Глава 24 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ
ВЕРТИКАЛЬНО-ВОДОТРУБНЫЕ КОТЕЛЬНЫ АГРЕГАТЫ
Вертикально-водотрубные котлы отечественная промышленность выпускает в основном типа ДКВР номинальной паропроизводительностью 2,5; 4,0; 6,5; 10 и 20 т/ч. Кроме того, в меньшем количестве выпу скают котлы типа ГМ-10 паропроизводительностыо 10 т/ч, типов СУ-15 и СУ-20 паропроизводительностыо 15 и 20 т/ч, типа. ГМ 50-14 паропроизводителыюстыо 50 т/ч и некоторые другие.
Котлы типа ДКВР изготовляют в основном на рабочее давление пара 1,37 Мн/м2 для производства насыщенного пара и с пароперегре вателем для производства перегретого пара с температурой 250°С. Кро ме того, котлы паропроизводительностыо 6,5; 10 и 20 т/ч выпускают на давление 2,46 Мн/м2 для производства пара, насыщенного и перегрето го до 370°С* а котлы паропроизводительностыо 10 т/ч еще. для произ водства перегретого пара давлением 3,92 Мн/м2 и температурой 400°С.
У котла типа ДКВР (рис. 23-1,6) имеются два барабана: верх ний —длинный и нижний —короткий. Нижний барабан соединен с задней половиной верхнего барабана системой завальцованных в бара баны и расположенных в коридорном порядке гнутых цельнотянутых стальных кипятильных труб наружным диаметром 51 мм, образующих развитую конвективную поверхность нагрева. Под передней половиной барабана находится топочная камера, боковые стены которой покрыты экранами из гладких труб также диаметром 51 мм. У котлов паропроиз водительностыо 10 т/ч в топке, крометого, размещены передний и задний экраны. Топка шамотной стенкой разделяется на две части —собствен но топку и камеру догорания. Это удлиняет путь газов в топке до входа
в котельный пучок и улучшает условия догорания уноса. Дымовые га зы выходят из топки через особое окно, расположенное в правом углу
разделительной стенки, проходят камеру догорания справа налево и с левой стороны котла поступают в котельный пучок, омывая его попереч ным горизонтальным потоком. В котлах ДКВР устанавливают верти кальный змеевиковый пароперегреватель, набираемый из стальных
цельнотянутых труб наружным диаметром 38 мм. Его размещают в на чале котельного пучка, отделяя от камеры догорания двумя рядами ко тельных труб. Для того чтобы можно было разместить пароперегрева тель, часть котельных труб не устанавливают. Котлы компонуют таким
образом, что их трубный пучок и экраны в сборе с барабанами, коллек торами* и опорной рамой вписываются в железнодорожный габарит; это позволяет собирать металлическую часть котла на заводе и доставлять ее на монтажную площадку в собранном виде, что упрощает монтаж
котла.
Фактическая паропроизводительность котлов ДКВР может несколь ко изменяться в зависимости от температуры питательной воды, а так же наличия или отсутствия пароперегревателя, водяного экономайзера
и воздухоподогревателя таким образом, что тепл©производительность агрегата остается приблизительно постоянной.
Котлы типа ДКВР в зависимости от рода сжигаемого топлива ком понуют с топками самых различных типов. За котлами обычно устанав ливают чугунные ребристые водяные экономайзеры или тладкотрубные стальные воздухоподогреватели. Целесообразно предусматривать уста новку либо только водяного экономайзера', либо только воздухоподогре
вателя, чтобы не усложнять компоновку и эксплуатацию котельного аг
регата. Такое решение целесообразно еще н потому., что температура дымовых газов за котлами с развитыми поверхностями нагрева относи тельно низка (250—300°С), вследствие чего количество тепла, уноси
мого дымовыми газами, относительно невелико. Пользоваться воздухо подогревателями следует только в тех.случаях, когда подогрев воздуха необходим для обеспечения нормальной работы топки.
Аэродинамические сопротивления котельных агрегатов с котлами ДКВР при наличии низкотемпературных поверхностей нагрева довольно велики и достигают 1,0—1,3 кн/м2, что приводит к необходимости уста навливать дымосос. Сопротивление колосниковых решеток, регистров мазутных форсунок и газовых горелок, достигающее 1,0—1,2 кн/м2утре
бует установкидутьевого вентилятора.
Вода, используемая для питания котлов ДКВР, должна подвергать
ся умягчению и деаэрации.
Работа котельных установок с котлами названных типов легко под
дается автоматизации, особенно при сжигании жидкого и газообразно го топлива. Коэффициент полезного действия рассматриваемых котель ных установок при наличии в агрегате низкотемпературных поверхно стей нагрева может при сжигании жидкого и газообразного топлива достигать 0,9. При сжигании бурых и пламенных каменных углей мак симально достижимые значения к.п.д. снижаются до 0,8—0,85, а при сжигании антрацитов —даже до 0,7 из-за довольно высоких значений потери тепла от механической неполноты сгорания.
