1.5.2. Устройство парового котла

Рассмотрим устройство парового котла с естественной циркуляцией (рис.22). Основными рабочими элементами парового котла являются поверхности нагрева, которые представляют собой металлические трубчатые поверхности, омываемые с одной стороны горячими дымовыми газами, а с другой стороны ― водой, пароводяной смесью, паром, воздухом.

Экономайзер (11, 12) ― это трубчатая поверхность нагрева, которая служит для подогрева горячими дымовыми газами питательной воды, подаваемой в котёл питательным насосом. Фактически экономайзер является теплообменным аппаратом.

Питательная вода по трубопроводу (13) подаётся из экономайзера в барабан котла (1), из которого котловая вода, перемешанная с питательной, направляется по опускным трубам (9) на питание испарительных поверхностей нагрева, которые называются топочными настенными экранами (7).

В экранных трубах происходит частичное испарение воды, а в барабане пароводяная смесь разделяется на воду и пар. Таким образом, в барабане имеется водяное (2) и паровое (3) пространства.

Рис.22 Схема устройства парового котла с естественной циркуляцией.

В экранных трубах происходит частичное испарение воды, а в барабане пароводяная смесь разделяется на воду и пар. Таким образом, в барабане имеется водяное (2) и паровое (3) пространства.

Условная поверхность, отделяющая паровое пространство от водяного, называется зеркалом испарения.

Уровень воды в барабане котла измеряется системой водоуказательных приборов, который поддерживается постоянным при данной нагрузке. Различают два крайних по высоте уровня воды в барабане: низший и высший. Низший уровень воды определяется опасением оставить опускные трубы и их экраны без воды, а высший уровень устанавливается так, чтобы влажность пара не превышала допустимых значений, то есть пар не содержал большого количества капель воды.

Объём воды между предельными уровнями называется запасом питания.

Вода в барабане, замыкая цикл, снова поступает в опускные трубы (9) и нижние коллекторы (10). В барабане пар является насыщенным. Насыщенный пар проходит внутрибарабанные сепарационные устройства, оставляя в барабане часть влаги с примесями, и направляется по паропроводу (14) на перегрев в пароперегреватель.

Барабан котла является самым сложным, металлоёмким и дорогим узлом. В барабане осуществляются сбор и раздача рабочей среды, обеспечение запаса воды в котле, разделение пароводяной смеси на воду и пар, а также поддержание концентрации примесей в котловой воде, а, следовательно, качество пара.

Испарительная поверхность парогенератора ― это трубчатая поверхность нагрева, в которой осуществляется испарение воды за счёт теплоты дымовых газов. Дымовые газы передают теплоту поверхностям нагрева за счёт лучеиспускания газов (в этом случае поверхности нагрева называются радиационными) и конвекцией, то есть непосредственного контакта с газами (в этом случае поверхности нагрева называются конвективными).

Все энергетические парогенераторы оборудуются экранами, то есть поверхностями нагрева, которые располагаются на стенах топочной камеры (4), конвективных газоходов (24). Топочные экраны ограждают стены парогенератора от воздействия высоких температур в топке.

Пароперегреватель ― это трубчатая поверхность нагрева, которая служит для подогрева пара выше температуры насыщения за счёт теплоты, переданной конвекцией или комбинированно: радиацией в топке и конвекцией в газоходах в зависимости от их места размещения в котле. Пар в перегревателе проходит последовательно потолочный перегреватель (29), ширмы (30), затем первый контур конвективного перегревателя (15) и второй контур конвективного перегревателя (17). Между ними расположен пароохладитель (16), впрыскивающий питательную воду для поддержания необходимой постоянной температуры перегрева пара. После пароохладителя перегретый пар поступает по паропроводам в турбину.

Ширмы представляют собой плоские трубчатые полурадиационные поверхности, а почему полурадиационные, так они же расположены в верхней части топки, где теплопередача идёт лучеиспусканием и одновременно конвекцией. А правая часть котла называется конвективной шахтой, где тепло передаётся только за счёт конвекции.

