Элементы поверхностей нагрева являются главными в котельном агрегате и их исправность в первую очередь определяет экономичность и надежность котельной установки.
Размещение элементов поверхности нагрева современного котла показано на рисунке:
Этот котел имеет П-образную форму. Левая вертикальная камера 2 образует топку, все стены ее покрыты трубами. Расположенные на стенах и потолке трубы, в которых происходит испарение воды, называют экранами . Экранные трубы, а также части пароперегревателя, расположенные на стенах топки, называют радиационными поверхностями нагрева , так как они воспринимают тепло от топочных газов главным образом вследствие радиации или лучеиспускания.
Нижнюю часть 9 топочной камеры обычно называют холодной воронкой. В ней происходит выпадение из топочного факела частиц золы. Охлажденные и затвердевшие частицы золы в виде спекшихся комков (шлака) через устройство 8 удаляются в систему гидрозолоудаления.
Верхняя часть топки переходит в горизонтальный газоход, в котором размещены ширмовый 3 и конвективный 5 пароперегреватели. Боковые стены и потолок горизонтального газохода обычно также покрыты трубами пароперегревателя. Эти элементы пароперегревателя называют полурадиационными , так как они воспринимают тепло от топочных газов как в результате радиации, так и конвекции, т. е. теплообмена, который происходит при соприкосновении горячих газов с трубами.
После горизонтального газохода за поворотной камерой начинается правая вертикальная часть котла, называемая конвективной шахтой. В ней в различной последовательности размещены ступени , ступени воздухоподогревателя, а в некоторых конструкциях и змеевики .
Схема устройства котла зависит от его конструкции и мощности, а также давления пара. В устаревших трех-барабанных котлах низкого и среднего давления вода нагревается и испаряется не только в экранах, но и в кипятильных трубах, расположенных между верхними и нижними барабанами.
По опускному 3 пучку кипятильных труб вода из заднего барабана опускается в нижний барабан; эти трубы играют роль водоопускных труб. Незначительный нагрев этих труб топочными газами не нарушает циркуляции воды в котле, так как при низком и среднем давлениях разница в удельных весах воды и пара большая, что обеспечивает достаточно надежную циркуляцию. Вода в нижние камеры экранов 7 подается из верхних барабанов 2 по наружным необогревяемым водоопускным трубам.
В котлах среднего давления доля тепла, идущего на перегрев пара, сравнительно невелика (менее 20% всего тепла, воспринимаемого котельным агрегатом от дымовых газов), поэтому поверхность нагрева пароперегревателя также невелика и он размещается между пучками кипятильных труб.
В однобарабанных котлах среднего давления более поздних выпусков основная испарительная поверхность размещена на стенах топки в виде экранов 6, а небольшой конвективный пучок 10 выполнен из разведенных с большим шагом труб, которые представляют собой полурадиационную часть котла.
Котлы высокого давления изготовляются обычно с одним барабаном и конвективных пучков не имеют. Вся испарительная поверхность нагрева выполнена в виде экранов, которые питаются водой по наружным необогреваемым водоопускным трубам.
В прямоточных котла х барабан отсутствует.
Вода из экономайзера 3 поступает по подводящим трубам 7 в нижнюю камеру 6, а затем в радиационную часть 5, которая представляет собой испарительные трубы (витки), расположенные по стенам топки. Пройдя через витки, большая часть воды превращается в пар. Полностью испаряется вода в переходной зоне 2, которая располагается в области более низких температур топочных газов. Из переходной зоны пар поступает в пароперегреватель 1.
Таким образом, в прямоточных котлах циркуляция воды с ее возвратным движением отсутствует. Вода и пар проходят по трубам только один раз.
Пароперегревателем называют поверхность нагрева парового котла, в которой происходит перегрев пара до заданной температуры. Современные паровые котлы большой паропроизводительности имеют два пароперегревателя - первичный и вторичный (промежуточный). В первичный пароперегреватель насыщенный пар, имеющий температуру кипящей воды, поступает из барабана котла или переходной зоны прямоточного котла. Во вторичный пароперегреватель пар поступает из для повторного перегрева.
Для перегрева пара в котлах высокого давления затрачивается до 35% тепла, а при наличии вторичного перегрева - до 50% тепла, воспринимаемого котельным агрегатом от топочных газов. В котлах с давлением более 225 ата эта доля тепла возрастает до 65%. В результате поверхности нагрева пароперегревателей значительно возрастают,и в современных котлах их размещают в радиационной, полурадиационной и конвективной частях котла.
На рисунке ниже изображена схема пароперегревателя современного котла.
