Пароперегреватели котлов

Теплообменные устройства, служащие для нагрева пара, выходящего из котлоагрегата, до температуры, превышающей температуру насыщения при давлении в котле (t_пп=440¸560 ^оС), называют пароперегревателем.

По тепловосприятию и конструкции различают пароперегреватели:

- конвективные (размещаемые в конвективных газоходах котла и получающие теплоту, главным образом, конвекцией);

- радиационные (размещаемые на стенах, потолке топочной камеры, в горизонтальном газоходе и получающие теплоту радиацией от газов);

- полурадиационные (размещаемые в верхней части топки на входе в горизонтальный газоход).

По назначению пароперегреватели делятся на: основные (в которых перегревается пар высокого и сверхкритического давления); промежуточные (для вторичного перегрева пара, частично отработавшего в турбине).

Конвективные пароперегреватели выполняются из стальных труб
d_н =32¸42 мм (d_ст=5¸7 мм). В промежуточных пароперегревателях используют d_н = 42¸50 мм (d_ст=4¸5 мм). Для пароперегревателей применяются гладкие трубы, из которых образуются змеевики с радиусами гибов труб не менее (1,9*d). Концы змеевиков приварены к коллекторам круглого сечения. Расстояние между рядами змеевиков составляет s₁=(2¸5)*d. Змеевики выполняются одно - двух и многорядные (см. рисунок 8.7) и отличаются числом параллельных труб, образующих змеевик. При большой мощности котла пароперегреватели выполнены обычно в 3¸4 ряда труб.

а - однорядный;

б - двухрядный;
в - четырехрядный;

г - многорядный (ленточный).

Рисунок 8.7 - Типы конвективных змеевиков пароперегревателя

Количество тепла, воспринятого в конвективном пароперегревателе

, кДж/кг, (8.1)

где D _пе – расход перегретого пара, кг/с;

– переизлучение теплоты из топки, кДж/кг, принимаем, что вся энергия излучения топочного объема, прошедшая ширмы, поглощается в конвективном пароперегревателе Þ = ;

h¢_кп, h _пе – энтальпии пара на входе и на выходе из конвективного пароперегревателя, кДж/кг.

Ширмовые пароперегреватели (ШПП) являются радиационно - конвективными поверхностями, их тепловосприятие складывается из значительной доли радиационного излучения и доли конвективного теплообмена, так как газы омывают ширмы продольно - поперечным потоком со скоростью 5¸8 м/с. ШПП представляют собой систему из большого числа вертикальных труб (14¸50 шт.), образующих широкую плоскую ленту, которая имеет один гиб на 180° (см. рисунок 8.8). Ширмы размещаются на выходе из топочной камеры с шагом s=(17¸22)*d. Для исключения выхода отдельных труб из плоскости ширмы выполняется перевязка труб ширм в двух уровнях по высоте за счет вывода из ряда двух крайних (лобовых) труб и пропуска их с двух сторон снаружи ленты горизонтально за последний подъемный ряд труб. На горизонтальном участке эти трубы связаны между собой проставками и строго фиксируют остальные трубы в одной плоскости.

1 - входной коллектор; 2 - выходной коллектор; 3, 5 - обвязочные трубы верхнего и нижнего уровней; 4 - трубы ширмы.

Рисунок 8.8 - Конструкция ширмового пароперегревателя

Тепло, полученное прямым излучением из топки, учитывает взаимный теплообмен между топкой, ширмовым пароперегревателем, потолочным пароперегревателем в районе ширм и поверхностью нагрева за ширмами:

- , (8.2)

где - теплота, полученная ширмовой поверхностью прямым излучением из топки, определяется интенсивностью теплового потока в верхней части топки, величиной плоскости входного сечения ширм и конструктивной характеристикой ширм, кДж/кг;

- тепло излучения из топки и ширм на поверхность нагрева расположенную за ширмами (конвективный пароперегреватель), кДж/кг;

h_в - коэффициенты неравномерности тепловосприятия по высоте топки;

b_ш – коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между объемом топки и ширмовой поверхностью;

q_л – среднее тепловое напряжение теплообменной поверхности, кВт/м²;

F_вок – лучевоспринимающая поверхность входного сечения ширм со стороны топки (площадь выходного окна топки), м²;

B_р – расчетный расход топлива, кг/с;

j _ш – угловой коэффициент ширм;

b_ш – коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между объемом топки и ширмовой поверхностью;

– выходная излучающая поверхность ширм, определяется как произведение высоты выходного окна за ширмами на ширину газохода, м²;

e_п – поправочный коэффициент (для жидких топлив – 0,5, газа – 0,7);

– средняя температура газов в ширмах, К.

Радиационные пароперегреватели (РПП) располагаются на стенах и потолке топочной камеры, воспринимают лучистую теплоту и по конструкции мало чем отличается от экранов - состоят из труб, приваренных к коллекторам круглого сечения. РПП барабанного парового котла обычно занимает потолок топки, а если этого недостаточно, то его размещают и на вертикальных ее стенах (см. рисунок 8.9). Настенные перегреватели, выполненные в виде панели на всю высоту топки. Из-за сложного режима металла труб настенного перегревателя при сниженных нагрузках РПП располагают поверх экранных труб в верхней части топки.

В прямоточных паровых котлах РПП обычно полностью занимают верхнюю часть топки, потолок и стены горизонтального газохода.

Суммарное тепловосприятие РПП определяется как:

Q_рпп=Q_гг+ Q_пк= + , (8.3)

где Q_гг - тепловосприятие поверхностей нагрева, расположенных в горизонтальном газоходе, кДж/кг;

Q_пк - тепловосприятие поверхностей в поворотной камере, кДж/кг;

q_o - удельное теплонапряжение поверхности, кВт/м²;

- средняя температура газов в горизонтальном газоходе, К;

- площадь поверхности стен горизонтального газохода, закрытых экранами, м²;

- расчетный расход топлива, кг/с; - эффективная толщина излучения объема газов в поворотной камере, м.

1 - барабан; 2 - опускные трубы панели радиационной части пароперегревателя; 3 - подъемные радиационные трубы панелей;
4 - проем для горелки;
5 - потолочные трубы панели;
6 - необогреваемые перепускные трубы; 7 – пароохладитель;
8 - ширмы; 9, 10 - змеевики вертикального и горизонтального пакетов конвективной части пароперегревателя; 11 - коллектор перегретого пара; 12 и 13 - входной и выходной коллекторы подвесных труб; 14 - подвесные трубы.

Рисунок 8.9 - Схема движения пара в котле с естественной циркуляцией

Лекция

Тепловосприятие поверхностей нагрева.Компоновка пароперегрева-телей. Методы регулирования температуры перегретого пара.