КОТЕЛЬНЫ АГРЕГАТЫЭКРАННОГО ТИПА
Котельные агрегаты экранного типа в соответствии с ГОСТ выпу скают паропроизводительностыо от 35 т/ч и выше на давление пара 3,92; 9,81; 13,7 и 25 Мн/м2 с температурой перегретого пара 440, 540
и 570°С для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. При этом котельные агрегаты производительностью 35 т/ч, предназначенные для сжигания твердого топлива, выпускают в вариантах для сжигания топлива в слое и в пылевидном состоянии. Котельные же агрегаты па ропроизводительностыо от 50 т/ч и выше выполняют только для сжига ния пылевидноготоплива.
Котельные агрегаты паропроизводительностыо от 50 до 220 т/ч на давление 3,92—13,7 Мн/м2 выполняют только в виде барабанных, рабо тающих с естественной циркуляцией воды; агрегаты паропроизводитель ностыо от 250до 640 т/ч на давление 13,7 кн/м2 выполняют и в виде ба
рабанных, и прямоточных, а котельные агрегаты паропроизводительно стыо от 950 т/ч и выше на давление 25 Мн/м2 —только в виде прямоточ
ных, так как при сверхкритическом давлении естественную циркуляцию осуществить нельзя.
Типичный профиль котельного агрегата паропроизводительностыо 50—220 т/ч на давление пара 3,97—13,7 Мн/м2 при температуре пере грева 440—570°С (рис. 24-1) характеризуется компоновкой его эле ментов в виде буквы П, в результате чего образуются два хода дымо вых газов. Первым ходом является экранированная топка, определив шая название типа котельного агрегата. Экранирование топки настолько значительно, что в ней экранным поверхностям передается полностью все тепло, требующееся для превращения в пар воды, посту пившей в барабан котла. В результате исчезает необходимость в кипя тильных конвективных поверхностях нагрева; конвективными поверхно стями нагрева в котельных агрегатах этого типа остаются только паро перегреватель, водяной экономайзер и воздухоподограватель. Выйдя из
топочной камеры 2, дымовые газы поступают в короткий горизонталь ный соединительный газоход, где размещен пароперегреватель 4, отде ленный от топочной камеры только небольшим фестоном 3. После этого дымовые газы направляются во второй —нисходящий —газоход, в ко тором расположены в рассечку водяные экономайзеры 5 и воздухоподо греватели 6. Горелки 1 могут быть как завихривающне с расположени ем на передней стене или на боковых стенах встречно, так и угловые (как показано на рисунке).
У котельных агрегатов паропроизводительностыо 320—640 т/ч на давление пара 13,7 Мн/м2, как правило, сохраняют П:образную компо новку, хотя в некоторых случаях появляется и Т-образная компоновка. Выполнение пароперегревателя становится более сложным. Шире начи нают применяться полуоткрытые топки и регенеративные воздухоподо
греватели.
При П-образной компоновке котельного агрегата (рис. 24-2), рабо тающего с естественной циркуляцией воды, барабан 4 котла обычно раз мещают сравнительно высоко над топкой; сепарацию пара в этих кот
лах обычно осуществляют в выносных устройствах— циклонах 5. При сжигании антрацита применяют полуоткрытую полностью экранирован ную топку 2 с встречным расположением горелок 1 на передней и задней стенках и подом, предназначенным для жидкого шлакоудаления. На стенках камеры горения размещают шиповые, утепленные огнеупорной массой экраны, а на стенках камеры охлаждения —открытые экраны. Часто применяют комбинированный пароперегреватель 3, состоящий из потолочной радиационной части, полурадиационных ширм и конвектив ной части (см. главу 25). В нисходящей части агрегата в рассечку, т. е. чередуясь, размещены водяной экономайзер второй ступени (по ходу воды) и трубчатый воздухоподогреватель второй ступени (по ходу воз
духа), а за ними еодяной экономайзер и воздухоподогреватель первой ступени (б и 7).
