ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА

Пароперегреватели предназначаются для перегрева на­сыщенного пара, поступающего из испарительной системы котла, а в установках высокого давления они применяются также для дополнительного вторичного перегрева пара, частично отработавшего в цилиндре высокого давления турбины. Пароперегреватель является одним из основных теплоиспользующих элементов котла и работает в наибо­лее тяжелых условиях. С повышением параметров пара роль и значение пароперегревателя возрастают.

Металл поверхностей нагрева пароперегревателя имеет наибольшую по сравнению с другими теплоиспользующими поверхностями нагрева температуру, что обусловливается высокими температурами пара и большими удельными теп­ловыми нагрузками поверхностей нагрева.

По назначению пароперегреватели разделяют на пер­вичные, в которых перегревается пар начального давления, и промежуточные, используемые для перегрева частично отработавшего пара.

В зависимости от определяющего способа передачи теп­лоты от газов к поверхностям нагрева пароперегреватели разделяют на конвективные, радиационные и полурадиационные.

У промежуточных конвективных пароперегревателей в газоходе змеевики пароперегревателя располагают вертикально или горизонтально. Змеевики выполняют одинарными (однорядные), сдвоенными (двухрядные) и строенными (трехрядные). Для большей компактности пароперегревателя и обеспечения необходимой скорости пара в мощных котлах применяют двух- и трех­рядные змеевики.

Для вы­равнивания температуры пара по отдельным змеевикам при температуре его более 450 °С пароперегреватель раз­деляют на последовательно включенные по пару части с перемешиванием пара между ними. Перемешивание пара обеспечивается в смесительных коллекторах, к которым присоединены змеевики отдельных частей пароперегрева­теля.

Для надежной работы конвективного пароперегревателя, помимо обеспечения достаточной скорости потока пара и его рав­номерной температуры по параллельно включенным зме­евикам, необходимо осуществить наиболее рациональную схему включения пароперегревателя по ходу потока про­дуктов сгорания. В зависимости от направления движения потоков пара и продуктов сгорания различают пароперегреватели прямоточные, противоточные и со смешанным направлением потоков.

В противоточном пароперегревателе достигается наи­больший температурный напор между продуктами сгора­ния и паром, что уменьшает необходимую поверхность на­грева пароперегревателя и соответственно снижает расход на него металла. Недостатками противоточной схемы явля­ются размещение последних по ходу пара частей змеевиков в области наиболее высоких температур продуктов сгора­ния и тяжелые температурные условия работы металла труб. При прямоточном пароперегревателе температурный напор меньше, чем при противоточном, однако условия ра­боты металла труб лучше, так как части змеевиков с наи­большей температурой пара обогреваются продуктами сго­рания, охлажденными на входных участках змеевиков-

Оптимальной является смешанная схема включения па­роперегревателя, при которой большая и первая по ходу пара часть перегревателя выполняется противоточной, а за­вершение перегрева пара происходит во второй его части при параллельном токе. При этом в части змеевиков, рас­положенных в области наибольшей тепловой нагрузки паро­перегревателя, в начале газохода, будет умеренная темпе­ратура пара, а завершение перегрева пара происходит при меньшей тепловой нагрузке. Соотношение противоточной и прямоточной частей пароперегревателя выбирается из условия одинаковых температур металла в начале и конце змеевика прямоточной части пароперегревателя.

При высоких параметрах пара возникает необходимость размещения в топке радиационного или ширмового паропе­регревателя. Радиационный пароперегреватель барабан­ных котлов обычно устанавливают на потолке топки, а если этой поверхности недостаточно — и на вертикальных ее стенках по всей их высоте. Обычно размещают паропере­греватель на стенках, на которых установлены горелки чаще на фронтовой стенке.

Радиационные пароперегреватели работают с больши­ми тепловыми нагрузками, поэтому температура металла их труб выше, чем у конвективных пароперегревателей и превышает температуру пара на 100—150 °С. В связи с этим радиационные пароперегреватели обычно применя­ют для частичного перегрева пара, завершение которого осуществляется в конвективном пароперегревателе. На­дежное охлаждение труб достигается применением высокой скорости пара (до 30 м/с).

Преимуществами радиационных пароперегревателей являются меньшая, чем у конвективных пароперегревате­лей, удельная площадь поверхности нагрева и отсутствие сопротивлений по газовой стороне.

Ширмовый пароперегреватель представляет собой сис­тему трубок, образующих плоские плотные пакеты с вход­ными и выходными коллекторами. Ширмы размещают вертикально или горизонтально в верхней части топки с расстоянием между коллекторами 700—1000 мм. Горизонтальные ширмы применяются преимущественно в прямоточных котлах.

6.1 Компоновка пароперегревателей

Имеется большое разнообразие конструкций пароперегревателя. На рис. 6.1 показаны наиболее часто применяемые схемы и компоновки пароперегревателей.

Пароперегреватель котла среднего давления с парамет­рами пара Р = 3,90 МПа, t = 450 °С обычно конвективный с вертикальными змеевиками; он размещается за фестонов или за конвективным испарительным пучком (рис. 6.1 а).Для защиты металла выходных змеевиков от чрезмерно высокой температуры пароперегреватель выполняют по сме­шанной противоточно-прямоточной схеме.

В котлах высокого давления с параметрами пара Р= 0,98 и 13,8 МПа и t = 540 °С пароперегреватель состоит из двух частей: конвективной и ширмовый (рис. 6.1 б). Ширмовый пароперегреватель с вертикальными панелями размещен в верхней части топки перед фестоном.