Пар из барабана 7 направляется в настенные трубные панели радиационной части 2 ж 4, затем в потолочные трубные панели 5. Из пароохладителя 8 пар поступает в ширмы 6, а затем в змеевики 10 конвективной части пароперегревателя. Ширма представляет собой расположенный в одной плоскости пакет U-образных труб, которые жестко скреплены между собой почти без зазора. Пар входит в одну камеру ширмы, проходит по трубам и выходит через вторую камеру. Схема расположения ширм в котле показана на рисунке:
Водяные экономайзеры вместе с воздухоподогревателями обычно располагают в конвективных шахтах. Эти элементы поверхности нагрева называют хвостовыми, так как их располагают последними по пути дымовых газов. Водяные экономайзеры выполняют преимущественно из стальных труб. На котлах низкого и среднего давления устанавливают чугунные экономайзеры, составленные из чугунных ребристых труб. Трубы соединены чугунными отводами (калачами).
Стальные экономайзеры могут быть кипящего и некипящего типа. В экономайзерах кипящего типа часть подогреваемой воды (до 25%) превращается в пар.
Современные котлы, в отличие от тех, которые использовались несколько лет назад, в качестве топлива могут использовать не только газ, уголь, мазут и т.д. В качестве экологически чистого топлива в настоящее время все более часто используют пелетты. Заказать пелетты для Вашего пелеттного котла, Вы сможете здесь — http://maspellet.ru/zakazat-pellety.
Использование: в теплоэнергетике, в частности, при изготовлении парогенераторов. Сущность изобретения: повышение монтажной и ремонтной технологичности обеспечивается тем, что в конвективной поверхности нагрева, содержащей входной 1 и выходной 2 коллекторы, вертикально установленные обогреваемые трубы 3, дистанционирующие трубы 4, расположенные горизонтальными ярусами 5 на прямых вертикальных участках обогреваемых труб 4 и попарно жестко скреплены между собой по периферии конвективной поверхности, причем пара дистанционирующих труб 4 охватывает только один ряд обогреваемых труб 3. 4 ил.
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в парогенераторостроении. В процессе работы парогенератора, особенно на шлакующемся топливе или высокосернистом мазуте, на вертикальных поверхностях нагрева, размещенных, как правило, в горизонтальном газоходе, отлагается большое количество шлака. Очагами для интенсивной зашлаковки являются места, где уменьшены поперечные шаги между вертикальными трубами из-за выхода их из проектной плоскости (из ранжира). В этих местах резко уменьшается расход и скорость дымовых газов и это еще больше способствует зашлаковке поверхностей нагрева. Кроме того, наружные ранжировки труб, особенно в поперечном направлении движения греющих газов, ухудшают условия очистки обдувочными или другими устройствами. Применяемые в настоящее время различные неохлаждаемые устройства из жаростойких материалов быстро выгорают под воздействием высоких температур и агрессивных составляющих (серы, ванадия) греющих газов. Применение собственных, т.е. включенных параллельно с обогреваемыми трубами поверхности нагрева, дистанционирующих обогреваемых труб приводит к неравномерным условиям их работы, т.к. дистанционирующие трубы обязательно отличаются по длине и конфигурации от основных труб, что снижает надежность работы поверхности нагрева. Известна конструкция конвективной поверхности нагрева, в которой дистанционирование обогреваемых труб осуществляется неохлаждаемыми дистанционирующими планками из жаростойкого чугуна. Например, на котле ТГМП-204 Недостатком этой конструкции является недолговечность дистанционирующих планок, так как в условиях высоких температур газов и агрессивных составляющих продуктов горения топлива они быстро обгорают и разрушаются, что приводит к нарушению дистанций между обогреваемыми трубами поверхности нагрева, способствует заносу их золой и шлаком, ухудшению теплообмена и снижению надежности работы парогенератора. Наиболее близкой к заявленной является конструкция конвективной поверхности нагрева, содержащая входной и выходной коллекторы, вертикально расположенные обогреваемые трубы и горизонтальными ярусами установленные дистанционирующие трубы, охлаждаемые рабочей средой и снабженные шипами, образующими ячейки, в каждой из которых размещается по одной вертикальной трубе. В целом все дистанционирующие трубы, соединенные между собой шипами, образуют горизонтальную жесткую решетку, через которую пропускаются обогреваемые трубы поверхности нагрева Недостатком известной конструкции является сложность монтажа и низкая ремонтопригодность, состоящая в том, что при необходимости замены поврежденной обогреваемой трубы, размещенной в средней части вертикальной поверхности нагрева, совершенно невозможно раздвинуть обогреваемый вертикальные трубы для облегчения доступа к поврежденному месту. В равной мере это относится и к самим дистанционирующим трубам, снабженным шипами. Для доступа к поврежденному месту необходимо резать большое количество неповрежденных труб в доступных для этого местах с последующим восстановлением их. Опыт эксплуатации указанной поверхности на котлах ТГМП-204 подтверждает вышесказанное. Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение монтажной и ремонтной технологичности. Поставленная цель достигается тем, что в конвективной поверхности нагрева, содержащей входной и выходной коллекторы, вертикально установленные обогреваемые трубы и дистанционирующие трубы, расположенные горизонтальными ярусами, дистанционирующие трубы в виде горизонтальных ярусов размещены на прямых вертикальных участках обогреваемых труб, попарно жестко соединенных между собой по периферии конвективной поверхности, причем каждая упомянутая пара охватывает только один ряд обогреваемых труб. