ИСПАРИТЕЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА

Испарительные поверхности – поверхности парового котла, в которых происходит испарение воды, а часто и догрев воды до температуры кипения. Это котельные пучки труб, омываемые горячими топочными газами, фестон на выходе газов из топки, представляющий собой полурадиационную поверхность, настенные топочные экраны с радиационным обогревом.

Фестон как испарительная поверхность нагрева может быть выполнен в виде небольшого трубного пучка, включенного в цикл естественной циркуляции котла. Особенностью каждого фестона является разрядка его труб (фестонирование) с целью создания свободного прохода для топочных газов и летучей золы и предохранения труб от сплошного зашлаковывания. В этом смысле роль фестона могут выполнять и змеевики пароперегревателя, которые подвергаются фестонированию на входе газов в перегреватель.

В парогенераторах с низкими параметрами пара (Р = 1,3-2,1 МПа, t = 250 °С) и малой мощностью оказываются необходимыми конвективные поверхности нагрева, в которых передается до 30 % тепла, требуемого для испарения воды. В парогенераторах с естественной циркуляцией при средних параметрах пара Р = 3,93 МПа, и t = 450 °С для обеспечения дополнительной парообразующей поверхности нагрева также применяют испарительные конвективные пучки. В парогенераторах с естественной циркуляцией, вырабатывающих пар высоких параметров Р > 9,81 МПа, t > 500 °С, количество тепла, используемого на парообразование, значи-тельно снижается и тепловосприятие экранов оказывается достаточным для испарения воды.

В парогенераторах с естественной циркуляцией низкого и среднего давления конвективные испарительные поверхности нагрева (котельный пучок) выполняются в виде нескольких рядов вертикально расположенных подъемных и опускных труб с внутренним диаметром 40 - 60 мм, вальцованных или приваренных через штуцер к верхнему и нижнему барабанам или коллектору. Преимущественно применяется поперечное омывание труб потоком продуктов сгорания. Конструктивные характеристики конвективных испарительных поверхностей нагрева и различие тепловосприятия подъемных и опускных рядов труб должны обеспечивать надежную естественную циркуляцию в системе при всех условиях эксплуатации. Обычно высота труб конвективного пучка более 1,5 м и отношение площади сечения подъемных труб к сечению опускных не менее 3.

На рис. 40 показаны испарительные поверхности нагрева. Основной испарительной поверхностью нагрева в современных парогенераторах являются экраны, расположенные в топочной камере.

Рис. 40. Испарительные поверхности нагрева:

а – котельного пучка труб; б – настенного топочного экрана;

в – фестона; 1 – верхний барабан котла; 2 – нижний барабан котла;

3 – опускной пучок труб; 4 – подъемный испарительный пучок;

5 – подвод питательной воды; 6 – вывод насыщенного пара из

барабана к пароперегревателю; 7 – путь горячих топочных газов;

8 – фестон; 9 – нижний коллектор заднего экрана; 10 – испарительные

подъемные трубы экрана; 11 – промежуточный коллектор экрана;

12 – верхний коллектор экрана; 13 – смесеотводящие трубы заднего

экрана и фестона; 14 – обогрев экрана факелом горящего топлива

На рис. 41 показана схема экранов барабанного парогенератора среднего давления с топкой для сжигания пылевидного топлива с сухим шлакоудалением. Экраны представляют собой ряд панелей с параллельно включенными вертикальными подъемными трубами, соединенными между собой коллекторами. Часть подъемных экранных труб введена непосредст-венно в барабан парогенератора. Отдельные секции экранов присоединены к барабану через коллектор и соединительные трубы.

