
- •В.А. Волощук, а.К. Денісов, і.П. Трофимчук котельні установки промислових підприємств Навчальний посібник
- •1. Загальна технологічна схема котельної устаноки. Загальні характеристики котлів. Конструкції котлів та парогенераторів
- •1. 1. Загальна технологічна схема котельної установки
- •1.2. Схема барабанного котла з природною циркуляцією
- •1. 3. Загальні характеристики котлів
- •1. 4. Котли з природною циркуляцією низького та середнього тиску
- •1. 5. Енергетичні котли з природною циркуляцією
- •1. 6. Прямотечійні котли
- •1. 7. Конструкції водогрійних котлів
- •1.8. Конструкції парогенераторів аес
- •2. Матеріальний баланс процесу горіння палива. Матеріальний баланс середовища, що нагрівається
- •2.1. Матеріальний баланс процесу горіння палива
- •2.2. Визначення кількості повітря, що необхідне для горіння
- •2.3. Кількість продуктів згорання
- •2.4. Ентальпія продуктів згорання
- •2.5. Матеріальний баланс середовища, що нагрівається
- •Приклади розв’язування задач
- •Об’єми газів, об’ємні долі трьохатомних газів
- •3. Тепловий і ексергетичний баланси котла
- •3.1. Загальне рівняння теплового балансу
- •3.2. Корисно витрачена на виробництво пари теплота
- •3.3. Витрата палива і ккд котла
- •3.4. Втрати теплоти в котельному агрегаті
- •3.5. Втрати теплоти від неусталеного теплового стану котла. Залежність ккд котла від навантаження
- •3.6. Ексергетичний| баланс котла
- •Приклади розв’язування задач
- •4. Спалювання твердого палива в котлоагрегаті
- •4.1. Класифікація топок і загальні|спільні| характеристики процесів
- •4.2. Немеханізовані, напівмеханізовані та механічні топки для спалювання твердого палива в щільному шарі
- •4.3. Механізовані шарові топки
- •4.4. Топки з киплячим шаром
- •4.5 Особливості спалювання твердого палива у пилоподібному стані
- •4.6. Основні схеми пилоприготування
- •4.7. Класифікація і схеми пиловугільних пальників
- •4.8. Показники роботи топкових пристроїв
- •5. Спалювання газоподібного палива в котлоагрегаті
- •5.1. Спалювання газоподібного палива. Загальні положення
- •5.2. Принципи організації спалювання газового палива
- •5.3. Топки, класифікація пальників для газоподібного палива
- •5.4. Спалювання газоподібного палива з|із| низькою теплотою згоряння
- •5.5. Спалювання газоподібного палива з|із| високою теплотою згоряння
- •5.6. Спалювання газу разом |спільне|з|із| іншими видами палива
- •5.7. Експлуатація газових топок. З|утворенню|меншення шкідливих викидів
- •5.8. Особливості розрахунку газових пальників і топок
- •6. Спалювання рідкого палива в котлоагрегаті
- •6.1. Спалювання рідкого палива. Загальні положення|спільні|
- •6.2. Схеми розпилювання рідкого палива. Мазутові форсунки
- •7. Випарні поверхні нагріву котлоагрегатів
- •8. Пароперегрівники. Регулювання температури пари
- •8.1. Призначення і класифікація пароперегрівників
- •8.2. Конструкція і компоновка пароперегрівника
- •8.3. Конвективні пароперегрівники
- •8.4. Радіаційні і ширмові пароперегрівники
- •8.5. Регулювання температури пари
- •9. Економайзери та повітропідігрівники
- •9.1. Економайзери
- •9.2. Повітропідігрівники
- •10. Каркас і обмурівка котлоагрегату
- •10.1. Каркас котлів
- •10.2. Призначення обмурівки і вимоги до неї
- •10.3. Конструкція обмурівки
- •10.4. Тепловий розрахунок обмурівки
- •11. Теплообмін в елементах котла
- •11.1. Теплообмін в елементах котла, загальні положення
- •11.2. Теплообмін в топці
- •11.3. Розрахунок теплообміну в топці
- •11.4. Теплообмін у конвективних поверхнях нагріву
- •11.5. Інтенсифікація радіаційного і конвекційного теплообміну
- •12. Водний режим і якість пари котлів
- •12.1. Утворення накипу і вимоги до живильної води
- •12.2. Системи підготовки живильної води
- •12.3. Водний режим і продування котла
- •12.4. Сепарація і промивка пари
- •13. Аеродинаміка та гідродинаміка котла
- •13.1. Системи газоповітряного тракту
- •13.2. Аеродинамічні опори
- •13.3. Аеродинаміка димової труби
- •13.4. Вибір вентилятора і димососа
- •13.5. Характеристика і режими роботи випарних систем
- •13.6. Гідродинаміка в елементах парогенераторів із природною циркуляцією
- •13.7. Режим, структура і характеристики потоку робочого тіла
- •13.8. Гідродинаміка котлів із природньою циркуляцією
- •13.9. Схема розрахунку циркуляції
- •14. Абразивний знос, корозія, забруднення і очистка поверхонь нагріву
- •14.1. Абразивний знос
- •14.2. Корозія металу елементів котла
- •14.3. Високотемпературна корозія зовнішніх поверхонь нагріву
- •14.4. Низькотемпературна корозія зовнішніх поверхонь нагріву
- •14.5. Корозія металу внутрішніх поверхонь нагріву
- •14.6. Забруднення поверхонь нагріву
- •14.7. Очищення зовнішніх поверхонь нагріву від забруднень
- •15. Захист навколишнього середовища від шкідливих викидів при роботі котлоагрегатів
- •15.1. Вміст шкідливих домішок в продуктах згоряння
- •15.2. Золовловлювання
- •15.3. Очищення продуктів згоряння від оксидів сірки
- •15.4. Очищення продуктів згоряння від оксидів азоту
- •16. Експлуатація котлів
- •16.1. Організація управління котлами
- •16.2. Експлуатація котлів
- •16.3. Показники роботи котельних установок
- •Контрольна тестова програма Знайдіть одну правильну відповідь.
