Пароперегреватели

Первичный пароперегреватель современного котлоагрегата имеет радиационную, полурадиационную (ширмы) и конвективную части (рис. 26).

Радиационная часть пароперегревателя, расположенная на стенах и потолке топоч­ной камеры, воспринимает лучистую теплоту и по конструкции мало чем отличается от экранов – состоит из труб, приваренных к коллекторам круглого сечения. В каждой пане­ли радиационной части пароперегревателя пар движется по трубам сначала сверху вниз, а затем через нижний коллектор поступает в другие трубы, по которым направляется вверх. В нескольких местах по высоте труб устанавливают направляющие опоры, прикрепляе­мые к балкам каркаса; эти крепления не препятствуют вертикальному перемещению труб при изменении их температуры. Крепление горизонтальных потолочных труб также не должно препятствовать их тепловому удлинению. Эти трубы подвешиваются на тягах к потолочному перекрытию каркаса.

Полурадиационная часть пароперегревателя (ширмы), расположенная в верхней части топки и в горизонтальном газоходе, воспринимает как лучистую теплоту за счет ра­диации, так и теплоту, передаваемую конвекцией.

На пылеугольных котлоагрегатах устанавливают вертикальные ширмы (рис. 27, а) менее подверженные шлакованию, а на газомазутных – горизонтальные (рис. 27, б). Креп­ление труб вертикальных ширм не должно допускать искривления отдельных труб и вы­хода их из плоскости ширмы. Это обеспечивается различными скобами и планками, а также установкой обвязочных труб (рис. 27, а), удерживающих остальные трубы. В гори­зонтальных ширмах крепежные устройства должны препятствовать прогибу труб под дей­ствием собственной массы и выходу отдельных труб из плоскости ширмы. Крепежные трубы включаются в циркуляционный контур (рис. 27, б) или в качестве крепежных ис­пользуются нижние трубы самих ширм. Крепление потолочных труб представлено на рис. 27, в.

Конвективная часть пароперегревателя расположена в горизонтальном газоходе и в конвективной шахте. В котлоагрегатах среднего давления, в которых на перегрев пара расходуется только 20 % всей теплоты, весь пароперегреватель размещается в го­ризонтальном газоходе.

В котлоагрегатах высокого и сверхкритического давления часть пароперегревателя расположена в конвективной шахте. Эта часть пароперегревателя представляет собой трубные пакеты из горизонтальных или вертикальных змеевиков, расположенных друг от друга на расстоянии около 100 мм, между которыми проходят дымовые газы.

Горизонтальные змеевики опираются на вертикальные стойки, передающие нагрузку на охлаждаемые воздухом балки (рис. 28) или на планки, приваренные к вертикальным подвесным трубам, охлаждаемые водой (см. рис. 27, б). Опорные стойки и планки выпол­няют из жароупорной стали.

Вертикальные змеевики висят на коллекторах круглого сечения, к которым они при­варены, или на подвесках, прикрепляемых к верхним гибам змеевиков. Скобы и планки, соединяющие трубы друг с другом, не дают змеевикам искривляться и выходить из плос­кости (см. рис. 27, а).

Промежуточный пароперегреватель, служащий для перегрева пара, возвращаемого из турбины, имеет относительно небольшую поверхность нагрева. Трубы промежуточного пароперегревателя охлаждаются паром при давлении 3 МПа (30 кгс/см²) менее интенсив­но по сравнению с первичным пароперегревателем, омываемым паром большей плотно­сти. Во избежание недопустимого перегрева труб пакеты промежуточного пароперегрева­теля устанавливают в конвективной шахте, т. е. в зоне более низких температур дымовых газов.

В схеме движения пара в пароперегревателе котлоагрегата с естественной циркуля­цией, показанной на рис. 26, видно, что насыщенный пар из барабана направляется по­следовательно в радиационную часть пароперегревателя, в трубные панели на потолке, в ширмы и, наконец, в конвективную часть пароперегревателя, состоящую из вертикаль­ных и горизонтальных пакетов.

Промежуточный пароперегреватель располагается обычно по ходу газов за конвек­тивными пакетами первичного пароперегревателя.

