Р Первичный воздух Топливо ис.3. Технологическая схема котла с естественной циркуляцией.

1 - горелка, 2 - необогреваемые опускные трубы, 3 - топочные экраны, 4 - топочная камера, 5 - барабан, 6, 10 - горизонтальный и опускной газоходы, 7, 8 - конвективный и промежуточный пароперегреватели, 9 - водяной экономайзер, 11 - воздухоподогреватель, 12 - дутьевой вентилятор, 13 - золоуловитель, 14 - дымосос, 15 - питательный насос, 16 - коллектор.

После сгорания топлива образуется зола, которая частично остается в топочной камере, откуда ее удаляют в твердом или жидком состоянии системой золоудаления. Основная же масса золы уносится с уходящими газами. Для очистки продуктов сгорания от уносимой ими золы служит золоуловитель 13. Уловленная зола отводится устройствами золоудаления.

Технологическая схема барабанного котла с естественной циркуляцией (рис. 3) отличается лишь конструкцией топочных экранов, представляющих собой системы вертикальных, параллельно включенных подъемных труб, нижние концы которых вварены в коллекторы 16, а верхние — в барабан 5. Движение рабочей среды в них только подъемное. В барабанном котле отсутствует переходная зона и образующаяся пароводяная смесь поступает в барабан, где происходит сепарация (разделение) пара от воды. Пар, выделившийся в барабане, направляется в пароперегреватель, а затем в турбину.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1.1. Устройство котлоагрегатов с естественной циркуляцией

Принципиальная схема современного мощного котлоагрегата с естественной цирку­ляцией, работающего на угольной пыли, показана на рис. 1. Угольная пыль вдувается в топочную камеру вместе с необходимым для горения воздухом через горелки.

Мелкие частицы угля в топочной камере сгорают, образуя факел, в ядре которого температура достигает 1500–2000 °С.

Стены топочной камеры покрыты трубами, образующими радиационные поверхно­сти нагрева (экраны). По ним циркулирует вода и пароводяная смесь, образующаяся под действием излучения факела. При этом продукты сгорания охлаждаются, на выходе из то­почной камеры их температура обычно снижается до 1000–1200 °С.

Омывая разреженный пучок труб (фестон) или отдельные змеевики пароперегрева­теля (ширмы), дымовые газы передают им теплоту частично, конвекцией, частично ра­диацией и далее поступают в горизонтальный газоход, в котором располагаются змеевики, конвективного пароперегревателя. По змеевикам движется пар, который, отнимая теплоту от продуктов сгорания, перегревается до температуры 510–560 °С. Продукты сгорания, охлажденные в пароперегревателе до 500–600 °С, направляются в вертикальный опускной газоход, в котором расположены трубы водяного экономайзера. По трубам проходит пи­тательная вода, которая нагревается и поступает в барабан котлоагрегата для пополнения испарившейся в экранах воды. Далее продукты сгорания поступают в воздухо­подогреватель, где, проходя внутри трубок, подогревают воздух, подаваемый затем через

горелки в топку. Продукты сгорания охлаждаются в воздухоподогревателе до температу­ры 110–180 °С и поступают в золоуловитель, в котором отделяется летучая зола, а затем дымососом выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. Холодный воздух забира­ется дутьевым вентилятором вверху котельной и подается через воздухоподогреватель и воздухопроводы в топку.

К барабану присоединены многочисленные трубы экранов, по которым в него по­ступает пароводяная смесь. Пар в барабане отделяется от воды и поступает в пароперегре­ватель, а оставшаяся вода смешивается с подаваемой питательной водой и по опускным необогреваемым трубам, расположенным снаружи топочной камеры, поступает к нижним коллекторам экранов. Из коллекторов вода распределяется по трубам экрана и, поднима­ясь по ним, частично испаряется за счет излучения факела; образовавшаяся пароводяная смесь поступает в барабан.

Подъем пароводяной смеси по трубам экранов и опускание воды по опускным тру­бам, т. е. естественная циркуляция, происходят за счет разности плотностей воды в опуск­ных трубах и пароводяной смеси в трубах экрана. Поэтому барабанные котлоагрегаты на­зываются котлами с естественной циркуляцией.

Для большего охлаждения факела у многих современных котлоагрегатов паропроиз-водительностью 400 т/ч и выше топочную камеру делят на две части двухсветным экра­ном, трубы которого обогреваются лучистой теплотой факела с обеих сторон (рис. 2). В такой топке – две холодные воронки, в которых происходят охлаждение и затвердевание выпавших из факела частиц спекшейся золы, образующих шлак.

Пароперегреватель современного котлоагретата, в который поступает пар из бараба­на, называется первичным пароперегревателем. Расширение пара в турбине приводит к тому, что из него выделяются капли влаги, т. е. пар частично конденсируется на послед­них лопатках турбины, что недопустимо, так как в результате сильных ударов этих капель быстрее изнашиваются детали турбин. Во избежание этого, а также для повышения эконо­мичности работы установки в современных котлоагрегатах с рабочим давлением 13,7

МПа (140 кгс/см²) и выше применяется вторичный перегрев пара в промежуточном паро­перегревателе, служащем для перегрева пара, возвращаемого из промежуточных ступеней турбины.

В котлоагрегатах среднего давления на перегрев первичного пара затрачивается око­ло 20 % всей теплоты, воспринимаемой котлоагрегатом от дымовых газов. В котлоагрега-тах с рабочим давлением 13,7 МПа (140 кгс/см²) на долю пароперегревателя приходится около 35 % воспринимаемой котлоагрегатом теплоты, а при наличии промежуточного пе­регрева пара – до 50 % теплоты.

В котлоагрегатах сверхкритического давления выше 22,1 МПа (225 кгс/см²) на пере­грев пара затрачивается еще большая доля теплоты. Поэтому первичные паро­перегреватели современных котлоагрегатов высокого и сверхкритического давления име­ют три части: радиационную, полурадиационную и конвективную.

Радиационная часть пароперегревателя может покрывать часть стен и потолок то­почной камеры.

Полурадиационную часть выполняют в виде ширмового пароперегревателя и обычно располагают в зоне выхода дымовых газов из топки.

Конвективная часть состоит из змеевиков, которые собирают в пакеты и размещают в газоходах котлоагрегата за топочной камерой.

С повышением рабочего давления обеспечение надежной естественной циркуляции воды в котлоагрегате из-за уменьшения разности плотностей воды и пара становится все более затруднительным.

В настоящее время принято считать, что создание надежно работающих котлоагрега-тов с естественной циркуляцией возможно лишь для рабочего давления не выше 18,1 МПа (185 кгс/см²). В России серийные котлоагрегаты с естественной циркуляцией выпускают­ся с наибольшим рабочим давлением 13,5 МПа (140 кгс/см²). Котлоагрегаты с давлением выше 18,1 МПа (185 кгс/см²) выполняют прямоточными.