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг. 1 общий вид конвективной поверхности нагрева, на фиг. 2 разрез по А-А фиг. 1, на фиг. 3 разрез по Б-Б на фиг. 2, на фиг. 4 разрез по В-В фиг. 2. Конвективная поверхность нагрева содержит входной 1 и выходной 2 коллекторы, вертикально установленные обогреваемые трубы 3, дистанционирующие трубы 4, выполненные в виде горизонтальных ярусов 5, размещенных на прямых участках труб 3 по высоте поверхности параллельно движению греющих газов и попарно охватывающих каждый ряд этих труб. Трубы 4 жестко соединены между собой сваркой 6 по периферии поверхности нагрева. Конвективная поверхность нагрева работает следующим образом. При изменении теплового состояния парогенератора дистанционирующие трубы 4 удерживают в одной плоскости каждый ряд обогреваемых труб 3, стремящихся из-за неравномерного обогрева выйти из ранжира. Сохранение ранжировки труб 3 обеспечивает равномерные скорости газов по всей ширине газохода, уменьшает возможность заноса золой его отдельных участков, а также улучшает условия очистки с помощью обдувочных или других приспособлений. Удержание обогреваемых труб 3 в ранжире значительно улучшает условия их осмотра и ремонта.,
КОНВЕКТИВНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ НАГРЕВА КОТЛА
(от лат. convectio - принесение, доставка) - тепловоспринимающая поверхность котла, теплообмен к-рой с омывающими её продуктами сгорания осуществляется в осн. за счёт конвекции (см. Конвективный теплообмен). К ней относятся все поверхности нагрева котла, кроме поверхностей тооочных экранов и радиационно-конвективных ширмовых перегревателей, устанавливаемых в топке и первом газоходе.
. 2004 .
Смотреть что такое "КОНВЕКТИВНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ НАГРЕВА КОТЛА" в других словарях:
конвективная поверхность нагрева котла - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN convection surface …
конвективная поверхность нагрева - стационарного котла конвективная поверхность нагрева Поверхность нагрева стационарного котла, получающая теплоту, в основном, конвекцией. [ГОСТ 23172 78] Тематики котел, водонагреватель Синонимы конвективная поверхность нагрева EN convective… … Справочник технического переводчика
Конвективная поверхность нагрева стационарного котла - 54. Конвективная поверхность нагрева стационарного котла Конвективная поверхность нагрева D. Beruhrungsheizflache Е. Convective heating surface F. Surface de convection Поверхность нагрева стационарного котла, получающая теплоту, в основном,… …
Поверхность нагрева, воспринимающая теплоту в процессе излучения и конвекции. К Р. к. п. н. относится ширмовая поверхность нагрева котла, воспринимающая теплоту излучения и конвекции примерно в равных кол вах … Большой энциклопедический политехнический словарь
радиационно-конвективная поверхность нагрева стационарного котла - радиационно конвективная поверхность нагрева Поверхность нагрева стационарного котла, получающая теплоту излучением и конвекцией примерно в равных количествах. [ГОСТ 23172 78] Тематики котел, водонагреватель Синонимы радиационно конвективная… … Справочник технического переводчика
- (англ. Boiler radiant convective heating surface) поверхность нагрева, воспринимающая теплоту в процессе излучения и конвекции. К радиационно конвективной поверхности нагрева обычно относится ширмовая поверхность нагрева котла, воспринимающая… … Википедия
Радиационно-конвективная поверхность нагрева стационарного котла - 53. Радиационно конвективная поверхность нагрева стационарного котла Радиационно конвективная поверхность нагрева D. Beruhrungs und Strahlungsheizfache Е. Radiant convective heating surface F. Surface convective et rayonnement Поверхность нагрева … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Ширм-конвективная поверхность нагрева - Комбинированная поверхность нагрева котла, состоящая из ширм и расположенных между ними конвективных пакетов змеевиков. Примечание. Змеевики могут образовывать одно и многорядные пучки, расположенные под углом друг к другу и потоку газов, и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 23172-78: Котлы стационарные. Термины и определения - Терминология ГОСТ 23172 78: Котлы стационарные. Термины и определения оригинал документа: 47. Барабан стационарного котла Барабан D. Trommel E. Drum F. Reservoir Элемент стационарного котла, предназначенный для сбора и раздачи рабочей среды, для… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 28269-89: Котлы паровые стационарные большой мощности. Общие технические требования - Терминология ГОСТ 28269 89: Котлы паровые стационарные большой мощности. Общие технические требования оригинал документа: Головная серия котлов Котлы, поставленные заказчику за период с начала изготовления оборудования котла данного типа до… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Расчет конвективных пучков котла.
Конвективные поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания пару.
Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару -- конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс, называемый теплопередачей.
При расчете конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняется для 1 м3 газа при нормальных условиях.
Уравнение теплопередачи.
