книги из ГПНТБ / Грузберг, Я. Ю. Судовые парогенераторы учебник

§ 10. Водяные экономайзеры

Водяным экономайзером называется часть парогенератора, пред­ назначенная для подогрева поступающей в парогенератор питатель­ ной воды за счет тепла дымовых газов. Водяной экономайзер устанав­ ливается за парогенератором и относится к «хвостовым» поверхностям нагрева. Дымовые газы омывают трубы поверхности нагрева водяного экономайзера и передают через них часть своего тепла воде. Благодаря этому снижается температура уходящих из парогенератора газов, повышается к. п. д. парогенератора и, соответственно, экономится

Рис. 37. Гладкотрубный змеевиковый водяной экономайзер

топливо, расходуемое в парогенераторе. Отсюда и появилось назва­ ние «экономайзер». Подогрев воды в экономайзере на 1°С вызывает охлаждение дымовых газов примерно на 2,5—3° С.

Судовые экономайзеры делятся:

по форме трубной системы — на змеевиковые, петлевые;

по типу поверхности нагрева — на гладкотрубные, ребристые и плавниковые;

по подогреву воды. — на кипящие и некипящие.

В судовых парогенераторах применяют экономайзеры некипящего типа: поступающая в них питательная вода подогревается до темпера­ туры, которая на 40—50° С меньше температуры насыщения.

Наибольшее распространение получили гладкотрубные змееви­ ковые экономайзеры, одна из конструкций которых приведена на рис. 37. Такие экономайзеры устанавливают на парогенераторах КВГ-25 (см. рис. 8).

Экономайзер состоит из горизонтально расположенных змееви­ ков 2. Питательная вода подается насосом во входную камеру 5, от­

57

куда раздается по змеевикам. Подогретая вода отводится из выходной камеры 6 в пароводяной коллектор парогенератора. Трубная часть экономайзера состоит из параллельно включенных змеевиков, выпол­ ненных из труб размером 29 х 2,5 мм. Концы труб каждого змеевика соединяются с входной и выходной камерами через приварные шту­ церы 4. Трубы змеевиков соединены между собой приварными коле­ нами 1. Провисанию труб препятствуют приваренные на прямых участ-

Рис. 38. Различные конструкции плавниковых труб экономайзеров

ках полосы 3. Лючки 7 служат для осмотра состояния внутренних поверхностей экономайзера, а также для установки влагопоглотителя при сухом хранении экономайзера.

С целью повышения надежности конструкции соединение труб посредством приварных колен (носков) заменено змеевиками с приме­ нением высокочастотного нагрева, что сохраняет возможность изго­ товлять змеевики с очень малыми расстояниями между наружными стенками труб.

Питательная вода в экономайзер может подводиться по схеме пря­ мотока или противотока. Восходящее движение позволяет исключить возможное в условиях эксплуатации образование застойных паровых пробок в трубах экономайзера. Подвод питательной воды по схеме противотока определяется условиями обеспечения высокой экономич­ ности.

58

Для повышения эффективности теплообмена иногда применяют специальные насадки в виде ребер и плавников на гладких стальных трубах. Ребристые экономайзеры с насадными дисками сложны в из­ готовлении, дороже обычных гладкотрубных и для судовых парогене­ раторов отечественной постройки в настоящее время почти не приме­ няются. Плавниковые экономайзеры, как и ребристые, дают возмож­ ность путем более интенсивной теплопередачи конвекцией от газов к поверхности нагрева уменьшить габарит пучка по сравнению с эко­ номайзерами гладкотрубного типа. Поверхность нагрева экономай­ зера с простыми продольными плавниками изображена на рис. 38, а. На рис. 38, б показан трубный пучок, составленный из труб диа­ метром 29 X 2,5 мм с приваренными к ним пустотелыми плавниками треугольного поперечного сечения.

§ 11. Воздухоподогреватели

Воздухоподогревателем называется часть парогенератора, пред­ назначенная для подогрева дутьевого воздуха за счет тепла дымовых газов или отработавшего пара. По газовому тракту воздухоподогре­ ватель располагается за водяным экономайзером и тоже относится к «хвостовым» поверхностям нагрева. Подача в топку горячего воздуха благоприятно сказывается на протекании топочного процесса, способ­ ствует повышению температуры газов как в топке, так и в газоходах парогенератора. В результате процесс теплообмена интенсифицируется, увеличивается коэффициент теплопередачи, а вместе с тем растет и количество полезного тепла, воспринятого поверхностями нагрева. Благодаря применению воздухоподогревателей к. п. д. парогенератора возрастает на 5—6% и более.

Воздухоподогреватели могут быть классифицированы по следую­ щим признакам:

по роду греющей среды — газовые и паровые. В первых воздух подогревается за счет тепла уходящих дымовых газов, во вторых — за счет тепла отработавшего пара или пара из отборов главных тур­ бин;

по конструкции поверхности нагрева — трубчатые, изготовляемые из стальных труб, и пластинчатые, изготовляемые из стальных листов.

