Лекция № 2 Устройство прямоточных котлоагрегатов

В прямоточных котлоагрегатах циркуляция пароводяной смеси в трубах происходит принудительно при помощи питательных насосов. На пути движения рабочей среды по­мещают смесительные коллекторы, разделяющие всю поверхность нагрева на водяной экономайзер, радиационную часть, переходную зону и пароперегреватель.

В водяном экономайзере вода не нагревается до температуры кипения, так как рав­номерное распределение пароводяной смеси по виткам радиационной части крайне за­труднительно.

Первые прямоточные котлоагрегаты конструкции Рамзина (рис. 3, а) имели почти горизонтальную навивку труб 4 топочной камеры. В нижние концы этих труб входит во­да, нагретая в водяном экономайзере 2, а из верхних концов выходит пароводяная смесь. Расположение труб на фронтовой и задней стенках топки горизонтальное, а на боковых стенках – с небольшим уклоном. Эти трубы называются радиационной частью котлоагрегата; в них большая часть воды превращается в пар, воспринимая теплоту путем радиа­ции.

В современных прямоточных котлоагрегатах на сверхкритическое давление радиа­ционная часть выполнена в виде панелей – прямых вертикальных или изогнутых труб.

В котлоагрегатах большой паропроизводительности по высоте топочной камеры располагают нижнюю часть (НРЧ), верхнюю радиационную часть (ВРЧ), а иногда и сред­нюю радиационную часть (СРЧ).

Все панели радиационной части топки имеют входные и выходные коллекторы, со­единенные между собой необогреваемыми перепускными трубами. Из труб радиационной части пароводяная смесь направляется в дополнительную поверхность нагрева, на­зываемую переходной зоной, где происходит испарение воды, находящейся в пароводя­ной смеси и частичный перегрев пара (на 50–60 °С). Необходимость устройства переход­ной зоны диктуется тем, что в прямоточном котлоагрегате вода полностью испаряется в трубах за один ход. При этом часть находящихся в воде солей оседает на внутренней по­верхности сравнительно небольшого участка труб переходной зоны, в которой завершает­ся испарение воды, исключая тем самым, занос солей капельками влажного пара в паро­перегреватель котлоагрегата при изменении режима его работы.

Переходная зона выделена в отдельный конструктивный элемент, расположенный между пароперегревателем и верхней секцией воздухоподогревателя, в зоне более низкой температуры дымовых газов, где небольшой слой накипи, оседающей на внутренних стенках труб, создает меньшую опасность перегрева металла труб.

Из переходной зоны пар поступает в пароперегреватели. Таким образом, вода прохо­дит весь тракт без многократной циркуляции, напрямую, в связи с чем такие котлоагрегаты и называются прямоточными. Прямоточный котлоагрегат не имеет барабана.

Принудительное движение воды и пароводяной смеси (среды) в прямоточных котлоагрегатах позволяет применять повышенную скорость движения среды и соответственно трубы меньшего диаметра по сравнению с котлоагрегатами с естественной циркуляцией.

Из-за повышенной скорости движения среды расход электроэнергии на привод пита­тельного насоса для прямоточных котлоагрегатов выше, чем для котлоагрегатов с естест­венной циркуляцией.

УСТРОЙСТВО КОТЛОАГРЕГАТОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД НАДДУВОМ

В последние годы получили распространение котельные агрегаты, работающие без дымососов, под наддувом, создаваемым дутьевыми вентиляторами (воздуходувками). В топке и газоходах этих котлоагрегатов устанавливается избыточное давление, которое и создает движение и удаление дымовых газов. Давление в топке 3,5–6,0 кПа (350–600 мм вод. ст.).

Котлоагрегаты, работающие под наддувом, не имеют присосов холодного воздуха, вследствие чего их коэффициент полезного действия (КПД) несколько выше за счет уменьшения потерь теплоты с уходящими газами. Необходимая плотность газового тракта котлоагрегата обеспечивается изготовлением стен топки, переходного газохода и конвек­тивной шахты из цельносварных трубных панелей с газоплотной обмазкой. Схема цирку­ляции воды, пароводяной смеси и пара в таких котлах аналогична как и у котлоагрегатов с естественной и принудительной циркуляцией.

Котлы производственно-технологических установок.

Работают за счёт теплоты уходящих продуктов сгорания.

Радиационно-конвективный котёл:

Используют теплоту газов медеплавильных печей. При наличии в газах горючих компонентов их предварительно дожигают:

1 – стабилизатор горения.

2 – отвод конденсата H₂SO₄.

Котлы утилизаторы.

Д ля повышения компактности применяют оребрённые трубы:

q₁ + q₂ + q₅ = 100%/

КПД: η_к = .

Компоновка котельных агрегатов

Компоновка – взаимное расположение элементов котлоагрегатов как с естественной циркуляцией, так и прямоточных. Компоновка чаще всего выполняется по П-образной схеме, имеющей два вертикальных и один горизонтальный газоход.

В первом вертикальном газоходе расположена топка с радиационными поверхностя­ми нагрева и движение газов в нем направлено вверх; в горизонтальном газоходе разме­щается пароперегреватель или его часть, а во втором вертикальном газоходе – конвектив­ные поверхности нагрева – пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогрева­тель. Здесь движение газов происходит сверху вниз. В некоторых компоновках воздухо­подогреватель устанавливается отдельно.