Котельные агрегаты паропроизводительностью 950, 1600 и 2500 т(ч на давление пара 25 Мн)я2 предназначаются для работы в блоке с тур бинами мощностью 300, 500 и 800 Мет. Компоновка котельных агрега тов названной паропроизводительности (рис. 24-3) П-образная с возду хоподогревателем, вынесенным за пределы основной части агрегата. Перегрев пара двойной; параметры его после первичного пароперегре вателя 25 Мн/м2 и 565°С, после вторичного 4 Мн/мг и 570°С. Агрегат
36000
состоит из двух рядом стоящих одинаковых корпусов. Топка каждого корпуса состоит из камеры горения 2 с жидким,шлакоудалением и с за крытыми экранами и камеры охлаждения 3 с открытыми экранами. Го релки 1 размещены на передней и задней стенах топки. По выходе из топки дымовые газы поступают в пароперегреватель, состоящий из двух радиационных частей 4 и 5, и конвективной части 7, между которыми размещена верхняя радиационная часть 6 агрегата. Далее газы посту пают в промежуточные пароперегреватели первой ступени 8 и второй ступени 9 и далее в конвективные поверхности нагрева котла 10 и водя ного экономайзера 11. Затем они проходят в регенеративный воздухо подогреватель 12, размещенный в стороне, дымососы и дымовую
трубу.
Питательная вода поступает параллельными потоками в каждый корпус так, что имеется возможность раздельного регулирования пода чи ее по корпусам. Вода проходит последовательно через конвективные водяные экономайзеры 11, размещенные в зоне малого температурного напора, экраны камеры горения 2 и конвективную поверхность котла
(переходную зону) 10, где она превращается в пар. Полученный пар проходит через экраны камер охлаждения 3 и поступает в конвективную часть 7 первичного пароперегревателя, а из него в радиационные ча сти 4 и 5 первичного пароперегревателя и далее в турбину.
Возвращающийся из турбины пар, подлежащий промежуточному перегреву, поступает во вторую ступень 9 промежуточного пароперегре вателя, затем проходит в теплообменник 13, предназначенный для регу лирования его температуры, и далее в первую ступень пароперегрева теля 8 и обратно в турбину. Дополнительное регулирование температуры перегретого пара осуществляется вспрыскивающими паро охладителями. Трубы конвективных поверхностей нагрева очищаются от загрязнений дробеочистным устройством. Все конвективные поверх ности нагрева выполнены в виде пакетов из горизонтальных змеевиков. Наружный диаметр труб поверхностей нагрева равен 32 мм.
КОТЛЫ-УТИЛИЗАТОРЫ
Котлы-утилизаторы представляют особую группу котлов, предна значаемых для использования тепла дымовых газов, отходящих от раз
личных промышленных печей.
Особенно распространены котлы-утилизаторы в металлургической промышленности, где их устанавливают для использования тепла дымо вых газов, отходящих от сталеплавильных мартеновских печей, нагрева тельных колодцев, коксовых, медеплавильных и других печей. Кроме того, котлы-утилизаторы используют в химической промышленности, на пример в печах производства серной кислоты и синтетического каучука, в промышленности строительных материалов—в цементных и стекло варенных печах и др. В зависимости от количества топлива, сжигаемо го в печи, и температуры дымовых газов за печью, которая для различ ных печей может колебаться в пределах от 400—500 до 1000—1200°С, паропроизводительность котлов-утилизаторов может колебаться в до вольно широких пределах—от 2—3 до 30—40 т/ч. В соответствии с ха рактером потребления давление пара может составлять от 0,2 до 3,92 Мн/м2 и пар может быть перегрет до 420—470°С. Произведенный пар используется обычно для технологических и отопительных нужд
производства.
Пар давлением 3,92 Мн/м2, перегретый до 450—470°С, может быть
использовандля энергетических целей.
Котлы-утилизаторы выпускают с естественной и принудительной циркуляцией воды. Котлы с естественной циркуляцией в основном при меняют в печах с температурой отходящих газов 800—1000°С и выше, что связано с условиями обеспечения надежной циркуляции.
Глава 25
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ ИСПАРИТЕЛЬНЫ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА
Участие испарительных поверхностей нагрева котельного агрегата, т. е. кипятильных пучков и топочных экранов вертикально-водотрубных котлов, а также топочных экранов и фестонов котельных агрегатов эк ранного типа, в процессе парообразования непрерывно уменьшается с повышением давления пара.. Если в котлах низкого давления, в кото рых производится насыщенный пар, испарительные поверхности нагре
ва, составляют 100% общей поверхности нагрева, то в котельных агре гатах закритического давления испарительные поверхности нагрева полностью отсутствуют, так как в закритической области вода, достиг шая температуры кипения, переходит в пар без дополнительной затраты тепла. В котельных, агрегатах закритического давления приблизи тельно 35% используемого в них тепла затра чивается на подогрев воды до температуры фазового перехода, а 65% расходуется на пе
регрев пара.
Система испарительных поверхностей на грева определяется типом котельного агрегата.
Однако обычно независимо от типа котла испарительные поверхности нагрева и, в част ности, экраны разбиваются на некоторое чис ло (чаще всего 5—10) самостоятельных цир куляционных контуров, которые выполняют так, чтобы в каждом из них была обеспечена полная надежность циркуляции.
