8.3. Конвективні пароперегрівники

Конвективний пароперегрівник виконують як правило з труб з внутрішнім діаметром 20 – 30 мм, які створюють змійовики, що завальцовані або приварені до круглих колекторів. Для проміжних пароперегрівників діаметр труб 54 мм. У газоході змійовики пароперегрівника розташовують вертикально або горизонтально. Змійовики виконують одинарними (однорядні), подвоєними (дворядні) і потроєними (трирядні). Для більшої компактності пароперегрівника і забезпечення необхідної швидкості пари в потужних котлах застосовують дво- і три- рядні змійовики. Швидкість пари в трубах пароперегрівника вибирають за умовами температурного режиму труб. В первинних пароперегрівниках масова швидкість пари становить кг/(м²·с). При цьому більша швидкість передбачається в останній по ходу пари ступені пароперегрівника.

У проміжних пароперегрівниках швидкість пари з метою зниження їх гідравлічного опору приймають дещо меншою: кг/(м²·с). При вказаних швидкостях пари значення коефіцієнта тепловіддачі від стінки до пари складає Вт/( м²·К), що забезпечує достатнє охолодження металу труб і забезпечення його температуру в межах °С. Для вирівнювання температури пари в окремих змійовиках при температурі її вище за 450 °С пароперегрівник розділяють на послідовно включені по парі частини, з перемішуванням пари між ними. Для надійної роботи пароперегрівника, крім забезпечення достатньої швидкості потоку пари і його рівномірної температури паралельно по включених змійовикам, необхідно здійснити найбільш раціональну схему включення пароперегрівника по ходу потоку продуктів згорання. Залежно від напряму руху потоків пари і продуктів згорання розрізняють пароперегрівники прямотокові, протитокові та із змішаним напрямом потоків (рис. 8.2).

У

Рис.8.2. Схеми руху пари і продуктів згорання в конвективних пароперегрівниках

а) – протитокове; б) – прямотокове; в) і г) – змішане

протитоковому пароперегрівнику досягається найбільший температурний напір між продуктами згорання і парою, що зменшує необхідну поверхню нагріву пароперегрівника і відповідно знижує витрату на нього металу. Недоліками протитокової схеми є розміщення останніх по ходу пари частин змійовиків у області найбільш високих температур продуктів згорання і важкі температурні умови роботи металу труб. У прямотоковому пароперегрівнику температурний напір менший, ніж при протитоковому, проте умови роботи металу труб кращі, оскільки частини змійовиків з найбільшою температурою пари нагріваються продуктами згорання, охолодженими на вхідних ділянках змійовиків.

Оптимальною є змішана схема включення пароперегрівника, при якій більша і перша по ходу пара частина перегрівника виконується протитоковою, а закінчення перегріву пари відбувається в другій його частині з прямотоковою схемою. При цьому в частині змійовиків, розташованих у області найбільшого теплового навантаження пароперегрівника, на початку газоходу, буде відносно невисока температура пари, а завершення перегріву пари відбувається при меншому тепловому навантаженні.

Первинний конвективний пароперегрівник звичайно встановлюють в горизонтальному газоході між топкою і конвективною шахтою при температурі продуктів згорання перед ним 900 – 1000 °С. Пароперегрівник для проміжного перегріву пари виконують із горизонтальных змійовиків, розташованих в опускній конвективній шахті, причому початкова температура продуктів згорання перед ним повинна бути не вище 850 °С.

Розташування змійовиків в площині, перпендикулярній фронту котла, при неоднаковій температурі продуктів згорання по ширині газоходу призводить до нерівномірного теплосприйняття змійовиками по ширині газоходу. У результаті теплове навантаження окремих змійовиків може перевищувати середнє на 10 – 20 %. У цих умовах для забезпечення нормальної роботи труб пароперегрівника його розділяють на частини з перемішуванням пари в колекторі перед подачею її наступну частину. Змійовики вертикального пароперегрівника зазвичай розташовують в коридорному порядку з метою забезпечення можливості легкого їх очищення від зовнішніх забруднень і зменшення небезпеки жужелювання. На рис. 8.3. показано кріплення вертикального пароперегрівника. Вертикальні змійовики підвішені до каркаса котла за кінці верхніх петель, винесених із зони нагріву. Підвіска змійовиків здійснюється за допомогою хомутів, що охоплюють трубки і підвішених до гачка, який кріпиться на балці каркаса. Для забезпечення визначеної відстані між змійовиками на нижні петлі змійовиків укладають дистанціонуючі гребінки з жаротривкого чавуну і скріпляють їх за допомогою хомутів з жароміцної сталі.

Рис.8.3. Кріплення вертикального конвекційного пароперегрівника

1 – змійовики; 2 – підвісні планки; 3 – верхні вигини труб;

4 – стельові труби; 5 – дістанціонуючі гребінки

На рис. 8.4. показана схема пароперегрівника з горизонтальними змійовиками, призначеного для забезпечення рівномірного їх обігріву у напрямі потоку продуктів згорання. Пароперегрівники з горизонтальними змійовиками звичайно застосовують для вторинного перегріву пари, а також в котлах малої потужності з параметрами пари р= 0,8÷ 2,0 МПа і t=250 °С.

Горизонтальні пароперегрівники легко дренуються що виключає ускладнення, пов'язані з видаленням води з труб при вертикальних змійовиках. Разом з тим горизонтальні пароперегрівники більше забруднюються виносом і мають складнішу конструкцію кріплення змійовиків.

Рис.8.4. Конвективних пароперегрівник з горизонтальними змійовиками

1 – перша ступінь пароперегрівника; 2 – барабан; 3 і 6 – підвісні труби; 4 і 8 –проміжні колектори; 5 – вихідна камера; 7 – друга ступінь пароперегрівника; 9 –колектор підвісних труб