Тепловая схема котла. Построение тепловых схем. Каркас и обмуровка котла. Типы обмуровки котлов.

12.1Тепловая схема котла

Тепловая схема котла – это совокупность технических решений по последовательности расположения в газовом тракте поверхностей нагрева, организации движения в них продуктов сгорания, рабочего тела, воздуха и выбору способа регулирования температуры перегрева пара. Тепловая схема котла отображает распределение тепловосприятия рабочей среды между поверхностями нагрева котла и устанавливает последовательность их размещения вдоль газового тракта.

Построение: по оси ординат откладываются значения температур газов и рабочей среды на концах каждой поверхности нагрева (см. рисунок 12.1).
По оси обцисс откладываются значения количества тепла, полученного каждой поверхностью нагрева в диапазоне своих температур (кВт или %).

В результате тепловая схема дает представление об условиях работы каждой поверхности, позволяет определить температурные напоры и оценить в дальнейшем надежность работы металла поверхностей нагрева.

Рисунок 12.1 – Тепловая схема барабанного парового котла

12.2Каркас котла

Каркас котла - пространственная рамная металлоконструкция, предназначенная для крепления (опоры или подвески) поверхностей нагрева и трубопроводов, ограждений, изоляции, площадок обслуживания и других элементов котла и вспомогательного оборудования.

Различают каркасы котла с самостоятельным фундаментом, не связанным со строительной конструкцией здания и совмещенный с несущими конструкциями здания.

Каркас современного котлоагрегата большой паропроизводительности имеет сложную конструкцию и состоит из вертикальных колонн, соединяющих их горизонтальных ферм, балок и диагональных связей
(см. рисунок 12.2). Верх колонн соединяют опорная (хребтовая) балка и потолочное перекрытие. Почти все элементы каркаса: колонны, фермы, балки и связи – соединяют сваркой, что обеспечивает устойчивость и прочность каркаса. При опирании каркаса на фундамент нижняя часть колонн имеет опорные башмаки, передающие нагрузку от котлоагрегата на фундамент.

Колонны и балки каркаса не обогреваются дымовыми газами. Разность температур несущих элементов каркаса при закрытых компоновках котлоагрегатов достигает 60 °С. В ряде конструкций полые балки для опирания водяного экономайзера проходят через конвективную шахту и обогреваются дымовыми газами. Эти балки охлаждаются продуваемым внутри воздухом, а их наружная поверхность покрывается тепловой изоляцией.

Рисунок 12.2 - Схема каркаса правого корпуса пылеугольного

котлоагрегата сверхкритического давления типа

К каркасу относятся также обшивочные щиты и рамы, на которые опираются обмуровка и отдельные поверхности нагрева.

Основные колонны и балки изготовляются сварными из листовой стали, а более мелкие элементы каркаса - из швеллера и других профилей проката.

В котлах с естественной циркуляцией большая часть нагрузки от барабана и экранов, висящих на верхних коллекторах, передается главным образом на верхнюю часть каркаса.

В прямоточных котлах значительная часть нагрузки от трубных панелей НРЧ, СРЧ и ВРЧ передается на среднюю и нижнюю части каркаса, что позволяет уменьшить сечение верхней части основных колонн.

Нагрузка каркаса от элементов котла вызывает сжатие и изгиб колонн и основных балок. Кроме того, в элементах каркаса возникают напряжения в результате неравномерных тепловых расширений этих элементов.

Эти напряжения могут стать опасными только при повреждении обмуровки и перегреве несущих элементов каркаса. Каркас может подвергаться действию горизонтальных нагрузок, стремящихся его опрокинуть.

Горизонтальные нагрузки возникают от действия ветра при открытой и полуоткрытой установке котлоагрегата и во время землетрясения. Возможность опрокидывания предотвращается установкой диагональных связей между колоннами. Прогиб колонн предотвращают установкой горизонтальных промежуточных балок и ферм.

Площадки обслуживания, выполненные в виде горизонтальных рам и ферм, приваренных к каркасу, увеличивают прочность и жесткость каркаса. Размеры площадок и лестниц, угол наклона последних и другие особенности их конструкции устанавливаются правилами Госгортехнадзора.