Уравнение теплового баланса
Qб=?(I"-I”+???I°прс);
В этих уравнениях К - коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева, Вт/(м2-К);
T - температурный напор, °С;
Bр - расчетный расход топлива, м3/с;
H - расчетная поверхность нагрева, м2;
Коэффициент сохранения теплоты, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения;
I",I" - энтальпии продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, кДж/м3;
I°прс - количество теплоты, вносимое присасываемым в газоход воздухом, кДж/м3.
В уравнении Qт=K?H??t/Bр коэффициент теплопередачи K является расчетной характеристикой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводности и теплового излучения. Из уравнения теплопередачи ясно, что количество теплоты, переданное через заданную поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и разность температур продуктов сгорания и нагреваемой жидкости. Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей теплоту среды. По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхности нагрева (водяной экономайзер) работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды. Поэтому чем дальше расположена конвективная поверхность нагрева от топочной камеры, тем большие размеры должна она иметь и тем больше металла расходуется на ее изготовление.
При выборе последовательности размещения конвективных поверхностей нагрева в котлоагрегате стремятся так расположить эти поверхности, чтобы разность температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей среды была наибольшей. Например, пароперегреватель располагают сразу после топки или фестона, поскольку температура пара выше температуры воды, а водяной экономайзер - после конвективной поверхности нагрева, потому что температура воды в водяном экономайзере ниже температуры кипения воды в паровом котле.
Уравнение теплового баланса Qб=?(I"-I”+???I°прс) показывает, какое количество теплоты отдают продукты сгорания пару через конвективную поверхность нагрева.
Количество теплоты Qб, отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой паром. Для расчета задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем уточняют ее путем последовательных приближений. В связи с этим расчет ведут для двух значений температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода.
1. определяем площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе Н =68.04м2 .
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания при поперечном омывании гладких труб F =0.348м2.
По конструктивным данным подсчитываем относительный поперечный шаг:
1= S1 /dнар=110/51=2.2;
относительный продольный шаг:
2 = S2 /d=90/51=1.8.
2. Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после рассчитанного газохода: =200°С =400°С;
3. Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания (кДж/м3),
Qб =??(-+ ??к?I°прс),
где? - коэффициент сохранения теплоты, определяется в пункте 3.2.5;
I" - энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, определяется по табл. 2 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности; =21810 кДж/м3 при =1200°С;
I" - энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, определяется по табл. 2 при двух предварительно принятых температурах после конвективной поверхности нагрева; =3500 кДж/м3 при =200°С;
6881 кДж/м3 при =400°С;
К - присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее;
I°прс - энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха tв= 30 °С определяется пункте 3.1.
Qб1 =0.98?(21810-3500+0.05?378.9)=17925 кДж/м3;
Qб2=0.98?(21810-6881+0.05?378.9)=14612 кДж/м3;
4. Вычисляем, расчетную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе (°С)
где и - температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее.
5. Определяется температурный напор (°С)
T1=-tк = 700-187.95=512°С;
T2 =-tк=800-187.95=612°С;
где tк - температура охлаждающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле, tн.п=187.95°С;
6. Подсчитываем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева (м/с)
где Вр - расчетный расход топлива, м3/с, (см. п. 3.2.4);
F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (см. п. 1.2), м2;
Vг - объем продуктов сгорания на 1кг твердого и жидкого топлива или на 1 м8 газа (из расчетной табл. 1 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха);
кп -средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С;
7. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании коридорных пучков:
К = ?н?сz ?сs ?сф;
где?н - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме при поперечном омывании коридорных пучков (рис. 6.1 лит 1); ?н.1=84Вт/м2К при?г.1 и dнар; ?н.2=90Вт/м2К при?г.2 и dнар;
сz - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется при поперечном омывании коридорных пучков; сz =1 при z1=10;
сs - поправка на компоновку пучка, определяется при поперечном омывании коридорных пучков; сs =1
сф - коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется при поперечном омывании коридорных пучков труб (рис. 6.1 лит 1);
cф1=1.05 при; сф2=1.02 при;
К1=84?1?1?1.05=88.2 Вт/м2К;
К2=90?1?1?1.02=91.8 Вт/м2К;
8. Вычисляем степень черноты газового потока по номограмме. При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину
kps=(kг?rп +kзл?µ)?p?s ,
где kг - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяется в п.4.2.6;
rп -- суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из табл. 1;
kзл - коэффициент ослабления лучей эоловыми частицами, kзл=0;
µ - концентрация золовых частиц, µ =0;
р - давление в газоходе, для котлоагрегатов без наддува принимается равным 0,1 МПа.
Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков (м):
s=0.9?d?()=0.9?51?10-3 ?(-1)=0.18;
9. Определяем коэффициент теплоотдачи?л, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/(м2К):
для незапыленного потока (при сжигании газообразного топлива) ?л = ?н??ф?сг, где?н - коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме (рис. 6.4 лит 1); ?ф - степень черноты;
сг - коэффициент, определяется.
Для определения?н и коэффициента сг вычисляется температура загрязненной стенки (°С)
где t - средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения при давлении в котле, t= tн.п=194°С;
T - при сжигании газа принимается равной 25 °С.