Испарительные поверхности нагрева вер
тикально-водотрубных котельных агрегатов (см. рис. 23-1) состоят из развитого пучка ки
пятильных труб, ввальцованных в верхний и нижний барабаны, и топочных экранов, питае мых водой из котельных барабанов через опускные и соединительные трубы и экранные камеры.
Барабаны вертикально-водотрубных кот лов изготовляют из листовой обычно слаболе
гированной стали (например, |
16ГС) свар |
|
ными. |
|
|
Трубные системы (экраны и кипятильные |
|
пучки) выполняют из бесшовных труб наруж |
|
ным диаметром 51—60 мм и толщиной стен |
|
ки 2,5—3 мм, изготовленных из углеродистой |
|
стали марок 10 и 20. |
нагрева ба |
|
Испарительные поверхности |
|
рабанных котельных агрегатоЬ экранного ти |
Рис. 25-1. Испарительные |
па (рис. 25-1) состоят из экранных труб 6 и 7, |
объединенных в единую систему при помощи |
поверхности нагрева ко |
барабана /, нижних 9, 10 и верхних 3, 4, 5 |
тельного агрегата экран |
экранных камер, опускных труб 8 и соедини |
ного типа |
тельных труб 2. Диаметр барабана в зависи мости от паропроизводительиости котельного агрегата и давления пара
составляет 1200—1800 мм при длине, достигающей 18 м. Толщина стенки барабана для котлов с давлением 1,37—3,92 Мн/м2 составляет соответ ственно 13—40 мм, с давлением 9,8 Мн/м2 90—100 мм, а для котлов бо лее высокого давления —еще больше. Для котлов среднего давления барабаны изготовляют из стали марки 16ГС, а для котлов высокого дав ления—обычно из стали 16ГНМ. Экранные камеры выполняют из бес шовных труб с наружным диаметром 219—426 мм.
Испарительные системы котлов с многократной принудительной циркуляцией и прямоточных выполняют различно. Их особенностью яв-. ляется использование труб небольшого диаметра обычно 42—32 мм.
ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛИ
Пароперегреватель, отсутствующий или слабо развитый в промыш ленных котельных агрегатах, в энергетических котельных агрегатах является важной поверхностью нагрева. Это обусловленотем, чтосповы шением давления и температуры пара относительная доля тепла, рас ходуемого на перегрев, заметно возрастает, поскольку с ростом темпе ратуры перегретого пара его энтальпия увеличивается, а с повышени ем давления насыщенного пара она уменьшается.
Различают пароперегреватели конвективные и комбинированные. Конвективный пароперегреватель устанавливают в котельных агре гатах низкого, среднего и в отдельных случаях высокого давления, ког да требуемая температура перегретого пара не превышает 440—510°С. Его размещают в газоходе котельного агрегата, обычно сразу же за топкой, отделяя от топки двумя-тремя рядами кипятильных труб в вер тикально-водотрубных котлах или небольшим фестоном, образованным
трубами заднего экрана, в котельных агрегатах экранного типа.
В котельных агрегатах высокого и закритического давления, в которых пар пе регревают до 570°С, коли чество тепла, требуемое для перегрева пара, существен
но увеличивается, вследст вие чего возросшую поверх ность нагрева пароперегре
вателя уже нельзя размес тить в газоходе за топкой.
Поэтому приходится уста навливать комбинирован
ный пароперегреватель, со стоящий из конвективной
части, размещаемой там же, где и конвективные паро
перегреватели, и из радиа ционной и полурадианион
ной |
частей, размещаемых |
в топке. |
В |
мощных котельных |
агрегатах высокого и закри тического давления разли чают первичный и проме жуточный пароперегревате ли. В первом из них осуще ствляется перегрев произ веденного в котле пара пе ред подачей.его в турбину, а в промежуточном — по вторный перегрев пара по сле его расширения в ци
линдре высокого давления турбины.
Пароперегреватели изготовляют из стальных труб наружным диа метром от 28 до 42 мм, изгибаемых в змеевики, большей частью с вер
тикальным расположением труб.
Тяжёлые температурные условия работы пароперегревателя предъ
ности давлением до 2,35 Мн}м-2. Стальные гладкотрубные экономайзеры
можно устанавливать в котельных агрегатах любой производительности и давления, но преимущественно они получили распространение для ко
тельных агрегатов средней и большой паропроизводительности при дав
лении 3,92 Мн/м2 и выше.
Чугунный ребристый водяной экономайзер (рис. 25-4) представля ет собой систему ребристых труб /, собранных в колонну, состоящую из нескольких рядов. Число труб в горизонтальном ряду определяется из
условия обеспечения требуемой скорости движения продуктов сгорания Вход газов
включения