В связи с тем что ширина современных мощных котлоагрегатов достигает 25 м и более, трудно обеспечить равномерный обогрев труб пароперегревателя, расположенных в разных местах газохода. Во избежание недопустимого перегрева отдельных труб широ­ко применяют промежуточное перемешивание пара между отдельными трубными пане­лями и пакетами при помощи необогреваемых перепускных труб.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Регуляторы температуры пара. Колебания нагрузки котла вызывают изменение температуры пара, выходящего из пароперегревателя. Это нарушает нормальную работу паровой турбины. Поэтому пароперегреватели снабжают регуляторами перегрева пара, чтобы поддерживать постоянную температуру выходящего пара. Регуляторы перегрева пара могут быть поверхностными или впрыскивающими.

Поверхностный регулятор обычно размещается во входном коллекторе 3 пароперегревателя (см. рис. 1), где по всей длине размещаются змеевики 5 из стальных труб d=28X3 мм. К штуцерам 4 и 7 коллектора приварены змеевики пароперегревателя. По штуцерам 4 пар входит в коллектор, охлаждается, омывая змеевики 5 регулятора, и выходит из коллектора по штуцерам 7. Через коллекторы 3 в змеевики 5 поступает охлаждающая пар вода (обычно питательная), которая далее поступает в коллекторы 10 и используется для питания котла.

Рис. 1 Схема включения паропаравого теплообменника котла ТП-92:

Ширмы первичного пароперегревателя, 3-регулирующий клапан, 4 — паропроводы подачи и отвода первичного пара, 5 — паропаровой теплообменник, 6- паропровод к теплообменнику, 7 — паропровод к вторичному пароперегревателю, 8—устройство для впрыска воды, регулирующей температуру вторичного пара, 9 — выходной паропровод из вторичного пароперегревателя, 10 — вторичный пароперегреватель

Впрыскивающий регулятор перегрева также представляет собой коллектор пароперегревателя, в котором размещено устройство для распыления и впрыска воды. Попадая в среду пара, распыленная вода испаряется за счет отнятия ею теплоты. Пар при этом охлаждается. При впрыскивающих регуляторах перегрева пара изменение его температуры происходит через несколько секунд; в поверхностных регуляторах температура пара так быстро не меняется, для этого требуется 1—2 мин.

Для пароперегревателя, в котором осуществляется промежуточный перегрев частично отработавшего в турбине пара, температура регулируется паровым теплообменником. При этом температура пара промежуточного перегрева повышается за счет подогрева его первичным паром, температура которого снижается, что необходимо при пониженной нагрузке котла.

Схема включения паропарового теплообменника показана на рис. Первичный пар, получив некоторый перегрев в ширмах 1 пароперегревателя, поступает в змеевики теплообменника 5, пройдя которые и отдав некоторое количество теплоты вторичному пару, направляется в ширмы 2 и далеена выход из котла. В полость теплообменника по паропроводу 6 поступает для подогрева пар, частично отработавший в турбине. После повышения своей температуры в теплообменнике вторичный пар поступает в змеевики вторичного (конвективного) пароперегревателя 10, а затем направляется обратно в турбину для дальнейшего использования.

2.5.1. Регулирование температуры первичного пара

По ГОСТ 3619–79 установлены небольшие отклонения температуры перегретого па­ра от номинального значения (±10 °С). Опыт эксплуатации современных энергетических котлов показывает, что даже комбинированные радиационно-конвективные пароперегре­ватели в эксплуатационных условиях не обеспечивают постоянной температуры перегрева пара в пределах допустимых отклонений, в связи с чем каждый паровой котельный агре­гат оборудуется устройствами для регулирования температуры перегретого пара.

Первичные пароперегреватели современных котлоагрегатов рассчитывают так, что­бы температура пара при полной нагрузке была на 15–20 °С выше номинальной. Для сни­жения температуры применяют впрыскивающие пароохладители, устанавливаемые в про­межуточных коллекторах пароперегревателя. Все впрыскивающие пароохладители (рис. 29) имеют рубашку, внутри которой разбрызгивается впрыскиваемая питательная вода или конденсат пара. Рубашка предохраняет от попадания капель воды на сильно нагретый корпус и от образования трещин. Впрыск воды в пар осуществляется через большое коли­чество отверстий малого диаметра в узком сечении сопла. В результате разности темпе­ратур трубы, подводящей воду, и защитного патрубка предусмотрена возможность сво­бодного перемещения конца трубы (рис. 29, б) или установка компенсатора (рис. 29, в).

