4. Хвостовые поверхности нагрева
Хвостовыми называют поверхности нагрева котла, расположенные в самом конце газового тракта. К таким поверхностям нагрева относятся водяные экономайзеры и воздухоподогреватели.
Применение хвостовых поверхностей нагрева связано со стремлением обеспечить высокую экономичность парового котла при его минимальных малогабаритных показателях. При этом целесообразность их установки тем больше, чем выше параметры пара, вырабатываемые котлом.
Все отечественные главные паровые котлы в обязательном порядке оборудуются водяными экономайзерами. Установка же воздухоподогрева-теля производится не на всех конструкциях котлов, так как присутствие этой поверхности нагрева усложняет конструкцию и эксплуатацию котла, и значительно увеличивает его малогабаритные показатели. Это связано с тем, что процесс теплопередачи от газов к воздуху протекает намного хуже, чем от газов к воде в испарительных поверхностях нагрева. Поэтому воздухоподогреватели имеют габариты, намного превышающие габариты других поверхностей нагрева. Установка же воздухоподогревателей в высоконапорных котлах вообще нецелесообразна, так как воздух после сжатия в компрессоре ТНА имеет достаточно высокую температуру: 160 ÷ 170 °С.
Водяные экономайзеры
Водяные экономайзеры (рис. 24) являются непременными элементами современного парового котла и предназначены для предварительного подогрева питательной воды перед подачей ее в паровой коллектор за счет теплоты уходящих из котла дымовых газов.
Предварительный подогрев воды позволяет сократить размеры испарительной части котла и снизить расход топлива на подогрев воды в испарительной части. В зависимости от степени нагрева питательной воды в экономайзерах, они подразделяются на нешпящие и кипящие. В некипящих экономайзерах питательная вода имеет недогрев до температуры кипения в несколько градусов. Такой недогрев питательной воды до кипения несколько снижает КПД котла, но обеспечивает более надежную работу экономайзера. Кипящие экономайзеры в судовых котельных установках не применяются.
В настоящее время в конструкциях паровых котлов применяют следующие типы экономайзеров:
гладкотрубные экономайзеры.
плавниковые экономайзеры со сплошными и пустотелыми плавниками сребренные экономайзеры со сплошными и звездообразными стальными или силуминовыми ребрами;
Применение оребрения или плавников значительно увеличивает тепловоспринимающую поверхность экономайзеров, тем самым позволяя сократить их габариты, но приводит к появлению ряда существенных недостатков: уменьшению надежности работы, усложнению технологии изготовления, ремонта и эксплуатации. Наибольшее предпочтение в отечественном котлостроении отдают гладкотрубным экономайзерам.
Рис. 24. Конструкция экономайзеров паровых котлов.
1 - схема двухсекционного экономайзера; 2 - конфигурации змеевиков экономайзеров: а-однорядная змейка; б, в - двухрядные змейки; г - многорядная змейка. ДГ - дымовые газы; GnB - подача питательной воды в экономайзер.
Воздухоподогреватели
Воздухоподогреватели паровых котлов предназначены для предварительного подогрева воздуха, поступающего в топку котла. Подача в топку подогретого воздуха улучшает условия протекания топочного процесса, способствует повышению температуры газов в топке и газоходах котла. Использование воздухоподогревателей позволяет увеличит КПД котла на 3 ÷ 5 %.
Тип и конструкция применяемого воздухоподогревателя во многом зависит от конструкции самого котла, его назначения и заданной степени экономичности. Применяемые в паровых котлах воздухоподогреватели можно классифицировать по следующим признакам:
по способу передачи теплоты: рекуперативные, в которых передача теплоты нагреваемому воздуху происходит через поверхность нагрева; регенеративные, в которых передача теплоты происходит за счет поочередного омывания теплоаккумулирующей поверхности горячими газами и нагреваемым воздухом;
по роду греющего теплоносителя: газовые; паровые; водяные;
по типу поверхности нагрева: гладкие и ребристые;
по профилю поверхности нагрева: пластинчатые и трубчатые;
по числу ходов воздуха и газов: одно-, двух-, трех- и четырехходовые;
по расположению труб: вертикальные и горизонтальные.
В судовых котлах нашли широкое применение два типа воздухоподогревателей:
паровые, греющей средой в которых является отработавший пар;
газовые, греющей средой в которых являются продукты сгорания.
В рекуперативных воздухоподогревателях продукты сгорания топлива обычно омывают трубы изнутри, а нагреваемый воздух движется в межтрубном пространстве (рис. 25.а). Встречаются и обратные схемы воздухоподогревателей с движением воздуха внутри труб (рис. 25.6). Компактность конструкции воздухоподогревателей можно существенно повысить за счет оребрения поверхности с воздушной стороны, а повышения температуры подогреваемого воздуха достичь за счет применения нескольких расположенных друг за другом секций.
Регенеративные воздухоподогреватели намного легче, компактнее и дешевле рекуперативных. Основой нх является медленно вращающийся ротор, омываемый поочередно горячими газами и холодным воздухом (более подробно конструкция регенеративных воздухоподогревателей описана в разделе газотурбинных установок). Но распространения в отечественных котельных установках регенеративные воздухоподогреватели не получили из-за склонности к загрязнению, сложности в эксплуатации и больших утечек воздуха в дымовую трубу.
Воздухоподогреватели являются самыми последними поверхностями нагрева по ходу дымовых газов, и поэтому работают в зоне низкотемпературной сернистой коррозии или в непосредственной близости от этой зоны. Низкотемпературная коррозия протекает при температуре газов ниже ~ 160 ÷ 170 °С. Это обстоятельство требует особого внимания при эксплуатации и заставляет изыскивать специальные конструктивные решения при проектировании воздухоподогревателей.