5.2. Теплотехнические особенности низкотемпературных котлов

Особенности низкотемпературных котлов определяются большим пропусканием продуктов сгорания ∑V_п.с на единицу выработанного пара D. Отношение ∑V_п.с/D находится в прямой зависимости от температуры продуктов сгорания на входе в КОГ Т₀:

Т0, К	925...875	1125...1075	1525...1975	Котлы с авто- номным сжига- нием топлива
∑Vп.с/D, м3/кг	6...8	3...3,5	2,0...2,5	1,2...1,5

Отношение ∑V_п.с/D оказывает влияние на последовательность включения и относительное развитие теплоиспользующих элементов, допустимое охлаждение продуктов сгорания, возможность и пути интенсификации тепловосприятия.

Последовательность включения теплоиспользующих элементов низкотемпературных КОГ следующая. Первым по ходу продуктов сгорания должен включаться пароперегреватель, поскольку при Т₀ – 1075... 1175 К для обеспечения даже умеренного (до 675...725 К) перегрева пара требуется значительное развитие поверхности пароперегревателя, несмотря невысокое значение отношения ∑V_п.с/D. Последним по ходу продуктов сгорания включается экономайзер. В экономайзере питательная вода нагревается от начальной температуры Т_п.в до температуры насыщения воды Т_н.в, т. е. на величину ΔТ_п.в= Т_н.в – Т_п.в. Этим и ограничивается роль экономайзера как водонагревателя, так как применяемая иногда «кипящая» его часть является уже элементом испарительной системы котла.

Дополнительное охлаждение продуктов сгорания, обеспечиваемое экономайзером, весьма незначительно.

Отношение D/∑V_п.с зависит от Т₀ и резко снижается при уменьшении Т₀. Поэтому иногда (например, при использовании небольшого количества низкотемпературных продуктов сгорания) экономайзер в состав котла не включают, поскольку при этом теплоиспользующая установка существенно упрощается, а ее экономичность снижается незначительно.

Рис. VI.2. Последовательность включения (а) и график распределения температур (б) в низкотемпературных КОГ.

Интенсификация тепловосприятия в низкотемпературных КОГ возможна путем повышения скорости продуктов сгорания и уменьшения диаметра труб котла. Повышение скорости ограничивается увеличением газового сопротивления и собственного расхода мощности на дымосос. Это ограничение имеет особо важное значение для низкотемпературных КОГ, работающих при больших значениях ∑V_п.с/D поскольку потребляемая мощность дымососом пропорциональна ∑V_п.с, а мощность, вырабатываемая котлом, – его паропроизводительности D. Именно поэтому в низкотемпературных КОГ на дымосос расходуется до 10...15 % эквивалентной им электрической мощности, что примерно в 8...10 раз превышает собственный расход энергии на преодоление сопротивления в котле с автономным сжиганием топлива.

5.3. Унифицированные котлы на отходящих газах

В настоящее время промышленность выпускает новую серию КОГ повышенных параметров КУ-150, КУ-125, КУ-100–1, КУ-80–3, КУ-60–2, КУ-40. Все они рассчитаны на пропуск соответственно 150, 125, 100, 80, 60, 40 тыс. м3 продуктов сгорания в час с начальной температурой 1125...925К и предназначены для выработки пара давлением 4,5 и 1,8 МПа при температуре 650...675 К. Котлы могут работать в комплексе с испарительным охлаждением печей или только для использования физической теплоты уходящих из печей продуктов сгорания.

Рассмотрим принципиальную схему котла унифицированной серии КУ-125 (рис. VI.4, а). Испарительная часть котла состоит из трех секций 3, 4 и 6, включенных последовательно по потоку продуктов сгорания и параллельно по котловой воде, подаваемой циркуляционными насосами 1.

Соотношение длин змеевиков каждой секции подбирается так, чтобы гидравлическое сопротивление их было одинаковым. Считая кратность циркуляции для всех секций неизменной, можно это условие выразить в виде

где l₁, l₂, и l₃ – длина змеевиков первой, второй и третьей секций; D₁,D₂,D₃– их паропроизводительность (рис. VI.4, б).

Деление испарительной системы котла на две-три секции, включенные по котловой воде параллельно, позволяет в 6...8 раз снизить необходимое давление и мощность циркуляционных насосов.

Корпус котла, являющийся кожухом газохода, в котором размещены змеевиковые поверхности нагрева, в зоне высоких температур (свыше 675...725К) изготовляется из стального листа (δ = 3 мм) с внутренней футеровкой легковесным шамотным кирпичом. Остальные газоходы выполняются из стальных листов (δ = 5 мм), соединяемых на сварке с соответствующими профилями жесткости и наружной тепловой изоляцией. Для восприятия тепловых удлинений отдельных участков корпуса служат компенсаторы сальникового типа.

Следует также учесть, что при высокой температуре отходящих газов и значительном содержании в них расплавленного уноса нормальная эксплуатация технологического агрегата возможна только при расположении непосредственно за рабочей камерой ради радиационно-конвективных котлов для грануляции расплавленного уноса.

Рис. VI.4. Принципиальная схема котла унифицированной серии

КУ-125:

а – последовательиость включения теплоиспольэующих элементов; б – гра­фик паропроизводительности.

Таким образом, перемещение котлов в зону более высоких температур (за рабочей камерой) необходимо не только по экономическим соображениям, но главным образом по условиям обеспечения бесперебойного осуществления основного технологического процесса.