Воздухоподогреватели

Воздухоподогреватели предназначены для нагрева воздуха за счет теплоты уходящих топочных газов. Воздух, забираемый снаружи или с верхней части котельной, вентилятором подается в воздухоподогреватель, нагревается до температуры примерно 200 °С и поступает в горелки топки, улучшает воспламенение топлива и процесс горения, снижает потери от химического недожога и тем самым повышается КПД котельного агрегата. Воздухоподогреватель располагают обычно после водяного экономайзера. Воздух в воздухоподогреватель нагнетается дутьевым вентилятором через входные короба – воздуховоды и отводится к горелкам коробами горячего воздуха.

Рис. 9.4. Схема компоновки воздухоподогревателей:

а-многоходовая однопоточная; б-одноходовая однопоточная; в и г-многоходовые двухпоточные

Рис. 9.5. Классификация конструкций воздухоподогревателей:

а-обычные трубчатые; б-обращенные трубчатые; в-змеевиковые; г-экранный; д-спиральный

Рис. 9.6. Модульная конструкция воздухоподогревателя

При сжигании в камере газообразного топлива весь воздух вводится через горелку, в которой газ и воздух перемешиваются. При сжигании жидкого топлива также весь воздух вводится через горелку, но топливо с помощью форсунок сначала превращается в мелкие капли, которые затем перемешиваются с воздухом. В этом случае одна часть воздуха вводится через горелку в смеси с топливом (первичный воздух), а другая – через специальные устройства в той же горелке или рядом с ней (вторичный воздух).

По принципу тепловой работы воздухоподогреватели делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных воздухоподогревателях нагрев воздуха осуществляется дымовыми газами черезразделяющую их стальную стенку. В регенеративных воздухоподогревателях дымовые газы сначаланагревают материал с высокой теплоемкостью (волнистые стальные листы, пустотелые керамическиетела, металлические шарики и др.), а затем от этого материала нагревается воздух, т.е. поверхность теплообменника попеременно омывается дымовыми газами и воздухом.

Наибольшее применение получили трубчатые рекуперативные воздухоподогреватели, которые представляют собой куб из стальных труб. Дымовые газы проходят внутри труб со скоростью 8…12 м/с (обеспечивая самообдувку), а воздух снаружи – со скоростью 6…8 м/с и может иметь два-три и более ходов. Снаружи воздухоподогреватель закрыт коробом с изоляцией. Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель должна быть больше температуры точки «росы» для предотвращения низкотемпературной коррозии. Для этого применяют электронагреватели, калориферы или рециркуляцию (подсасывается часть горячего воздуха, который берется на выходе из воздухоподогревателя).

Пароперегреватели

Пароперегреватели предназначены для получения перегретого пара из сухого насыщенного. Это наиболее ответственный элемент котельного агрегата, так как подвержен высоким температурам рабочего агента. Из соображений надежности работы трубы пароперегревателя выполнены из специальных легированных сталей.

Рис. 9.7. Схемы включения пароперегревателей в газовый поток:

а — прямоточная, б — противоточная, в — смешанная

Конструкция пароперегревателя состоит из ряда параллельно включенных стальных петлеобразных труб, выполненных в виде змеевиков и объединенных коллекторами – паросборниками. . В зависимости от места расположения П. в котле и, следовательно, от вида теплообмена, осуществляющегося в нём, различают радиационные, ширмовые (полурадиационные) и конвективные П.

Радиационные П. размещают на потолке топочной камеры или же на стенках её, часто между трубами экранов. Эти П., как и испарительные экраны, воспринимают тепло, излучаемое факелом сжигаемого топлива. Ширмовые П., выполненные в виде отдельных плоских ширм из параллельно включенных труб, укрепляются на выходе из топки перед конвективной частью котла. Теплообмен в ширмовых П. осуществляется как излучением, так и конвекцией. Конвективные П. располагают в газоходе котлоагрегата обычно за ширмами или за топкой; они представляют собой многорядные пакеты из змеевиков. П., состоящие только из конвективных ступеней, обычно устанавливают в котлоагрегатах среднего и низкого давления при температуре перегретого пара не выше 440—510 °С. В котлоагрегатах высокого давления со значительным перегревом пара применяют комбинированные П., включающие конвективную, ширмовую, а иногда и радиационную части

Рис. 9.8. Вертикальный конвективный пароперегреватель:

1-барабан котла; 2-главная паровая задвижка; 3-выходной коллектор перегретого пара; 4-промежуточный коллектор с поверхностным пароохладителем; 5-балка для подвески змеевиков; 6-подвеска змеевиков; 7-змеевик первой ступени пароперегревателя; 8-дистанционная планка;

9-дистанционная гребенка; 10-змеевик второй ступени пароперегревателя; ПГ-продукты горения; → - движение пара.

