8. Пароперегрівники. Регулювання температури пари
8.1. Призначення і класифікація пароперегрівників
Пароперегрівники призначаються для перегріву сухої насиченої пари, що надходить з випарної системи котла, а в установках високого тиску вони застосовуються також для додаткового вторинного перегріву пари, частково відпрацьованої в циліндрі високого тиску турбіни. Пароперегрівник є одним з основних теплосприймаючих елементів котла і працює в найбільш важких умовах. З підвищенням параметрів пари роль пароперегрівника зростає. Це підтверджується залежністю долі теплоти, що сприймається пароперегрівником, залежно від параметрів пари. Так, при середніх параметрах пари (3,90 МПа (40 кгс/см2) і 450 °С) теплота, яка витрачається на перегрів пари, складає 31 % теплоти, що витрачається на випаровування води; при високих параметрах (13,8 МПа і 570 °С) її частка доходить до 92 %.
Метал поверхонь нагріву пароперегрівника має найбільшу в порівнянні з іншими теплосприймаючими поверхнями нагріву температуру, що обумовлюється високими температурами пари і великими питомими тепловими навантаженнями поверхонь нагріву.
За призначенням пароперегрівники розділяють на первинні, в яких перегрівається пара початкового тиску, і проміжні, що використовуються для перегріву частково відпрацьованої пари.
В залежності від визначального способу передачі теплоти від газів до поверхонь нагріву пароперегрівники розділяють на конвективні, радіаційні і напіврадіаційні.
8.2. Конструкція і компоновка пароперегрівника
Є досить широке різноманіття конструкцій пароперегрівника. На рис. 8.1 показані найчастіше застосовані схеми і компоновки пароперегрівників.
Пароперегрівник котла середнього тиску з параметрами пари р=3,90 МПа t=450 °С зазвичай конвективний, з вертикальними змійовиками. Він розміщується за фестоном або за конвективним випарним пучком (рис. 8.1, а)). Для захисту металу вихідних змійовиків від надмірно високої температури пароперегрівник виконують по змішаній протитоково–прямотоковій схемі. Вирівнювання температури пари, що надходить в прямотокову частину пароперегрівника, здійснюється у вихідному колекторі протитокової його частини і у вхідному колекторі прямотокової частини. За наявності перед пароперегрівником тільки фестона нерівномірність температур по ширині топки зберігається і на вході продуктів згорання в пароперегрівник. Підвищена місцева температура продуктів згорання може бути причиною жужелювання пароперегрівника, яке також можливе і при загальному збільшенні температури в топці. З метою зменшення небезпеки жужелювання пароперегрівника застосовується розрідження його передніх рядів – фестонування.
Рис.8.1. Схеми пароперегрівників котлів з різними параметрами пари
а) – 3,9 МПа, 440 °C; б) – 9,8 МПа, 540 °C; в) – 13,8 МПа, 560 °C; г) – 25 МПа, 560 °C; 1 – конвективний первинний пароперегрівник; 2 – ширмовий первинний пароперегрівник; 3 – стельовий пароперегрівник; 4 – конвективний проміжний пароперегрівник; 5 – ширмовий проміжний пароперегрівник; 6 – екрани
У котлах високого тиску з параметрами пари р= 9,8 і 13,8 МПа і t= 540°С пароперегрівник складається з двох частин: конвективної і ширмової (рис. 20.6, б)). Ширмовий пароперегрівник з вертикальними панелями розміщений у верхній частині топки перед фестоном.
Конвективний пароперегрівник з вертикальними змійовиками розміщують в горизонтальному газоході за фестоном. Обидві частини пароперегрівника включають по ходу пари послідовно. При цьому першим по ходу пари включають ширмовий пароперегрівник, що працює в більш тяжких умовах. Насичена пара з барабана проходить через невелику поверхню радіаційного пароперегрівника, розташовану на стелі топки, потім надходить в ширмовий, а з нього – в конвективний пароперегрівник, який включений по змішаній схемі, так що його вихідні змійовики розташовані у зоні помірних температур продуктів згорання. Описані конструкції і компоновка пароперегрівника є оптимальною для котлів високого тиску і забезпечують високу надійність його роботи.
У котлах високого тиску з проміжним перегрівом пари (13,7 МПа, 565/570 °С) є два самостійних пароперегрівника – первинний і проміжний (рис. 20.6, в)). Конструкція і компоновка первинного пароперегрівника такі ж, як і для котлів з параметрами пари р= 9,8 і 13,8 МПа і t= 540° С, описаних вище. Проміжний пароперегрівник розташований в конвективній шахті в зоні температур продуктів згорання нижче за 850 °С, що дозволяє забезпечити безпечну роботу труб при відносно невеликій швидкості пари і уникнути влаштування спеціального охолоджування пароперегрівника в період пуску котла.