Tст=25+187=212;
Н1=90 Вт/(м2К) ?н2=110 Вт/(м2К) при Tст, и;
Л1=90?0.065?0.96=5,62 Вт/(м2К);
Л2=94?0.058?0.91=5,81 Вт/(м2К);
10. Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м2-К),
? = ??(?к + ?л),
где? - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного смывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимается? = 1.
1=1?(88.2+5.62)=93.82Вт/(м2-К);
2=1?(91.8+5.81)=97.61Вт/(м2-К);
11. Вычисляем коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К)
где? - коэффициент тепловой эффективности, (табл. 6.1 и 6.2 лит 1 в зависимости от вида сжигаемого топлива).
К1=0.85*93.82 Вт/(м2-К);
К2=0.85*97.61 Вт/(м2-К);
12. Определяем количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 м3 газа (кДж/м3)
Qт=K?H??t/(Bр?1000)
Температурный напор?t определяется для испарительной конвективной поверхности нагрева (°С)
T1==226°С; ?t2==595°С;
где tкип - температура насыщения при давлении в паровом котле;
Qт1==8636 кДж/м3;
Qт2==23654 кДж/м3;
13. По принятым двум значениям температуры и и полученным двум значениям Q6 и Qт производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строится зависимость Q = f(), показанная на рис. 3. Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания, которую следовало бы принять при расчете. ===310°С;
Рис3.
Таблица №7 Тепловой расчет котельных пучков
|
Рассчитываемая величина |
Обозначение |
Размерность |
Формула и обоснование |
|
|
Поверхность нагрева |
Рассчитана по чертежу |
|||
|
Живое сечение для прохода газов |
Рассчитана по чертежу |
|||
|
Поперечный шаг труб |
Рассчитана по чертежу |
|||
|
Продольный шаг труб |
Рассчитана по чертежу |
|||
|
По I-t диаграмме |
||||
|
Энтальпия прод. сгор на выходе с КП |
По I-t диаграмме |
|||
|
Энтальпия прод. сгор на входе в КП |
Классификация котлов
Котельные агрегаты разделяются на паровые, предназначенные для производства водяного пара, и водогрейные, предназначенные для получения горячей воды.
По виду сжигаемого топлива и соответствующего топливного тракта различают котлы для газообразного, жидкого и твердого топлива.
По газовоздушному тракту различают котлы с естественной и уравновешенной тягой и с наддувом. В котле с естественной тягой сопротивление газового тракта преодолевается под действием разности плотностей атмосферного воздуха и газа в дымовой трубе. Если сопротивление газового тракта (так же, как и воздушного) преодолевается с помощью дутьевого вентилятора, то котел работает с наддувом. В котле с уравновешенной тягой давление в топке и начале газохода поддерживается близким к атмосферному совместной работой дутьевого вентилятора и дымососа. В настоящее время стремятся все выпускаемые котлы, в том числе и с уравновешенной тягой, изготовлять газоплотными.
По виду пароводяного тракта различают барабанные (рис. 3.1, а, б )и прямоточные (рис. 3.1, в ) котлы. Во всех типах котлов через экономайзер 1 и пароперегреватель 6 вода и пар проходят однократно. В барабанных котлах многократно циркулирует пароводяная смесь в испарительных поверхностях нагрева 5 (от барабана 2 по водоопускным трубам 3 к коллектору 4 и барабану 2). Причем в котлах с принудительной циркуляцией (рис. 3.1, б ) перед входом воды в испарительные поверхности 5 устанавливают дополнительный насос 8. В прямоточных котлах (рис. 3.1, в ) рабочее тело по всем поверхностям нагрева проходит однократно под действием напора, развиваемого питательным насосом 7.
В котлах с рециркуляцией и комбинированной циркуляцией для увеличения скорости движения воды в некоторых поверхностях нагрева при пуске прямоточного котла или работе на пониженных нагрузках обеспечивают принудительную рециркуляцию воды специальным насосом 8 (рис. 3.1, г ).
По фазовому состоянию выводимого из топки шлака различают котлы с твердым и жидким шлакоудалением. В котлах с твердым шлакоудалением (ТШУ) шлак из топки удаляется в твердом состоянии, а в котлах с жидким шлакоудалением (ЖШУ) – в расплавленном.
Рис. 3.1. Схемы пароводяного тракта котла: а
– барабанного с естественной циркуляцией;
б –
барабанного с принудительной циркуляцией; в
– прямоточного; г
– прямоточного
с принудительной циркуляцией: 1 – экономайзер; 2 – барабан котла; 3 – водоопускные трубы;
4 – коллектор экранных труб; 5 – испарительные поверхности нагрева; 6 – пароперегреватель;
7 – питательный насос; 8 – циркуляционный насос
Водогрейные котлы характеризуют по их теплопроизводительности, температуре и давлению подогретой воды, а также по роду металла, из которого он изготовлен.
Водогрейные котлы бывают стальные и чугунные.