- •9.Чим обумовлені втрати теплоти від хімічної неповноти згоряння:
- •10. Чим обумовлені втрати з фізичною теплотою золи і шлаку:
- •Термінологочний словник
- •Предметний покажчик
- •Літератрура
7. Випарні поверхні нагріву котлоагрегатів
В котлах з низькими параметрами пари (р=1,3 – 2,1 МПа t=250 °С) і малої потужності для випаровування води окрім радіаційних виявляються необхідними і конвективні поверхні нагріву, де передається до 30 % теплоти, потрібної для випаровування води. У котлах з природною циркуляцією при параметрах пари р=3,93 МПа, t=450 °С для забезпечення додаткової випарної поверхні нагріву також застосовують випарні конвективні пучки. У котлах з природною циркуляцією, що виробляють пару високих параметрів (р>9,81 МПа, t>500°С), кількість теплоти, що використовується на пароутворення, значно знижується і теплосприйняття екранів виявляється достатнім для випаровування води.
B котлах з природною циркуляцією низького і середнього тиску конвективні випарні поверхні нагріву виконують у вигляді декількох рядів вертикально розташованих підйомних і опускних труб з внутрішнім діаметром 40 – 60 мм, ввальцованних або приварених штуцерами до верхнього і нижнього барабана або колектора. Застосовують переважно поперечне омивання труб потоком продуктів згорання. Конструктивні характеристики конвективних випарних поверхонь нагріву і відмінність теплосприйняття підйомних і опускних рядів труб повинні забезпечувати надійну природну циркуляцію в системі за всіх умов експлуатації. Звичайно висота труб конвективного пучка становить більше 1,5 м і відношення площ поперечного перетину підйомних і опускних труб - не менше 3. На рис. 7.1 показані схеми конвективної випарної поверхні нагріву котлів низького і середнього тиску.
Рис.7.1. Схеми конвективних випарних поверхонь нагріву
а) – горизонтально–водотрубних котлів низького тиску; б) і в) – вертикально–водотрубних котлів низького тиску; г) – енергетичних котлів середнього тиску
Основною випарною поверхнею нагріву в сучасних котлах є екрани, розташовані в топковій камері. На рис. 7.2 показана схема екранів барабанного котла середнього тиску з топкою для спалювання пиловидного палива з сухим шлаковидаленням. Екрани являють собою ряд панелей з паралельно включеними вертикальними підйомними трубами, сполученими між собою колекторами. Частина підйомних екранних труб введена безпосередньо в барабан котла. Окремі секції екранів приєднані до барабана через колектори і з’єднувальні труби.
Рис.7.2. Схема екранів барабанного котла середнього тиску
1 – фронтовий екран; 2 – опускні труби; 3 – стельові труби; 4 – відвідні труби; 5 – фестон; 6 – задній екран; 7 – бічні екрани; 8 – розводка труб екрану в місці амбразури; 9 – каркас; 10 – холодна воронка; 11 – опорний крюк; 12 – полиця; 13 – плавник; 14 – натяжний крюк
Вода з барабана підводиться в нижні колектори екранів опускними трубами, винесеними за межі обмурівки топки. Кожна панель екранів має незалежний контур циркуляції, що забезпечує диференційне живлення їх водою відповідно до теплового навантаження кожної панелі. У місці виходу продуктів згорання з топки екран, розташований на задній її стінці, утворює трирядний фестон, наявність якого забезпечує затвердіння розплавлених частинок золи, неохолоджених в топці, що виключає шлакування пароперегрівника, розміщеного за топкою. Підйомні труби екранів виконують без горизонтальних ділянок, з мінімальною кількістю вигинів в місцях розташування пальників, амбразур, лазів та ін.