К основному каркасу прикрепляют обшивочные рамы, а к ним – обмуровку и трубы радиационных поверхностей нагрева.

Металлоемкость каркаса составляет 20-40 % полной металлоемкости котла, зависит от мощности агрегата, вида сжигаемого топлива, конструкции и компоновки котла.

Обмуровка котла

Обмуровкой называются ограждения, отделяющие топочную камеру и газоходы от окружающей среды. Обмуровка служит для направления движения потока дымовых газов в пределах котельного агрегата.

Назначение обмуровки: обеспечение минимальных потерь теплоты в окружающую среду, препятствие присосов воздуха в газоходы котла.

Важными характеристиками обмуровки являются ее теплопроводность и жаростойкость (по условиям эксплуатации температура наружной поверхности не должна превышать 50°С, лишь в некоторых местах допускается повышенная температура до 70°С).

Различают три основных типа конструкции обмуровки паровых котлов: тяжелая; облегченная; натрубная.

По способам крепления их делят на свободностоящие (на фундаментах), каркасные (опирающиеся на каркас) и натрубные (висящие на трубах).

Котельный агрегат имеет обмуровку вертикальных стен, потолочных покрытий, подвесных сводов, золовых воронок и пода. Обмуровка вертикальных стен бывает свободностоящей, массивной, облегченной накаркасной, щитовой и натрубной.

Тяжелую обмуровку (см. рисунок 12.3) применяют в неэкранированных или слабо экранированных котлах малой мощности. В районе топки применяют огнеупорный шамотный кирпич (внутренняя поверхность толщиной в 1 кирпич) и красный кирпич (наружная часть в 2-3 кирпича).

Обмуровку тяжелого типа выполняют обычно независимо от каркаса трубной системы котла.

В современных конструкциях котлов топочная камера сильно экранирована, поэтому температура стенки обмуровки, обращенной в топку, составляет 500-600°С, что позволяет упростить обмуровку (облегченная).

Свободностоящую обмуровку (см. рисунок 12.3, а) выполняют толщиной не менее чем в два кирпича на специальной раме. Каждый вид кирпича обмуровки располагают в самостоятельном ряду, но для ее предохранения от расслоения и выпучивания футеровки внутри газохода огнеупорную кладку через каждые 5 - 8 рядов перевязывают с кладкой из красного кирпича 1 путем выпуска всего ряда огнеупорной кладки на полкирпича в кладку из красного кирпича. Кирпичную массивную обмуровку (см. рисунок 12.3, б) выполняют обычно в котельных агрегатах небольшой паропроизводительности.

Облегченную накаркасную обмуровку (см.рисунок 12.3, в) осуществляют в котельных агрегатах D ³ 50-75 т/ч. Облегченная обмуровка состоит из слоя нормального шамотного кирпича 2, укладываемого в полкирпича или в один кирпич, а также фасонного кирпича 6, образующего футеровку, слоя легковесной теплоизолирующей шамотной массы 10 или плит 9. Для придания обмуровке необходимой устойчивости ее связывают с каркасом котла разгрузочными притягивающими поясами 8.

Щитовую обмуровку (см. рисунок 12,3, г) выполняют в виде отдельных прямоугольных щитов из различных видов бетона, которые укрепляют на каркасе котла. Щит делают многослойным, слой, обращенный в газоход, выполняют из огнеупорного бетона, армированного стальной сеткой.

Натрубная обмуровка (см. рисунок 12.3, д) крепится непосредственно к трубам и состоит из слоя хромитовой или шамотной массы 10. Следующий сдой делают из легкого термоизоляционного материала, затем укладывают теплоизоляционные плиты 11 и производят газонепроницаемую обмазку.

Большей частью в паровых котлах применяют сочетание различных типов обмуровок.

а) б) в) г) д)

1, 2-красный и шамотный кирпичи; 3-перевязочный ярус; 4, 6-шамотные и фасонные шамотные кирпичи; 5-температурный шов; 7-кронштейн; 8-металлическая обшивка;
9-разгрузочный пояс; 10-теплоизоляционный слой; 11-хромитовая или шамотная масса.

а) свободно стоящая; б) массивная; в) облегченная накаркасная; г) щитовая; д) натрубная.

Рисунок 12.3 – Типы обмуровки котельного агрегата

Лекция