Чугунные котлы изготавливают для отопления отдельных жилых и общественных зданий. Их теплопроизводительность не превышает 1 – 1,5 Гкал/ч, давление – 0,3 – 0,4 МПа, температура – 115 о С. Стальные водогрейные котлы большой теплопроизводительности устанавливают в крупных квартальных или районных котельных, которые могут обеспечить теплоснабжение крупных жилых районов.
Паровые котельные агрегаты выпускаются различными по типу, паропроизводительности и параметрам производимого пара.
По паропроизводительности различают котлы малой производительности – 15 – 20 т/ч, средней производительности – от 25 – 35 до 160 – 220 т/ч и большой производительности от 220 – 250 т/ч и выше.
Под номинальной паропроизводительностью понимают наибольшую нагрузку (в т/ч или кг/с) стационарного котла, с которой он может работать в течение длительной эксплуатации при сжигании основного вида топлива или при подводе номинального количества теплоты при номинальных значениях пара и питательной воды с учетом допускаемых отклонений.
Номинальные значения давления и температуры пара – это параметры, которые должны быть обеспечены непосредственно перед паропроводом к потребителю пара при номинальной паропроизводительности котла (а температура также при номинальном давлении и температуре питательной воды).
Номинальная температура питательной воды – это температура воды, которую необходимо обеспечить перед входом в экономайзер или другой подогреватель питательной воды котла (или при их отсутствии – перед входом в барабан) при номинальной паропроизводительности.
По давлению рабочего тела различают котлы низкого (менее 1 МПа), среднего
(1 – 10 МПа), высокого (10 – 25 МПа) и сверхкритического давления (более 25 МПа).
Котельные агрегаты вырабатывают насыщенный или перегретый пар с температурой до 570 °С.
По назначению паровые котлы можно разделить на промышленные, устанавливаемые в производственных, производственно-отопительных и отопительных котельных, и энергетические, устанавливаемые в котельных тепловых электрических станций.
По типу компоновки котлы можно разделить на вертикально-циллиндрические, горизонтальной компоновки (с развитой испарительной поверхностью нагрева) и вертикальной компоновки.
Барабанные паровые котлы
Барабанные котлы широко применяют на ТЭС и в котельных. Наличие одного или нескольких барабанов с фиксированной границей раздела между паром и водой является отличительной чертой этих котлов. Питательная вода в них, как правило, после экономайзера 1 (см. рис. 3.1, а ) подается в барабан 2, где смешивается с котловой водой (водой, заполняющей барабан и экраны). Смесь котловой и питательной воды по опускным необогреваемым трубам 3 из барабана поступает в нижние распределительные коллектора 4, а затем в экраны 5 (испарительные поверхности). В экранах вода получает теплоту Q от продуктов сгорания топлива и закипает. Образующаяся пароводяная смесь поднимается в барабан. Здесь происходит разделение пара и воды. Пар по трубам, соединенным с верхней частью барабана, направляется в перегреватель 6, а вода снова в опускные трубы 3.
В экранах за один проход испаряется лишь часть (от 4 до 25 %) поступающей в них воды. Тем самым обеспечивается достаточно надежное охлаждение труб. Предотвратить накопление солей, осаждающихся при испарении воды на внутренней поверхности труб, удается благодаря непрерывному удалению части котловой воды из котла. Поэтому для питания котла допускается использование воды с относительно большим содержанием растворенных в ней солей.
Замкнутую систему, состоящую из барабана, опускных труб, коллектора и испарительных поверхностей, по которой многократно движется рабочее тело, принято называть контуром циркуляции, а движение воды в нем – циркуляцией. Движение рабочей среды, обусловленное только различием веса столбов воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъемных, называют естественной циркуляцией, а паровой котел – барабанным с естественной циркуляцией. Естественная циркуляция возможна лишь в котлах с давлением, не превышающим 18,5 МПа. При большем давлении из-за малой разности плотностей пароводяной смеси и воды устойчивое движение рабочей среды в циркуляционном контуре обеспечить трудно. Если движение среды в циркуляционном контуре создается насосом 8 (см. рис. 3.1, б ), то циркуляция называется принудительной , а паровой котел – барабанным с принудительной циркуляцией. Принудительная циркуляция позволяет выполнять экраны из труб меньшего диаметра как с подъемным, так и опускным движением среды в них. К недостаткам такой циркуляции следует отнести необходимость установки специальных насосов (циркуляционных), которые имеют сложную конструкцию, и дополнительный расход энергии на их работу.
Простейший барабанный котел, используемый для получения водяного пара, состоит из горизонтального цилиндрического барабана 1 с эллиптическими днищами, на 3/4 объема заполненного водой, и топки 2под ним (рис. 3.2, а ). Стенки барабана, обогреваемые снаружи продуктами горения топлива, играют роль теплообменной поверхности.
