конструкций t_В - до 250ºС. В камерных топках для сжигания твёрдого топлива температура подогрева воздуха до 450ºС.

Воздухоподогреватель – один из элементов хвостовых поверхностей котла. У него иная функция, чем у экономайзера.

Горячий воздух направляется от воздухоподогревателя в топку котла, где улучшаются условия горения, уменьшаются потери q_2, q₃ и q₄, и, как следствие, увеличивается передача тепла радиацией. В итоге увеличивается КПД котлоагрегата в целом.

По принципу тепловой работы воздухоподогреватели делятся нарекуперативные и регенеративные.

В рекуперативных воздухоподогревателях теплота от дымовых газов к воздуху передается непрерывно через стенку. Они бывают двух типов: пластинчатые и трубчатые. Пластинчатый воздухоподогреватель представляет собой систему чередующихся вертикальных и горизонтальных каналов из стальных листов толщиной 2—3 мм. По вертикальным каналам протекают газы, а по горизонтальным — воздух вниз или вверх в зависимости от расположения воздухоподогревателя. Трубчатый воздухоподогреватель состоит из отдельных секций. К двум трубным доскам приваривают или в них развальцовывают трубы, по которым проходят сверху вниз уходящие газы; воздух направляется горизонтальными газоходами(фото).

 

В процессе эксплуатации трубы трубчатых воздухоподогревателей подвергаются коррозии вследствие разъедания их сернистыми газами, а также износу от летучей золы в местах сопряжения их с трубными досками со стороны входа газа и с внутренней стороны. Возникают также повреждения сварных швов в местах крепления труб к трубным доскам и нарушаются плотности линзовых компенсаторов подвижных трубных досок с каркасом или рамой воздухоподогревателя.

В регенеративных воздухоподогревателях одна и та же поверхность нагрева вращаясь, обогревается газами, затем охлаждается воздухом, нагревая его. Этот тип воздухоподогревателей в основном применяют на котлах большой мощности.

Регенеративный воздухоподогреватель (рис.8.4) представляет собой неподвижный цилиндрический корпус, разделенный секторными плитами на две части. В одну из этих частей по специальным патрубкам поступают газы, а в другую — воздух. Внутри корпуса находится ротор, состоящий из отсеков с механическими нагревательными элементами. Скорость вращения ротора составляет 3—8 об/мин. Ротор состоит из отдельных секций, которые легко вставляются и удаляются, благодаря чему ускоряется производство ремонтных работ. Каждая секция состоит из плотной металлической набивки (гофрированные нагревательные пластины), образующей поверхность нагрева. Вращение ротора осуществляется электродвигателем через редуктор.

Рис. 8.4. Схема регенеративного воздухоподогревателя:
1 - вал ротора; 2 - верхний подшипник; 3 - электродвигатель; 4 - набивка; 5 - наружный кожух; 6 - радиальное уплотнение ротора; 7 - наружное уплотнение ротора; 8 - нижний подшипник профилированными пластинками, изготовленными из листовой мягкой стали.

 

Основными повреждениями регенеративных воздухоподогревателей являются износ нагревательных пластин и уплотнений, занос золой нагревательных пластин и образование на них твердых отложений, износ стенок цилиндра ротора, износ цапф и подшипников ротора, а также износ редуктора.

Регенеративные воздухоподогреватели имеют ряд преимуществ перед рекуперативными, они меньше по габаритам и массе, имеют меньшее сопротивление для прохода газов и воздуха, меньше подвержены газовой коррозии.К недостаткам РВП относится увеличенный переток воздуха в газовый тракт внутри аппарата, который достигает 20-25 %, что приводит к увеличению расхода электроэнергии на тягу и дутье.