Конвективный пароперегреватель с вертикальными зме­евиками размещают в горизонтальном газоходе за фесто­ном. Обе части пароперегревателя включают по пару последовательно. При этом первым по ходу пара включают ширмовый пароперегреватель, работающий в более тяже­лых условиях.

В котлах высокого давления с промежуточным перегре­вом пара (13,7 МПа, 565/570 °С) имеются два самостоя­тельных пароперегревателя — первичный и промежуточный (рис. 6.1 г). Конструкция и компоновка первичного паро­перегревателя такие же, как и для котлов с параметрами пара Р = 9,8 и 13,8 МПа и t = 540° С, описанных выше.

6.2 Регулирование температуры пара

В процессе эксплуатации котла температура перегрето­го пара может меняться вследствие изменения удельного тепловосприятия пароперегревателя. Наибольшее влияние на температуру перегретого пара оказывает нагрузка кот­ла. Температура перегрева пара зависит также от темпера­туры питательной воды, избытка воздуха в топке, шлакования и загрязнения экранов и пароперегревателя, от характеристик топлива. В радиационном пароперегревате­ле с повышением нагрузки температура перегрева пара снижается, так как удельное тепловосприятие пароперегре­вателя возрастает в топке медленнее, чем увеличивается нагрузка. В конвективном пароперегревателе количество проходящих через него продуктов сгорания увеличивается почти пропорционально увеличению нагрузки, одновремен­но повышается и температура на выходе из топки. Соот­ветственно увеличиваются коэффициент теплоотдачи в па­роперегревателе и температурный напор. В результате удельное тепловосприятие пароперегревателя растет быст­рее, чем нагрузка котла, и температура перегрева пара взрастает.

В барабанных котлах при снижении температуры пита­тельной воды расход топлива и продуктов сгорания увели­чивается, что повышает скорость газов в пароперегревате­лях и увеличивает коэффициент теплоотдачи. Следова­тельно, при неизменном расходе пара повышается темпера­тура его перегрева. В прямоточных котлах снижение тем­пературы питательной воды приводит к уменьшению поверхности нагрева перегревательной зоны и температура перегрева пара снижается.

Рост избытка воздуха в топке уменьшает долю тепло­ты, передаваемой радиацией в топки, и увеличивает объем и скорость продуктов сгорания, проходящих через паропе­регреватель. В результате повышается температура пере­грева пара. Повышение влажности твердого топлива при неизменной паропроизводительности котла увеличивает объем продуктов сгорания, проходящих через пароперегре­ватель, и его удельное тепловосприятие, за счет чего также повышается температура перегрева пара. Шлакование экранов в топке вызывает повышение температуры продук­тов сгорания перед пароперегревателем и температуры пе­регрева пара. Загрязнение пароперегревателя вызывает ее снижение.

В прямоточных котлах поверхность нагрева пароперегревательной зоны меняется и зависит от эксплуатацион­ных факторов. Поддержанием соотношения расхода воды и топлива можно обеспечить неизменную температуру пе­регрева пара. Вместе с тем небольшое изменение расхода топлива вызывает существенное изменение температуры пара вследствие малой аккумулирующей способности котла.

При паро­вом регулировании температура пара поддерживается по­стоянной путем изменения степени его охлаждения или изменения энтальпии пара, поступающего в пароперегре­ватель или в отдельные его ступени. При газовом регули­ровании осуществляется воздействие на тепловосприятие пароперегревателя за счет изменения передачи теплоты от газов к его поверхности нагрева.

а - 3,9 МПа, 440 °С; б - 9,8 МПа, 540 °С; в - 13,8 МПа, 560 "С; г - 25 МПа, 560 °С: 1 - конвективный первичный пароперегреватель; 2 - ширмовый первичный пароперегреватель; 3 - потолочный пароперегреватель; 4 - конвективный промежуточный пароперегреватель; 5 - ширмовый промежуточный пароперегреватель; 6 - экраны

Рисунок 6.1 - Схемы пароперегревателей котлов с различными параметрами пара

а - противоточное; б - прямоточное; в и г – смешанное

Рисунок 6.2 - Схемы движения пара и продуктов сгорания в конвективных пароперегревателях

1 - змеевики; 2 - подвесные планки; 3 - верхние изгибы труб; 4 - потолочные трубы; 5 - дистанциирующие гребенки; 6 - опорные планки.

Рисунок 6.3 - Крепление вертикального конвективного пароперегревателя

1 - первая ступень пароперегревателя; 2 - барабан; 3 и 6 - подвесные трубы; 4 и 8 - промежуточные коллекторы; 5 - выходная камера; 7 - вторая ступень пароперегревателя; 9 - коллектор подвесных труб.

Рисунок 6.4 - Конвективный пароперегреватель с горизонтальными змеевиками

а - клинообразная форма низа ширмы; б – горизонтальная форма низа ширмы;

1 – труба ширмы; 2 - камеры (коллекторы); 3 - обвязочные трубы; 4 - хомут

Рисунок 6.5 - Вертикальный ширмовый пароперегреватель

Рисунок 6.6 - Зависимость температуры перегрева пара от нагрузки котла

(без регуляторов температуры перегрева пара)

Рисунок 6.7 - Изменение температуры пара по тракту пароперегревателя в

зависимости от размещения пароохладителя

1 - входной коллектор охлаждающей воды; 2 - выходной коллектор воды; 3 - входная камера; 4 - трубы, охлаждаемые водой; 5 - корпус пароохладителя

Рисунок 6.8- Поверхностный пароохладитель

а - параллельная; б - последовательная;

1 - барабан; 2 - пароохладитель; 3 – отвод охлаждающей воды; 4 - экономайзер

Рисунок 6.9 - Схемы вклю­чения поверхностного пароохладителя