Основное преимущество парового воздухоподогревателя состоит в том, что при его использовании повышается надежность хвостовых поверхностей нагрева парогенератора. Габарит парового воздухопо­ догревателя меньше газового. К недостаткам следует отнести более сложную конструкцию воздухоподогревателя, а следовательно, и элементов энергетической установки из-за установки дополнительных трубопроводов греющего пара и конденсата, а также необходимость в надежной системе удаления конденсата.

Трубчатый воздухоподогреватель состоит из трубчатого пучка стальных труб круглого или другого сечения. Концы труб закрепляют либо ввальцовкой в стальные трубные доски, либо приваркой к ним. В зависимости от расположения труб трубчатые воздухоподогреватели бывают вертикальные и горизонтальные. При вертикальном располо-

59

жении газы движутся внутри труб, а воздух омывает их снаружи; при горизонтальном расположении — наоборот. При вертикальном расположении меньше сопротивление по газовой стороне, трубы под­ вергаются меньшим заносам летучей золой или сажей. Горизонталь­ ные воздухоподогреватели лучше компонуются, позволяют уменьшить габарит по высоте.

На рис. 39 изображена конструкция газового вертикального труб­ чатого воздухоподогревателя парогенератора КВГ-25 и КВГ-25К (см. рис. 8). Воздухоподогреватель по ходу газов установлен за водя­ ным экономайзером. Газы проходят внутри труб 1, а воздух омывает их снаружи. Воздухоподогреватель имеет три

агрегата. Такие воздухоподогреватели выпол­ няются из ребристых элементов.

На рис. 40 показан элемент ребристого парового воздухоподогре­ вателя, выполненный из труб диаметром 25 X 2 мм, внутри которых движется пар давлением 0,3—0,4 МН/ма. Воздух проходит между трубами, которые для увеличения поверхности со стороны воздуха снабжаются ребрами 76 X 51 мм и толщиной 1,5 мм. Крепление ре­ бер производится путем развальцовки самой трубы изнутри. Ребри­ стые элементы посредством распределительного коллектора собираются в пакеты и секции.

Высокая экономичность при паровом воздухоподогревателе до­ стигается за счет установки водяного экономайзера с более развитой поверхностью нагрева, обеспечивающего снижение температуры ухо­ дящих газов до 150—160° С.

Наиболее надежны в эксплуатации при всех режимах работы паро­ генератора комбинированные воздухоподогреватели с предварительно включенной секцией парового подогрева воздуха. Такие воздухопо­ догреватели имеют высокую экономичность, обеспечивают подогрев воздуха до необходимой температуры при небольших габаритах и

61

позволяют повысить температуру стенки труб до значений, значи­ тельно уменьшающих вероятность появления точки росы.

При низкой температуре уходящих газов содержащиеся в них во­ дяные пары (Н 20) конденсируются, соединяются с серным ангидридом (S03), образуя пары серной кислоты (H2S04), что вызывает коррозию труб хвостовых поверхностей нагрева.

Наивысшая температура, при которой начинают конденсироваться содержащиеся в дымовых газах пары, называется точкой росы. На точку росы дымовых газов влияет наличие в их составе серы. Резуль­ таты экспериментальных исследований показывают, что в зависимо­ сти от содержания серы в топливе, общей компоновки и состояния эле­ ментов парогенератора точка росы может достигать 120—130°С. Эффективная защита хвостовых поверхностей нагрева от коррозион­ ного действия возможна лишь в том случае, если температура их тепло­ обменных поверхностей будет выше точки росы при всех режимах ра­ боты парогенератора. Это достигается применением на судах более сложных схем включения воздухоподогревателей и экономайзеров (например, трехходовой газовый воздухоподогреватель с предвари­ тельным подогревом воздуха в коробке парогенератора или в паровом воздухоподогревателе, экономайзер с предварительным подогревом воды в подогревателе высокого давления, а также другие комбиниро­ ванные схемы).

Существенного уменьшения степени заноса и низкотемпературной коррозии труб воздухоподогревателя добиваются применением новых конструкций топочных устройств, предназначенных для обеспечения полноты сгорания топлива при малых коэффициентах избытка воз­ духа (а — 1,03 — 1,05). С целью обеспечения долговечности труб и предохранения их от низкотемпературной коррозии ведутся работы по применению в судовых парогенераторах антикоррозийных фторо­ пластовых покрытий труб.

В регенеративных воздухоподогревателях вероятность появления точки росы отсутствует, так как в них используется нестационарный теплообмен; сначала стенки его поверхности нагреваются от дымовых газов, а затем охлаждаются воздухом. Установка регенеративного воздухоподогревателя на парогенераторе приведена на рис. 15.