Так как перегреватель стараются расположить в зоне более высоких температур, то необходимо обеспечить его надежную работу при всех режимах работы – правильным выбором скорости движения пара, распределением его по змеевикам, подбором и изготовлением труб из металла, обладающего надлежащими свойствами. Скорость пара в змеевиках составляет 10…25 м/с, а в коллекторе – в 2 раза меньше.

В пароперегревателе, кроме нагрева пара, происходит испарение капелек котловой воды, вносимой с насыщенным паром из барабана, что вызывает образование накипи в змеевиках. Поэтому в верхнем барабане котла должны быть установлены паросепарационные устройства, предназначенные для отделения капель влаги из пароводяной смеси. Для получения сухого насыщенного пара используют физические принципы: гравитацию, инерцию и др. Для этого устанавливают:

• в водном объеме – дырчатый металлический лист с диаметром отверстий 10 мм для выравнивания подъема паровых пузырей и козырек для предохранения от проскока большого объема пара;

• в паровом объеме – дырчатый металлический потолок с отверстиями для выравнивания подъема пара; отбойные щитки; жалюзийный сепаратор, проходя через который, пар делает ряд поворотов, в результате капли воды как более тяжелые выпадают из потока, прилипают к металлической стенке и стекают вниз.

По отношению к потоку топочных газов пароперегреватель может включаться по одной из схем: прямоточная – применяется при малых перегревах пара и требует развитой поверхности нагрева; В случае прямоточной схемы пароперегревателя в котле наиболее высокая температура газов соответствует области наиболее низкой температуры пара. В принципе это должно обеспечивать низкие температуры металла пароперегревателя, однако при наличии капель котловой воды, поступающих с насыщенным паром из сепарационных устройств барабана, соли, содержащиеся в данных каплях, будут осаждаться на первых рядах змеевиков, приводя к резкому повышению температуры металла. Кроме того, при такой схеме движения теплоносителей температурный напор (усредненная по поверхности разность температур греющей и нагреваемой сред) минимален, что требует увеличения необходимой поверхности пароперегревателя.

противоточная – применяется при перегреве пара до 400 °С и позволяет иметь наименьшую поверхностьнагрева; При противоточной схеме движения в отопительном котле змеевики, обогреваемые продуктами горения с наиболее высокой температурой, встречают уже перегретый пар и охлаждаются при этом недостаточно. В результате, несмотря на то, что металл змеевиков пароперегревателя работает в наиболее тяжелых температурных условиях, температурный напор в этой схеме максимальный, а необходимая поверхность теплообмена минимальна, что позволяет делать пароперегреватели с такой схемой движения весьма компактными.

комбинированная – применяется при больших температурах пара (более 400 °С). Оптимальной по условиям надежности работы является смешанная схема включения пароперегревателя, при которой первая по ходу пара часть пароперегревателя выполняется противоточной, а завершение перегрева пара

На выходном коллекторе пароперегревателя устанавливают: манометр, термометр, предохранительный клапан, продувочный вентиль (работающий при растопке).

шош

Регулирование температуры перегретого пара. Температура перегретого пара может колебаться в связи с изменением коэффициента избытка воздуха, температуры питательной воды, нагрузки котла, производительности дымососа, шлакованием внешних поверхностей пароперегревателя.

Температура перегретого пара повышается в случаях: снижения температуры питательной воды (уменьшается парообразование), уменьшения отбора пара из котла, увеличения тяги в топке (пламя подсасывается) или увеличения температуры в топке. Температура перегретого пара понижается, если температура в топке снижается, трубы снаружи покрыты сажей, а внутри – накипью.

Для исключения возможности повышения температуры перегретого пара и поддержания ее в заданных пределах устанавливают специальные регуляторы-пароохладители. Пароохладители поверхностного или вспрыскивающего типа устанавливаются на входе пароперегревателя (по ходу движения пара) или в рассечку. Пароохладители поверхностного типа выполняются в виде змеевиков, по которым проходит питательная вода, а пар – снаружи. В пароохладителях вспрыскивающего типа для уменьшения энтальпии перегретого пара используют конденсат, который подают под давлением через сопло.

Наиболее приемлема установка пароохладителей в рассечку, когда время инерции составляет 40…50 с.

Пароперегреватели центральные с собственной топкой (рис. 9.9) предназначены для перегрева насыщенного пара, вырабатываемого котлами-утилизаторами. Для контроля работы центральный пароперегреватель оснащен контрольно-измерительными приборами.

Рис. 9.9. Пароперегреватель ЦП-60-С для перегрева пара за счет сжигания топлива

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.

Рис. 9.10. Пароперегреватели

а — одноходовой вертикальный, б — двухходовой, в — горизонтальный;

1 — барабан котла, 2 — змеевик, 3 — парозапорный вентиль, 4 — выходной коллектор перегретого пара, 5 —регулятор перегрева (пароохладитель), 6 — камеры

Пароперегреватели котлов на давление 1,4 и 2,4 МПа (14 и 24 кгс/см²) выполняют одноходовыми (рис. 9.10 а), а на давление 3,9 МПа (39 кгс/см²) — двухходовыми (рис. 9.10 б).