Конвективные пароперегреватели

Конвективный пароперегреватель выполняется обычно из труб с внутрен­ним диаметром 22 – 36 мм, образую­щих змеевики, ввальцованные или приваренные к круглым коллекторам. Для промежуточных пароперегрева­телей диаметр труб d < 54 мм. В га­зоходе змеевики паро-перегревателя располагаются вертикально или гори­зонтально. Змеевики выполняются оди­нарными (однорядные), сдвоенными (двухрядные) и строенными (трехряд­ные). Для большей компактности па­роперегревателя и обеспечения необ­ходимой скорости пара в мощных агре­гатах применяют двух- и трехрядные змеевики. Скорость пара в трубах пароперегревателя выбирается по ус­ловиям температурного режима труб. В первичных пароперегревателях мас­совая скорость пара должна быть W_ρ = 500-1200 кг/(м²∙с). Большие значения массовой скорости принимаются для последних по ходу пара ступеней паро­перегревателя.

При указанных скоростях пара значение ко­эффициента теплоотдачи от стенки к пару составляет α₂ > 2000 Вт/(м²·К), что обеспечивает достаточно хорошее охлаждение металла труб и его тем­пературу в пределах °С. 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. Кроме того, осуществляют переброс пара из зме­евиков, расположенных в одной части газохода, в змеевики другой части. Подводить пар к раздающему коллек­тору рекомендуется рядом труб по всей его длине (рис. 45).

Рис. 45. Схема пароперегревателя с перебросом

Для надежной работы паропере­гревателя, помимо обеспечения доста­точной скорости потока и равномерной температуры подогрева пара по па­раллельно включенным змеевикам, не­обходимо осуществить наиболее ра­циональную схему включения паро­перегревателя по ходу по-тока продук­тов сгорания. В зависимости от направления движения потоков пара и продуктов сгорания различают паро­перегреватели прямоточные, противоточные и со смешанным направлением потоков (рис. 46).

а) б) в) г)

Рис. 46. Схемы движения пара и продуктов сгорания в конвективных

пароперегревателях:

а – противоточное; б – прямоточное; в, г – смешанное

В противоточном пароперегрева­теле достигается наибольший возмож­ный 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 пароперегре-вателя, при которой большая и первая по ходу пара часть перегревателя выполняется противоточной, а завершение перегре­ва пара происходит во второй его части при прямотоке. 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 выпол­нении пароперегревателя из обычной углеродистой стали температура пара в конце противоточной части паро­перегревателя должна быть не выше 400 – 425 °С.

Первичный конвективный паропе­регреватель обычно устанавливается в виде вертикальных змеевиков в горизонтальном газоходе между топкой и конвективной шахтой при тем­пературе продуктов сгорания перед ним 900 - 1000 °С. Пароперегреватель для промежуточного перегрева пара представляет собой горизонтальные змеевики, расположенные в опускной конвективной шахте, причем началь­ная температура продуктов сгорания перед ним должна быть не выше 850 °С.

На рис. 43 показана схема пароперегревателя барабанного парогене­ратора высокого давления с конвективным пароперегревателем 4, выпол-ненным в виде верти­кальных змеевиков. Каждый змее­вик располагается в плоскости, пер­пендикулярной фронту парогенера­тора. Расположение змеевиков в плос­кости, совпадающей с направлением движения продуктов сгорания, обес­печивает одинаковый обогрев всех змеевиков при значительном сниже­нии температуры газов по глубине газохода. Наряду с этим устраняется влияние на тепловосприятие змееви­ков неравномерных температур по высоте газохода, которое в нижней и верхней части змеевиков может раз­личаться на 20 % и более. Однако рас­положение змеевиков в плоскости, перпендикулярной фронту парогенератора, при неодинаковой температуре продуктов сгорания по ширине газохода приводит к неравномерному тепловосприятию змеевиков по ширине газохода. В результате тепловая нагрузка отдельных змеевиков может превышать среднюю на 10 – 20 %. В этих условиях для обеспечения нормальной работы труб пароперегревателя его разделяют на части с перемешиванием пара в коллекторах до поступления его в последующую часть. Змеевики вертикального пароперегревателя обычно располагаются в коридорном порядке с целью обеспечения возмож­ности легкой их очистки от наружных загрязнений и уменьшения опасности зашлаковывания. Змеевик паропере­гревателя выполнен из двух парал­лельно включенных по пару труб, что позволяет разместить в габаритах га­зохода большую поверхность нагрева. Скорость продуктов сгорания в газоходе остается такой же, как и при оди­нарном змеевике, а скорость пара уменьшается в 2 раза.

На рис. 47 показано крепление вертикального пароперегревателя. Вертикальные змеевики подвешены к каркасу парогенератора за концы верхних петель, вынесенных из зоны обогрева. Подвеска змеевиков осуществлена с помощью хомутов, охва­тывающих трубки и подвешенных к крючку, укрепленному на балке кар­каса. Для обеспечения определенного расстояния между змеевиками на ниж­ние петли змеевиков укладывают дистанционирующие гребенки из жаро­упорного чугуна и скрепляют их при помощи хомутов из жаропрочной ста­ли.

Рис. 47. Крепление вертикального конвективного пароперегревателя:

1 – змеевик; 2 – подвесные планки; 3 – верхние изгибы труб;

4 – потолочные трубы; 5 – дистанционирующие гребенки;

6 – опорные планки