Во избежание забивания отверстий для впрыска сварочным гратом устанавливают ловушку (рис. 29, г).

В котлоагрегатах сверхкритического давления впрыскивающие пароохладители ус­танавливают в нескольких коллекторах пароперегревателя для возможности регулирова­ния не только конечной температуры первичного пара, но и его температуры в разных частях пароперегревателя.

2.5.2. Регулирование температуры промежуточного пара

В современных отечественных прямоточных котлоагрегатах получили распростра­нение теплообменники, в которых дополнительный нагрев пара промежуточного перегре­ва осуществляется первичным паром. Теплообменники выполняют выносными и устанав­ливают их на потолочном перекрытии или рядом с котлоагрегатом (ЗиО), а также встро­енными газопаровыми, устанавливаемыми внутри газохода (ТКЗ). В выносных теплооб­менниках пар промежуточного перегрева движется по U-образным трубам большого диаметра. Внутри этих труб установлены трубы малого диаметра для первичного пара.

Встроенные газопаровые теплообменники выполняют в виде горизонтальных труб­ных пакетов, размещенных в газоходе котлоагрегата, в которых внутри каждой трубы промежуточного перегрева находится труба первичного пара. В этих теплообменниках температура промежуточного пара повышается как от теплоты, передаваемой первичным паром, так и дымовыми газами.

Рециркуляция дымовых газов является одним из эффективных способов регулирова­ния температуры промежуточного пара преимущественно в газомазутных котлоагрегатах (рис. 30), не подверженных эоловому износу при повышенной скорости дымовых газов. Как видно из рисунка, охлажденные дымовые газы подают в нижнюю часть топки. При­меняют и рециркуляцию дымовых газов в верхнюю часть топки для понижения темпера­туры газов перед ширмами.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Водяные экономайзерыпредназначены для подогрева и частичного испарения питательной воды котлов, чтобы облегчить парообразование в трубах экранов. Конструктивно водяные экономайзеры схожи с пароперегревателями, но змеевики у них расположены горизонтально (см. рис. 2). Температурные условия работы экономайзеров намного легче, чем пароперегревателей, но при многозольных топливах в экономайзерах наблюдается золовой износ участков змеевиков. В некоторых случаях для предупреждения золового износа у змеевиков устанавливают защитные листы, перегородки и т. п.

Змеевики водяных экономайзеров изготовляют из труб d=38, 32 и 28 мм. В настоящее время начинают изготовлять змеевики из труб d=25 мм. Витки змеевиков связаны стойками, опирающимися на специальные пустотелые балки, обычно охлаждаемые воздухом изнутри. В экономайзерах современных котлов коллекторы расположены внутри газохода, что предотвращает присос воздуха в местах прохода труб змеевиков через обмуровку. Крепление змеевиков осуществляется вертикальными опорными стойками или подвесками, нагрузка через которые передается горизонтальным опорным балкам 6, охлаждаемым воздухом, или сборным коллекторам, находящимся в газоходе.

Рис. 2. Водяные экономайзеры крупных пылеугольных котлов:

а — производительностью 500 т/ч, б, в — производительностью 950 т/ч, г— узел крепления труб экономайзера к опорным трубам; 1 — коллекторы, 2 — опорная стойка змеевика, 3 —обмуровка, 4 — люк, 5 — змеевик, 6 — опорная балка, 7 — гребенка из жаропрочной стали, 8 — опорные трубы, 9 — опорные кронштейны.

Иногда трубы змеевиков верхних пакетов, находящихся в зоне наиболее высокой температуры, опираются на кронштейны 9, приваренные к вертикальным опорным трубам 8, охлаждаемым водой. Водяной экономайзер часто устанавливают между отдельными частями (ступенями) воздухоподогревателя.