Тепловая схема котла

Под тепловой схемой котла обычно подразумевают последовательность отдельных видов поверхностей нагрева по тракту рабочего тела, их размещение в тракте топочных газов и взаимное соединение поверхностей нагрева.

Выбор рациональной тепловой схемы котла связан с компоновочной и конструктивной схемами котла и определяется составом поверхностей нагрева по пароводяному тракту котла и их расположением по газовому тракту.

С увеличением параметров рабочего тела (воды, пара) уменьшается теплота парообразования, что приводит к перераспределению тепловосприятия между испарительными и пароперегревательными поверхностями нагрева. Доля количества теплоты, требуемой на перегрев пара, при этом возрастает, что усложняет схему пароперегревательных поверхностей.

В целях достижения более высокой экономичности и надежности работы котла при разработке тепловой схемы и распределении тепловосприятий между отдельными ступенями пароводяного тракта следует учитывать, что температура продуктов сгорания в определенных точках газового тракта, а также температура воды, пара и воздуха по соответствующим трактам имеют определенные ограничения.

Таким образом, распределение тепловосприятий не может производиться произвольно, а должно вписываться в определенные пределы по температурам газового тракта и тракта рабочего тела.

Состав сжигаемого топлива также влияет на выбор решений по тепловой схеме (так, в случае высокозабалластированных топлив обычно увеличивается доля тепловосприятия испарительной части котла). На перераспределение тепловосприятий оказывают влияние реакционные свойства топлива и температура подогрева горячего воздуха.

Введение промежуточного перегрева пара в котлах большой мощности увеличивает суммарную долю количества теплоты на перегрев первичного и вторичного пара. Обычно температуру газов на входе в ступени промежуточного пароперегревателя ограничивают до 800...850 °С по соображениям надежности работы, особенно при беспаровом режиме работы: пуск и останов котла, горячий резерв и др., когда пар из турбины не поступает на вход вторичного пароперегревателя.

Температура газов на входе в воздухоподогреватель также ограничена до 550 °С по соображениям надежности работы воздухоподогревателя.

При выборе тепловосприятий выходных пакетов пароперегревателей приращение энтальпии в них обычно принимают небольшим (150.190 КДж/кг), чтобы уменьшить разверку тепловосприятий отдельных змеевиков, а также расход аустенитных сталей. Для снижения тепловой и гидравлической разверток пароперегреватели первичного пара выполняются из трех - четырех ступеней с обязательным полным перемешиванием пара после каждой ступени.

Для обеспечения номинальной температуры пара при изменениях нагрузки, качества топлива и режима работы котла, а также надежности работы пароперегревателей в паровом тракте применяют устройства для регулирования температуры пара, которые должны обеспечивать номинальную температуру пара при изменении нагрузки котла в пределах 70... 100 % номинальной паропроизводительности.

Регулирование температуры перегрева первичного пара обычно осуществляют с помощью впрыскивающих пароохладителей. При этом для прямоточных котлов допускается впрыск питательной воды, а для котлов с естественной циркуляцией применяют обычно впрыск конденсата.

В последнем случае котел снабжается специальным теплообменником (конденсатором собственного пара), в котором часть пара, отбираемая из барабана, конденсируется за счет охлаждения питательной водой. Для регулирования перегрева первичного пара возможно применение поверхностных теплообменников (водопаровых, паро-паровых), а также газовых методов регулирования. Однако впрыскивающие пароохладители имеют существенные преимущества перед другими способами регулирования температуры перегретого пара.

На рис. 2.2.3, а представлена расчетная тепловая схема котла Е-420-14,0-560 с применением впрыскивающих охладителей и использованием конденсатора для получения собственного конденсата.