С ростом паропроизводительности резко возросли размеры и масса котла. Развитие котлов, направленное на увеличение поверхности нагрева при сохранении водяного объема, шло по двум направлениям. Согласно первому направлению увеличение теплообменной поверхности достигалось благодаря размещению в водном объеме барабана труб, обогреваемых изнутри продуктами сгорания. Так, появились жаротрубные (рис. 3.2, б ), затем дымогарные и, наконец, комбинированные газотрубные котлы. В жаротрубных котлах в водном объеме барабана 1 параллельно его оси размещены одна или несколько жаровых труб 3 большого диаметра (500 – 800 мм), в дымогарных – целый пучок труб 3 малого диаметра. В комбинированных газотрубных котлах (рис. 3.2, в ) в начальной части жаровых труб расположена топка 2, а конвективная поверхность выполнена из дымогарных труб 3. Производительность этих котлов была невелика, ввиду ограниченных возможностей размещения жаровых и дымогарных труб в водяном объеме барабана 1.Их использовали в судовых установках, локомобилях и паровозах, а также для получения пара на собственные нужды предприятия.
Рис. 3.2. Схемы котлов: а – простейшего барабанного; б – жаротрубного; в – комбинированного газотрубного; г – водотрубного; д – вертикально-водотрубного; е – барабанного современной конструкции
Второе направление в развитии котлов связано с заменой одного барабана несколькими, меньшего диаметра, заполненными водой и пароводяной смесью. Увеличение числа барабанов привело сначала к созданию батарейных котлов, а замена части барабанов трубами меньшего диаметра, расположенными в потоке дымовых газов, – к водотрубным котлам. Благодаря большим возможностям увеличения паропроизводительности это направление получило широкое развитие в энергетике. Первые водотрубные котлы имели наклоненные к горизонтали (под углом 10 – 15°) пучки труб 3, которые с помощью камер 4 присоединялись к одному или нескольким горизонтальным барабанам 1 (рис. 3.2, г
). Котлы такой конструкции получили название горизонтально-водотрубных
. Среди них особо следует выделить котлы русского конструктора В. Г. Шухова. Прогрессивная идея, связанная с разделением общих камер, барабанов и трубных пучков на однотипные группы (секции) одинаковой длины и тем же числом труб, заложенная в конструкцию, позволила осуществлять сборку котлов разной паропроизводительности из стандартных деталей.
Но такие котлы не могли работать при переменных нагрузках.
Создание вертикально-водотрубных котлов – следующий этап развития котлов. Пучки труб 3, соединяющие верхние и нижние горизонтальные барабаны 1,стали располагать вертикально или под большим углом к горизонту (рис. 3.2, д ). Повысилась надежность циркуляции рабочей среды, обеспечился доступ к концам труб и тем самым упростились процессы вальцовки и очистки труб. Совершенствование конструкции этих котлов, направленное на повышение надежности и эффективности их работы, привело к появлению современной конструкции котла (рис. 3.2, е ):однобарабанного с нижним коллектором 5 небольшого диаметра; опускными трубами 6 и барабаном 1, вынесенными из зоны обогрева за обмуровку котла; полным экранированием топки; конвективными пучками труб с поперечным омыванием продуктами сгорания; предварительным подогревом воздуха 9, воды 8 и перегревом пара 7.
Конструктивная схема современного барабанного котла определяется его мощностью и параметрами пара, видом сжигаемого топлива и характеристиками газовоздушного тракта. Так, с ростом давления меняется соотношение между площадями нагревательных, испарительных и перегревательных поверхностей. Увеличение давления рабочего тела от
р
= 4 МПа до р
= 17 МПа приводит к уменьшению доли теплоты q,
затраченной на испарение воды с 64 до 38,5 %. Доля теплоты, расходуемой на подогрев воды, увеличивается при этом с 16,5 до 26,5 %, а на перегрев пара – с 19,5 до 35 %.
Поэтому с повышением давления растут площади нагревательной и перегревательной поверхностей, а площадь испарительной поверхности уменьшается.
В отечественных промышленных и промышленно-отопительных котельных широко распространены котельные агрегаты типа ДКВР (двухбарабанный котел, водотрубный, реконструированный) с номинальной паропроизводительностью 2,5; 4; 6,5; 10 и 20 т/ч, изготовляемые Бийским котельным заводом.
Котлы типа ДКВР (рис. 3.3 и 3.4) изготовляют в основном на рабочее давление пара
14 кгс/см 2 для производства насыщенного пара и с пароперегревателем для производства перегретого пара с температурой 250 °С. Кроме того, котлы паропроизводительностью 6,5 и 10 т/ч изготовляют на давление 24 кгс/см 2 для производства пара, перегретого до 370 °С, а котлы паропроизводительностью 10 т/ч также на давление 40 кгс/см 2 для производства пара, перегретого до 440 °С.
Котлы типа ДКВР выпускают в двух модификациях по длине верхнего барабана.
У котлов паропроизводительностью 2,5; 4,0 и 6,5 т/ч, а также у более ранней модификации котла паропроизводительностью 10 т/ч верхний барабан выполнен значительно более длинным, чем нижний. Барабаны соединены системой гнутых цельнотянутых стальных кипятильных труб наружным диаметром 51×2,5 мм, образующих развитую конвективную поверхность нагрева. Трубы расположены в коридорном порядке и своими концами завальцованы в барабаны. В продольном направлении трубы расположены на расстоянии между осями (шаг) 110, а в поперечном 100 мм.
