2.2.6. Элементы поверхностей нагрева котлоагрегатов Назначение, классификация и конструктивные схемы пароперегревателей

Промышленные котлы вырабатывают слабоперегретый или насыщенный пар. Для повышения энтальпии пара (и, соответственно, термического КПД) пар необходимо перегревать. Это повышает его энтальпию. Получение перегретого пара из сухого насыщенного осуществляется в пароперегревателе. В котлах небольшой мощности при перегреве пара до 500ºС обычно устанавливают конвективные пароперегреватели (передача теплоты осуществляется конвекцией). Для получения пара с температурой более 500ºС применяют комбинированные пароперегреватели (часть поверхности получает теплоту за счет излучения, а часть – за счет конвекции). В таких П/П радиационная часть нагрева располагается в виде ширм в верхней части топочной камеры.

Металл труб П/П работает в тяжелых температурных условиях. При работе средняя температура металла всегда выше средней температуры охлаждающей среды, движущейся внутри труб. Температура пара в П/П уже близка к предельно допустимой для углеродистой стали. Кроме того, коэффициент теплоотдачи от стенки к пару на порядок меньше, чем к воде. Эти факторы могут дать повышение температуры стенки на 50-70ºС. Поэтому неравномерный обогрев змеевиков продуктами сгорания, неравномерное распределение пара по змеевикам и отложение накипи могут привести к выходу П/П из строя.

Для обеспечения равномерности распределения пара по отдельным змеевикам производят рассредоточенный ввод пара трубами малого диаметра по всей длине раздающего коллектора, устанавливают промежуточные смешивающие коллектора, разделяют П/П на несколько частей с переброской пара из одной части в другую.

Существенное влияние на надежность работы металла П/П оказывает скорость пара. Повышение скорости пара в змеевиках приводит к снижению температуры стенки труб, но увеличивает гидравлическое сопротивление пароперегревателя.

В конвективных П/П применяются различные схемы взаимного движения продуктов сгорания и пара: прямоточная, противоточная и смешанная. У прямоточных П/П продукты сгорания и пар движутся в одном направлении. При такой схеме наиболее высокие температуры продуктов сгорания компенсируются наиболее низкими температурами пара, что обеспечивает низкую температуру стенки. Однако, при наличии солей в паре их отложение будет происходить в змеевиках, подверженных наибольшему перегреву, что приведет к резвому увеличению температуры стенки. Кроме того, для получения пара нужной температуры в прямоточном П/П нужна большая поверхность, чем в противоточном (небольшой температурный напор).

При противоточной схеме движения продукты сгорания и пар движутся в противоположных направлениях. Змеевики, обогреваемые продуктами сгорания, встречают уже перегретый пар и охлаждаются недостаточно. В результате, часть змеевиков работает в тяжелых температурных условиях. Но при содержании солей в паре отложения образуются в менее обогреваемых змеевиках. Температурный напор противоточной схемы больше, чем прямоточной, следовательно поверхность нагрева будет меньше, П/П будет дешевле.

При смешанной схеме используется как прямоток, так и противоток в различных комбинациях. При этом создаются наиболее благоприятные температурные условия работы П/П при наименьшей его поверхности.

Пароперегреватели выполняют из цельнотянутых труб, изгибаемых в змеевики. Концы змеевиков присоединены к барабану парогенератора развальцовкой, а к коллекторам – сваркой. Коллектора П/П имеют круглую форму и выполняются из углеродистой или легированной стали (в зависимости от давления и температуры перегретого пара).

Конвективные П/П располагают в горизонтальном газоходе между топкой и опускной шахтой или в самой опускной шахте. В зависимости от способа расположения в газоходе различают горизонтальную и вертикальную подвеску змеевиков. Горизонтальное расположение змеевиков П/П обеспечивает хорошее удаление из них конденсата при остановке пароперегревателя, но требует более прочных и сложных подвесок во избежание провисания змеевиков. У вертикальных П/П змеевики свободно подвешиваются, что упрощает конструкцию, но усложняет дренаж конденсата, образующегося при остановке парогенератора.

На рис. 2.30 или 8-1 учеб показан конвективный вертикальный пароперегреватель.