На рис.7.3 показана схема екранів барабанного котла високого тиску з топкою для спалювання пилоподібного палива і сухим шлаковидаленням. У цьому котлі теплосприйняття поверхнями нагріву, розташованими в топці, є більшим, ніж необхідно для випаровування води, і тому у топковій камері окрім випарних екранів на частини стінок розташовуються поверхні нагріву пароперегрівника. Екрани виконані з ряду секцій з вертикальними трубами і самостійним контуром циркуляції в кожній секції. Труби кожної секції з'єднані нижнім і верхнім колекторами. З верхніх колекторів пароводяна суміш прямує в барабан по сполучних трубах. Задній екран топки в місці виходу продуктів згорання з топки фестонований. Опускні труби екранів і колектори не обігріваються і винесені за межі обмурівки топки. Випарні екрани для котлів, що працюють під розрідженням, виконуються гладкотрубними. Для котлів низького і середнього тиску внутрішній діаметр підйомних труб екранів вибирається в межах 40 – 60 мм. Для котлів високого і надвисокого тиску при висоті екранів до 10 – 15 м застосовують підйомні труби екрану з внутрішнім діаметром 30 – 40 мм, а при більшій висоті контура — 40 – 50 мм. Необхідна загальна площа опускних труб визначається розрахунком циркуляції. В даний час широко застосовують газощільні конструкціі екранів. Конструкція газощільних екранних панелей, з привареними до труб ребрами прямокутного перетину, а також екранних панелей, складених із спеціальних плавникових труб, показана на рис. 7.4. При таких конструкціях екранів внаслідок передачі частини теплоти плавниками тильній стороні труб і перетворення їх в активні поверхні нагріву забезпечується підвищене теплосприйняття екранів і зменшення на 15 – 20 % їх питомої маси на одиницю теплосприйняття у порівнянні із звичайними гладкотрубними екранами. Газощільні панелі покращують умови роботи обмурівки топки і зменшують вірогідність інтенсивного шлакування екранів.
Рис.7.3. Схема екранів барабанного котла високого тиску
Позначення ті ж, що і на рис. 7.2; 15 – пояс жорсткості
У котлах з природною циркуляцією екрани розташовуються вертикально або з великим кутом похилу.
При нерівномірному обігріві труб широких топкових екранів їх панелі секціонують для зменшення неоднорідності їх гідравлічного режиму.
Рис.7.4. Газощільні панелі
а) – ребра прямокутного перетину, приварені до труб;
б) – плавникові труби
У прямотокових котлах примусовий рух пароводяної суміші визначає можливість розташування випарних поверхонь нагріву будь–яким чином - вертикально, горизонтально або з підйомно-опускним рухом потоку. У прямотокових котлах Рамзіна випарні екрани виконують з пучків труб з внутрішнім діаметром 25 – 40 мм, зібраних у вигляді гвинтоподібних стрічок з висхідним рухом потоку, що огинають стінки топкової камери. Зазвичай на бічних стінках топки труби розташовують з нахилом, а на фронтовій і задній стінках — горизонтально (рис. 7.5, а)). Кут нахилу стрічки труб екранів як правило складає 12—15°. Число труб в стрічці визначається міцністю котла і необхідною швидкістю води на вході в труби. За умовами надійного охолодження екранних труб масова швидкість води на вході повинна бути не менше 2000 кг/(м2·с). Слід враховувати, що надмірна швидкість води викликає великі гідравлічні опори випарної системи.
Рис.7.5. Схеми екранів прямотечійних котлів
а) – системи Рамзіна; б) – системи Зульцера; в) – системи Бенсона
У прямотокових вітчизняних котлах випарні поверхні нагріву виконують з вертикальних газощільних панелей, складених з труб діаметром 25 – 30 мм, послідовно сполучених по ходу робочого середовища, що дає можливість забезпечити блокове виготовлення котлів. Надійні гідродинамічні умови роботи випарних екранів при примусовому русі в них двофазної пароводяної суміші забезпечуються встановленням шайб на вході води в труби.
У прямотокових котлах середнього і високого тиску пароутворення закінчується і пара доводиться до слабого перегріву (10 – 20 °С) в конвективній випарній поверхні нагріву, що розташована за пароперегрівачем і виконана у вигляді горизонтальних змійовиків.
Питання для самоперевірки
Перерахувати та описати типи випарних поверхонь нагріву котлів.
Навести та охарактеризувати конструкції екранів топки.
Пояснити особливості схем випарних поверхонь прямотокових котлів.