Основными преимуществами П-образной компоновки являются возможность раз­мещения тягодутьевых и золоулавливающих устройств на уровне земли, что значительно уменьшает нагрузку на строительные конструкции здания, облегчает их и удешевляет. Уменьшается также площадь котельной за счет меньшего размера котлоагрегата, распо­ложенного по длине здания.

Кроме П-образной котлоагрегаты имеют и другие компоновки. Таганрогским котлостроительным заводом изготавливаются котлоагрегаты с естественной циркуляцией паропроизводительностью 500 т/ч (ТП-90) и 640 т/ч (ТП-100), имеющие Т-образную компо­новку. При этой компоновке (рис. 4, а) топка расположена между двумя вертикальными опускными конвективными газоходами. В горизонтальных газоходах расположены шир­мы и конвективные части первичного пароперегревателя. В опускных газоходах размеще­ны конвективный промежуточный пароперегреватель, водяной экономайзер и трубчатый воздухоподогреватель.

На рис. 4, б представлен котлоагрегат ТП-67 Таганрогского котлостроительного за­вода, имеющий N-образную компоновку, предназначенный для сжигания сланцев и дру­гих топлив с очень легкоплавкой золой.

Во избежание сильного налипания золы на трубах весь пароперегреватель выполнен в виде вертикальных ширм с шагом 0,5 м, что и потребовало устройства третьего верти­кального газохода.

ВОДОГРЕЙНЫЕ КОТЛЫ

В условиях ТЭЦ подогрев воды на теплофикационные нужды (отопление, вентиляцию и бытовое горячее водоснабжение) обычно производился до 110—115°С в основных сетевых подогревателях за счет пара из отбора турбин. Пиковые же нагрузки в наиболее холодные месяцы года покрывались пароводяными подогревателями с подогревом сетевой воды до 150°С, работающими на перегретом паре из энергетических котлов высокого давления, который перед подачей подвергался редуцированию и охлаждению в редукционно-охладительных установках (РОУ).

Покрытие пиковых теплофикационных нагрузок (продолжительностью 1000—2000 ч в году) водогрейными котлами позволяет уменьшить на ТЭЦ количество энергетических паровых котлов высокого давления, что существенно снижает затраты на сооружение и эксплуатацию ТЭЦ. Поэтому в настоящее время все новые ТЭЦ сооружаются с установкой на них крупных пиковых водогрейных котлов, суммарная теплопроизводительность которых составляет примерно 50% максимальной теплофикационной нагрузки ТЭЦ. Учитывая незначительную продолжительность работы пиковых водогрейных котлов, для снижения капитальных затрат на установку их снабжают топочными устройствами для сжигания газа и мазута даже в тех случаях, когда эти котлы установлены на ТЭЦ, сжигающих твердое топливо в пылевидном состоянии.

Широкое применение водогрейные котлы получили также в крупных производственно-отопительных и районных отопительных котельных (тепловых станциях), где они являются основным источником теплоснабжения.

Газомазутные котлы для установки на районных и промышленно-отопительных ТЭЦ изготовляют теплопроизводительностью 30, 50, 100 и 180 Гкал/ч (соответственно 35, 58, 116 и 209 МВт) и выпускают в двух исполнениях: П-образные и башенные. Котлы ПТВМ-ЗОМ-4 теплопроизводительностью 35 Гкал/ч (41 МВт) при работе на мазуте и 40 Гкал/ч (46 МВт) при работе на газе с П-образной компоновкой (рис. 4) могут работать в основном и пиковом режимах.

Рис.4. Водогрейный котел ПТВМ-30М-4 для работы на мазуте и газе.

Вся трубная часть котла состоит из восьми транспортабельных блоков (два топочных угловых блока образованы боковым, задним и фронтовым экранами, два блока конвективной части котла и четыре блока — двумя боковыми блоками и задней стеной поворотной камеры). Максимальную массу имеют блоки топки и конвективной части котла (6,5—8 т).

Башенные газомазутные котлы теплопроизводительностью 50, 100 и 180Гкал/ч имеют конвективные поверхности, размещенные над топочной камерой.

а) б)

Рис.5. Водогрейный котел ПТВМ-50-1 для работы на мазуте и газе: а- продольный разрез, б- поперечный разрез.

Башенные котлы ПТВМ-50-1, ПТВМ-100 и ПТВМ-180 в основном сходны между собой по конструкции и компоновке и собираются из одинаковых элементов.

Эксплуатация всех башенных водогрейных котлов при сжигании мазута выявила ряд серьезных конструктивных недостатков этих котлов. Применение дроби для очистки поверхностей нагрева от наружных загрязнений в этих котлах исключается. Обмывка же поверхностей щелочной сетевой водой настолько неэффективна, что теплопроизводительность башенных котлов снижается из-за загрязнений до 60—70% номинальной.

При обмывке сетевой водой страдают от усиленной коррозии как конвективные, так и экранные поверхности котлов. Сток кислого конденсата с внутренней поверхности дымовых труб на внутренние поверхности котла также вызывает интенсивную коррозию его труб. Значительные трудности представляет и удаление обмывочных вод, так как сброс их без нейтрализации или с недостаточной нейтрализацией приводит к опасному загрязнению водоемов.

В настоящее время выпуск башенных водогрейных котлов сокращается. Вместо них заводы будут выпускать новую серию водогрейных котлов той же производительности с П-образной компоновкой.