Пароперегреватель в котлах типа ДКВР выполняют вертикальным змеевиковым из стальных цельнотянутых труб наружным диаметром 32 мм. Его размещают в начале котельного пучка, отделяя от камеры догорания двумя рядами кипятильных труб. Для того чтобы можно было разместить пароперегреватель, часть кипятильных труб не устанавливают. Трубный пучок и экраны в сборе с барабанами, коллекторами и опорной рамой этих котлов вписываются в железнодорожный габарит; это позволяет собирать металлическую часть котла на заводе и доставлять ее на монтажную площадку в собранном виде, что упрощает монтаж.
При установке котлов типа ДКВР с низкотемпературными поверхностями нагрева целесообразно предусматривать только водяной экономайзер либо только воздухоподогреватель, чтобы не усложнять компоновку и эксплуатацию котельного агрегата. Такое решение целесообразно еще и потому, что температура дымовых газов за котлами с развитыми поверхностями нагрева относительно низка и составляет приблизительно 250 – 300 °С, вследствие чего количество теплоты, уносимой дымовыми газами, относительно невелико. Более целесообразно устанавливать водяные экономайзеры, тогда агрегат получается компактным и простым в эксплуатации. При этом предпочтительнее выбирать чугунные ребристые экономайзеры, так как их изготовляют из недефицитного материала и они меньше страдают от коррозии.
Котлы типа ДКВР довольно чувствительны к качеству питательной воды, поэтому вода, используемая для их питания, должна подвергаться умягчению и деаэрации. Работа котельных установок с котлами типа ДКВР легко поддается автоматизации, особенно при сжигании жидкого и газообразного топлив.
Парогенераторы серии ДКВР хорошо компонуются со слоевыми топочными устройствами и первоначально были разработаны для сжигания твердого топлива. Позднее ряд парогенераторов перевели на сжигание жидкого и газообразного топлива. При работе на жидком и газообразном топливе производительность парогенераторов может быть выше номинальной на 30 – 50 % При этом нижняя часть верхнего барабана, расположенная над топочной камерой, должна быть защищена огнеупорным кирпичом или торкретом.
В ЦКТИ была обследована работа большого числа промышленных котельных, в которых эксплуатировались парогенераторы серии ДКВР. В результате обследования было установлено, что 85 % парогенераторов используют газ и мазут. Кроме того, были выявлены недостатки в работе парогенераторов: большие присосы воздуха в конвективную часть поверхности нагрева и водяной экономайзер, недостаточная степень заводской готовности, более низкие эксплуатационные КПД по сравнению с расчетными.
При разработке новой конструкции газомазутных парогенераторов серии ДЕ (рис. 3.5) особое внимание было обращено на увеличение степени заводской готовности парогенераторов в условиях крупносерийного производства, снижение металлоемкости конструкции, приближение эксплуатационных показателей к расчетным.
Во всех типоразмерах серии от 4 до 25 т/ч диаметр верхнего и нижнего барабанов парогенераторов принят равным 1000 мм. Толщина стенок обоих барабанов при давлении 1,37 МПа равна 13 мм. Длина цилиндрической части барабанов в зависимости от производительности изменяется от 2240 мм (парогенератор производительностью 4 т/ч) до 7500 мм (парогенератор производительностью 25 т/ч). В каждом барабане в переднем и заднем днище установлены лазовые затворы, что обеспечивает доступ в барабаны при ремонте.
Топочная камера от конвективной поверхности нагрева отделена газоплотной перегородкой.
Во всех парогенераторах серии предусмотрено двухступенчатое испарение. Во вторую ступень испарения выделена часть труб конвективного пучка. Общим опускным звеном всех контуров первой ступени испарения являются последние (по ходу продуктов сгорания) трубы конвективного пучка. Опускные трубы второй ступени испарения вынесены за пределы газохода.
Парогенератор производительностью 25 т/ч имеет пароперегреватель, обеспечивающий небольшой перегрев пара, до 225 °С.
Котельный агрегат типа ГМ-10 предназначается для производства перегретого пара с давлениями 1,4 и 4 МПа и температурами соответственно 250 и 440 °С. Котел предназначается для работы на природном газе и мазуте и отличается тем, что работает с наддувом, т. е. при избыточном давлении в топке. Это позволяет работать без дымососа.
Во избежание выбивания дымовых газов в окружающую среду котел выполнен с двойной стальной обшивкой. Через пространство, образуемое листами обшивки, проходит воздух, подаваемый дутьевым вентилятором, в результате чего через случайные неплотности в окружающую среду может выбиваться только холодный воздух.
По своей компоновке котел двухбарабанный асимметричный: кипятильный пучок и пароперегреватель размещены рядом с топкой. Топливо и воздух поступают в топку через комбинированные горелки, конструкция которых обеспечивает быстрый переход от сжигания одного вида топлива к сжиганию другого.