Рис. 41. Схема экранов барабанного парогенератора среднего давления:

1 – фронтовой экран; 2 – опускные трубы; 3 – потолочные трубы;

4 – отводящие трубы; 5 – фестон; 6 – задний экран; 7 – боковые

экраны; 8 – разводка труб в месте расположения амбразур;

9 – каркас; 10 – холодная воронка; 11 – опорный крюк; 12 – полка;

13 – плавник; 14 – натяжной крюк

Вода из барабана подводится в нижние коллекторы экранов опускными трубами, вынесенными за пределы обмуровки топки. Каждая панель экранов имеет независимый контур циркуляции, что обеспечивает дифференцированное питание их водой в соответствии с тепловой нагрузкой каждой панели. В месте выхода продуктов сгорания из топки экран, расположенный на задней ее стенке, образует трехрядный фестон, наличие которого обеспечивает затвердевание расплавленных частиц золы, не охлажденных в топке, что исключает шлакование пароперегревателя, размещенного за топкой. Подъемные трубы экранов выполняются без горизонтальных участков, с минимальным количеством изгибов в местах расположения горелок, амбразур, лазов и пр.

Испарительные радиационные поверхности нагрева котла размещают в топочной камере (в радиационной шахте), а конвективные – в послетопочных газоходах агрегата, т.е. в конвективной шахте. Радиационные поверхности нагрева представляют собой настенные экраны (рис. 42). Экраны, как правило, гладкотрубные, подвешены к каркасу агрегата (рис. 42а) для котлов всех систем с уравновешенной тягой (под разрежением). В энергетическом котлостроении широко применяются мембранные экраны из плавниковых труб или с вставками (рис. 42б, в).

Рис. 42. Типы экранирования:

а – гладкотрубный экран; б – с приваренными вставками;

в – плавниковый; г – гладкотрубный футерованный;

д – мембранный футерованный; 1 – труба; 2 – слой огнеупорный;

3 – слой тепловой изоляции; 4 – обмуровка; 5 – вставка стальная

прямоугольная; 6 – плавниковая труба; 7 – шипы специальные;

8 – огнеупорная набивка (карборунд); 9 – хромитовая масса

Мембранные конструкции, выполняемые в виде вертикальных, подвешенных газоплотных панелей, имеют ряд преимуществ: повышенное тепловое восприятие; отсутствие присосов паразитного воздуха; возможность осуществления наддува у агрегатов, т.е. создания в газоходе давления вместо разрежения; меньший на 10 - 15 % удельный расход металла; легкая и дешевая обмуровка; высокая заводская блочность поставки.

При таких конструкциях экранов вследствие передачи части тепла плавниками тыльной стороны труб и превращения их в активные поверхности нагрева обеспечивается повышенное тепловосприятие экранов и уменьшение на 15 - 20 % их удельного веса на единицу тепловосприятия по сравнению с обычными гладкотрубными экранами.

Газоплотные панели улучшают условия работы обмуровки топки и уменьшают вероятность интенсивного шлакования экранов. Однако свар-ные панели не допускают большой разности температур ∆t > 50 - 100 °С между смежными свариваемыми панелями или трубами. Иногда экраны выполняются двухсветными с подвеской их панелей вертикально внутри топочной камеры для форсирования теплосъема в топке.

При необходимости сжигания твердого топлива при высокой темпе-ратуре ( > 1500 °С) тепловосприятие экранов искусственно снижают, для чего экраны выполняют футерованными (ошипованными), (рис. 42г, д) – к трубе приваривают стальные шипы диаметром 10-12 и высотой 15-20 мм, которые служат проводниками теплоты и каркасом для крепления карбидокремниевой огнеупорной набивной массы, в несколько раз уменьшающей тепловосприятие экрана, что необходимо для поддержания высокой температуры топки. Футерованные экраны устанавливают в зонах интенсивного горения топлива, в циклонных топках и в зажигательных поясах в районе горелок при сжигании слабореакционных топлив.

Конвективные испарительные элементы в мощных агрегатах высоких давлений практически отсутствуют из-за снижения теплоты парообразования. Для котлов средних, а особенно низких давлений, где теплота испарения значительна, конвективные испарительные поверхности изготавливаются в виде многотрубных пучков, которые при этом выполняют также функции экономайзеров, догревая воду от t_п.в до t'. С ростом рабочего давления размеры пучков кипятильных труб уменьша-ются и при давлениях 10 МПа превращаются в небольшой разреженный фестонный пучок на выходе газов из топки. Наружный диаметр кипятильных труб 83 мм для средних давлений, 76 или 60 мм для высоких давлений и для агрегатов с принудительной циркуляцией от 42 до 32 мм.