5 Выбор параметров среды в опорных точках тепловой схемы

Параметры в опорных точках тепловой схемы по газовому тракту зависят от параметров рабочей среды, свойства сжигаемого топлива и его минеральной части, от марки сталей в пакетах. В зоне высоких температур газов их выбирают в первую очередь из условий бесшлаковочной работы топочной камеры и полурадиационных поверхностей нагрева (ширм, фестонов), расположенных в верхней части топки, а также из условий предотвращения возможности забивания золой разреженных конвективных поверхностей нагрева с высокой температурой внутренней рабочей среды. В зоне умеренной температуры газа температура потока принимается из условия предотвращения налипания золы и сильного наружного загрязнения труб плотных конвективных пакетов, расположенных в начале конвективной шахты.

Марка применяемых сталей и температура металла заметно влияют на выбор температуры газов, поэтому опорная точка схемы по газовому тракту перед выходным пакетом промперегревателя для энергоблока с БРОУ 1 и перед трубной доской воздухоподогревателя с двухступенчатой компоновкой выбираются по условиям окалиностойкости металла.

Гидродинамическая устойчивость и отсутствие пульсации во внутреннем потоке рабочей среды определяют надежность работы котла, поэтому энтальпию воды, пара или паросодержание в ряде опорных точек тепловой схемы выбирают либо из условия получения однофазной среды, либо из условия поддержания определенного термодинамического состояния.

Конечная, начальная и промежуточная температуры воздуха оказывают заметное влияние на тепловую схему. Их выбирают с учетом обеспечения принятого метода сжигания и свойств топлива; из условия низкотемпературной сернистой коррозии в холодных ступенях воздухоподогревателя и эффективного использования поверхностей нагрева первой ступени экономайзера.

6 Выбор профиля котла

Взаимное расположение радиационных, полурадиационных и конвективных поверхностей нагрева в газоходах определяют профиль котла. На выбор профиля влияют: свойства топлива и его золовой составляющей, способ сжигания топлива, метод регулирования температуры перегретого пара и др. В энергетике основные профили котлов: П-образные, Т-образные и N-образные.

В полурадиационных газоходах котла располагают ширмовые поверхности и конвективные пакеты пароперегревателей. В конвективной шахте устанавливают выходной пакет основного и пакеты вторичного пароперегревателя, пакеты выносной переходной зоны, экономайзера. В котлах средней и большой мощности регенеративные воздухоподогреватели, а в некоторых случаях и трубчатые воздухоподогреватели выносят из конвективного газохода за пределы котельной.

Отечественная и зарубежная энергомашиностроительная промышленность изготовляет преимущественно котлы П-образного профиля, что позволяет успешно сжигать многозольные, сернистые твердые топлива и во многих случаях с жидким шлакоудалением. В этом случае короба воздуха, дымовых газов и пылепроводы размещают в районе отметки обслуживания котлов. Все тягодутьевые машины, оборудование золо- и газоочистки устанавливают на нулевой отметке, что в значительной мере уменьшает нагрузки на каркас котла, и повышает эксплуатационную надежность работы. Преимуществом П-образного профиля является возможность применения дробевой очистки всех пакетов в опускной конвективной шахте.

Однако возникающий поворот газов на 180⁰ после его выхода из топки, приводит к заметной аэродинамической разверке в пакетах, расположенных в горизонтальном и в начале опускного газохода, к образованию газозоловых вихрей, что вызывает необходимость применения специальных мер защиты труб от золового износа и от тепловой разверки в потоке рабочей среды. Применение выносного воздухоподогревателя позволяет весь периметр топки использовать для размещения горелочных устройств.

Таким образом, П-образный профиль рекомендуется, в первую очередь, для котлов на твердом топливе с жидким или сухим шлакоудалением при работе агрегата под разрежением или наддувом.

В котлах с Т-образным профилем тягодутьевые машины и золоочистительные установки также удобно устанавливать на нулевой отметке. Этот профиль рекомендуется для сжигания высоковлажных, многозольных твердых топлив с высокоабразивными свойствами золы, например, экибастузского бурого угля и др.