Рис. 2.2.3. Расчетные тепловые схемы котлов с естественной циркуляцией: а - Е 420-14,0-560 (тип БКЗ-420-140); б - Еп 670-14,0-545/545; ВЭК - водяной экономайзер; ЭГГ, ЭКШ - экраны газоходов; ШПП - ширмовой пароперегреватель; ВПР - впрыскивающий пароохладитель; КПП - первичный конвективный пароперегреватель; НРП - настенный радиационный пароперегреватель; ППТО - паро-паровой теплообменник; ЦВД, ЦСД - цилиндр соответственно высокого и среднего давления турбины; К - конденсатор

Для регулирования температуры промежуточного перегрева пара обычно используют поверхностные теплообменники (паро-паровые, водопаровые, газопаровые) и газовые способы регулирования (рециркуляцию газов, раздельные газоходы). Впрыск в тракте промежуточного пара обычно является средством аварийной защиты промежуточного пароперегревателя и турбины от внезапного повышения температуры пара выше допустимых значений. Применение впрыскивающих охладителей в тракте вторичного пара приводит к изменению соотношения между паром высокого и низкого давления, что снижает экономичность цикла.

На рис. 2.2.3, б показана расчетная тепловая схема котла Еп 670-14,0-545/545, в которой для регулирования первичного пара используется впрыск питательной воды, а для регулирования вторичного перегрева применен паро-паровой (ППТО) теплообменник. Впрыск питательной воды в этом случае применен вследствие использования полного обессоливания питательной воды. Применению паро-парового теплообменника в этой схеме способствует наличие радиационного настенного пароперегревателя в тракте первичного пара.

На рис. 2.2.4 показаны расчетные тепловые схемы прямоточных котлов. В прямоточных котлах вода из экономайзера котла ВЭК поступает в нижнюю радиационную часть (НРЧ) топочных экранов. Для обеспечения надежности труб лент НРЧ тепловосприятие экономайзера выбирается из условия недогрева воды до температуры кипения (при докритическом давлении) или до зоны максимальной теплоемкости (ЗМТ) при сверхкритическом давлении на 170...250 КДж/кг. Нагрев воды до кипения или ЗМТ осуществляется в НРЧ, а в средней (СРЧ) и в верхней (ВРЧ) радиационной части происходит перегрев пара.

Рис. 2.2.4. Расчетные тепловые схемы прямоточных котлов: а - Пп 950-255-565/570 (тип ТПП-312); б - Пп 2650-255-545/545 (тип ТГМП-204); Т- топка

Иногда конец зоны испарения выносят в виде отдельного пакета в конвективный газоход (вынесенная переходная зона) для обеспечения большей надежности котла и увеличения межпромывочной кампании. В состав ВРЧ обычно включают потолок топочной камеры и боковые стены переходного газохода.

Затем пар поступает в полурадиационные и конвективные ступени пароперегревателя.

Особенностью прямоточных котлов является значительная роль радиационной части котла, к которой относятся НРЧ, СРЧ и ВРЧ. Это приводит к росту энтальпии рабочего тела на выходе их этих поверхностей при снижении нагрузки. Поэтому применение паро-паровых теплообменников для регулирования температуры промежуточного перегрева в прямоточных котлах используется довольно часто.

После принятия основных решений по компоновке котла, типу топочного устройства и тепловой схеме уточняют состав и последовательность расположения хвостовых поверхностей нагрева (экономайзера и воздухоподогревателя). Хвостовые поверхности при подаче воздуха до 320 °С могут иметь одну ступень воздухоподогревателя и выполняться с последовательным расположением: экономайзер - воздухоподогреватель по ходу газов.

При более высоком подогреве воздуха хвостовые поверхности нагрева располагаются в "полурассечку" или в "рассечку". Схема "в рассечку" характеризуется тем, что экономайзер и воздухоподогреватель разделяются на две ступени, которые располагаются в конвективном газоходе по ходу газов в следующем порядке: вторая (по ходу воды) ступень экономайзера - вторая (выходная) ступень воздухоподогревателя - первая (входная по воде) ступень экономайзера - первая ступень (входная) воздухоподогревателя.

Схема "в полурассечку" отличается отсутствием второй (выходной) ступени экономайзера, а хвостовые поверхности нагрева состоят из двух ступеней воздухоподогревателя, между которыми располагается экономайзер.