Конвекцией называется распространение теплоты в среде с неоднородным распределением температуры, осуществляемое макроскопическими элементами жидкости при её перемещении. Такое распространение теплоты может происходить только в жидкостях и газах, частицы которых легко перемещаются в пространстве. Распространение теплоты конвекцией всегда сопровождается теплопроводностью, то есть молекулярным переносом теплоты.

Теплообмен, обусловленный совместным действием конвективного и молекулярного переноса теплоты, называется конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между движущейся жидкостью и поверхностью её раздела с другой жидкостью называется теплоотдачей.

В данной схеме парогенератора имеется вторичный промежуточный перегрев пара, осуществляющийся во вторичном промежуточном пароперегревателе (31), который служит для повышения температуры пара, отработавшего в корпусе высокого давления турбины. Перед пароперегревателем установлен фестон (8), который является испарительной поверхностью, образованный из разрежённого в верхней части топки котла заднего экрана.

Фестон предназначен для организации свободного выхода из топки (4) топочных газов в поворотный горизонтальный газоход (23).

Топочная камера парогенератора предназначена для сжигания органического топлива, частичного охлаждения продуктов сгорания за счёт передачи теплоты топочным экранам и выделения из продуктов сгорания золы. Топочная камера (4) имеет на фронтовой стене ряд круглых пылеугольных горелок (5), к которым из системы пылеприготовления подведено топливо с первичным воздухом (6) и вторичным горячим воздухом (20).

Первичный и вторичный воздух нагреваются в воздухоподогревателе (18, 19), и по воздуховоду (21) часть воздуха , который называется первичным, направляется на сушку и транспорт пыли.

Дутьевой вентилятор (28) забирает тёплый воздух из-под крыши котельной (27) и подаёт его на подогрев в воздухоподогреватель.

В нижней части топки предусмотрена система твёрдого золошлакоудаления, которая состоит из холодной воронки (32), шлаковой шахты (25) и канала гидрозолошлакоудаления (26).

Дымовые газы после воздухоподогревателя направляются в золоуловитель, а от него к дымососу, затем через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу при температуре уходящих газов 120÷160⁰С.

Данный парогенератор имеет со стороны дымовых газов систему под разрежением (или ещё её называют системой с уравновешенной тягой), которую создают совместным действием дымосос и дутьевой вентилятор. При этом дутьевой вентилятор (28) создаёт разрежение (0,001÷0,003 МПа) в воздушном подогревателе, в воздуховодах (20) и горелках (5).

Так как частички золы, содержащихся в уходящих газах обладают абразивным свойством, то дымосос из соображения уменьшения эрозии лопаток устанавливается после золоуловителей и создаёт разрежение, начиная с топки и кончая самим дымососом (до 0,004 МПа). Однако имеется и более простая система под наддувом 0,002÷0,006 МПа, создаваемый работой только дутьевой установки от всаса (27) и вплоть до дымовой трубы.

Дутьевой вентилятор, дымососов, питательный насос, устройства пылеприготовления, золоулавливания, шлакозолоудаления и золоочистки являются вспомогательным оборудованием, обеспечивающим работу парогенератора.

Котёл с внешней стороны имеет наружное ограждение, которое называется обмуровкой (22) и включает в себя обшивку из стального листа толщиной 3÷4 мм со стороны помещения котельной, вспомогательный каркас, огнеупорную обмуровку, тепловую изоляцию толщиной 50÷200 мм. Основное назначение обмуровки и обшивки заключается в уменьшении тепловых потерь в окружающую среду и обеспечения газовой плотности.

Каждый парогенератор снабжается гарнитурой и арматурой. К гарнитуре относятся все приспособления и устройства ― лючки, лазы, гляделки, шиберы, обдувочные устройства и т.д. К арматуре ― все приборы и устройства, связанные с измерением и регулированием воды и пара (манометры, термопары, водоуказатели, задвижки, вентили, предохранительные и обратные клапаны и т. д. Конструкция котла опирается на стальной несущий каркас, основными элементами которого являются стальные балки и колонны.