Наличие двух потоков газа по выходе из топки позволяет снизить высоту полурадиационного горизонтального газохода и уменьшить почти вдвое глубину каждого конвективного; при необходимости можно перераспределять потоки газов в опускных газоходах с целью подрегулирования температуры перегретого пара. Котел имеет более сложную внутреннюю схему и повышенную протяженность трубопроводов в пределах котла и несколько больший расход металла по сравнению с П-образным профилем.

В котлах с Т-образным профилем вдвое увеличивается фронт установки пакетов пароперегревателя по сравнению с П-образным, что позволяет применить в пароперегревателе трубы меньшего диаметра, а следовательно, и с меньшей толщиной стенки. Поэтому в ряде случаев расход качественного металла на тракт перегрева пара в двух одинаковых по мощности котлах может быть меньшим при применении Т-образного профиля по сравнению с П-образным.

При установке этого котла с большой осью перпендикулярно котельной и при применении схемы пылеприготовления с прямым вдуванием, мельницы можно устанавливать параллельно каждой боковой стене топки.

Котел башенного профиля наиболее целесообразен для случая сжигания газа, мазута, с наддувом, с мембранными газоплотными панелями и при установке дымовой трубы на каркасе. Он обладает более совершенной аэродинамикой с эффективным использованием самотяги. Очистка поверхностей нагрева от золовых загрязнений только паровая или воздушная: горелочные устройства можно размещать на всех четырех стенах топки. При работе котла под наддувом воздухоподогреватели и дутьевые вентиляторы размещают на верхней отметке агрегата, что приводит к необходимости усиления конструкции каркаса.

В настоящее время ТКЗ разрабатывает прямоточный пиковый котел со сварными газоплотными мембранными панелями и для работы под наддувом. За рубежом башенный профиль был осуществлен для котла открытой установки на твердом топливе, при наддуве и с жидким шлакоудалением.

В ряде случаев башенный профиль выполняют в котлах на бурых углях и лигните с целью избежать поворота дымовых газов в газоходах, а следовательно, связанного с этим интенсивного золового износа.

Башенный профиль котла целесообразен, в первую очередь, для открытых и полуоткрытых установок и он неконкурентоспособен для установок в закрытых помещениях.

В отличие от рассмотренных выше компоновок в котле U-образного профиля нельзя организовать сжигание твердого топлива с жидким шлакоудалением и осуществить дробевую очистку пакетов конвективного газохода. В этом котле более сложная конструкция нижнего горизонтального газохода с горячей воронкой топки и бункерами для отсепарированных золовых остатков из-за высокой температуры газов. Но этот профиль позволяет иметь наименьшую протяженность воздухопроводов и паропроводов в пределах агрегата.

Котлы с U-образным профилем применяются относительно редко и выполняются для специфических случаев, например, когда по условиям компоновки строительной части дымососы устанавливают на верхних отметках этажерки. В случае установки дымососов и газо-золоочистительных установок на нулевой отметке необходимо применять опускной газоход.

Отечественными котлостроительными заводами изготовлены только два прямоточных котла с U-образным профилем.

Котлы с N-образным профилем имеют две конвективные шахты с установленными в них теплообменными пакетами: одна с опускным ходом газов, а вторая с подъемных движением. Этот профиль применяют чаще всего для топлив с золовыми остатками, сильно загрязняющими поверхности нагрева. Так, например, зола эстонского сланца сильно загрязняет пакеты труб с шахматным расположением при поперечном их омывании и при температуре газа не более 600 ⁰С. В связи с особым свойством золы сланца в опускном газоходе устанавливают ширмовые поверхности нагрева, осуществляют продольное омывание и температуру газов в конце этого газохода принимают около 600⁰С.

В подъемном газоходе в этом случае устанавливают перегревательные и экономайзерные пакеты с шахматным расположением труб и осуществляют поперечное омывание. При установке газо-золоочистительного оборудования и тягодутьевых машин на нулевой отметке в этой компоновке необходимо иметь еще один опускной газоход.

В отечественной энергетике N-образный профиль применен в котлах, работающих на сланцах и на Назаровском буром угле.