Глава IV

ДЕТАЛИ СУДОВЫХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

§ 12. Коллекторы

Коллекторы парогенератора предназначены для сбора и распреде­ ления по трубам и змеевикам поверхностей нагрева воды, пароводя­ ной смеси или пара. Коллекторы большого диаметра, имеющие в попе­ речном сечении круглую форму, служат для присоединения к ним во­

62

догрейных труб основной испарительной поверхности нагрева. К ним относятся верхний пароводяной и нижние водяные коллекторы кон­ вективной и экранной поверхностей нагрева. Коллекторы малого диа­ метра могут иметь круглое или прямоугольное сечение. На современ­ ных парогенераторах устанавливают коллекторы круглой формы.

Основные части коллектора (рис. 41): обертка 1, трубная доска 5 и днища 4, 6. Обертки и трубные доски коллекторов изготовляют пу­ тем вальцовки из проката и сварки, а их днища — методом горячей штамповки. Коллекторы малого диаметра выполняют цельнокован-

I

Рис. 41. Коллектор парогенератора и его конструктивные элементы

ными. Для экономии металла стенки трубной доски и обертки делают разной толщины. Трубная доска является той частью коллектора, к которой крепят трубы поверхностей нагрева.

Водогрейные трубы закрепляют в трубных досках развальцовкой. Наименьшая толщина стенки трубной доски, исходя из условий на­ дежной развальцовки, равна Ѵ8 размера наружного диаметра труб (dH) плюс 5 мм, т. е.

(5)

Испарительные трубы комплектуют в пучки. Расстояние (в милли­ метрах) между осями соседних труб в одном ряду, расположенном в плоскости, перпендикулярной к направлению потока газов, назы­ вается поперечным шагом tx. Продольным шагом t2 называют расстоя­ ние между рядами труб, по их центрам. Шаговые отношения t j d a и /2/й?н имеют большое значение для теплообмена, поэтому расчетные величины tx и 12 должны быть строго выдержаны при изготовлении и эксплуатации парогенератора.

63

Отверстия в трубной доске для установки труб сверлят диаметром, на 0,1 — 0,2 мм превышающим наружный диаметр трубы. В стенках отверстия делают одну-две кольцевые канавки для увеличения проч­ ности вальцовочного соединения. При развальцовке испарительные трубы должны быть вдвинуты внутрь коллектора на расстояние 6— 8 мм от внутренней стенки трубной доски и развальцованы в ней «на колокольчик». При очень толстой стенке коллектора трубы обычно развальцовывают только на 40 мм. Эту толщину называют шириной вальцовочного пояса.

Днища коллекторов бывают выпуклые и плоские. Плоские днища применяют только в коллекторах малых диаметров. Для доступа внутрь коллектора на днищах предусмотрены отверстия эллиптической формы, называемые лазами. Размеры лаза назначаются 300 X 400 или 280 X 380 мм. Лазы размещены посредине днища и закрываются лазовыми затворами 3.

Для присоединения арматуры к коллекторам сделаны отверстия 2, укрепляемые штуцерами или наварышами.

Внутренние устройства пароводяного коллектора предназначены для обеспечения правильной раздачи питательноай воды, поддер­ жания необходимого качества парогенераторной воды и насыщенного пара и в некоторых случаях для регулирования температуры пере­ гретого пара и охлаждения пара, идущего на вспомогательные меха­ низмы.

На рис. 42 показан пароводяной коллектор парогенератора типа КВГ. Основные его элементы: питательная труба 10 и водораспреде­ лительные щиты 9\ сепарирующие и пароотводящие устройства, вклю­ чающие дырчатые успокоительные щиты 7 (под уровнем воды), и се­ парирующий щит 5 (потолочный); вспомогательный пароохладитель 6; система верхнего продувания 3.

Внутренние части крепят продольными и поперечными опорными угольниками 2.

Питательная труба 10 расположена в водяном объеме коллектора над опускными трубами притопочного циркуляционного контура. Для отделения опускных труб от подъемных установлены продольные и поперечные разделительные щиты 9, образующие выгородку.

Дырчатый успокоительный щит 7, размещенный вдоль коллектора на 100 мм ниже среднего уровня воды, обеспечивает равномерное рас­ пределение выходящего пара по всему зеркалу испарения. Погружен­ ный дырчатый щит также противодействует набуханию уровня и яв­ ляется успокоителем воды при качке судна. Количество отверстий в щите принимают из расчета скорости пара в них 2—3 м/с, при ко­ торой обеспечивается достаточное сопротивление для эффективной сепарации пара.

Дырчатый сепарирующий щит 5 находится в верхней части паро­ вого объема коллектора и обеспечивает равномерный отбор пара. К пароотборной трубе пар поступает через отверстия сепарирующего щита и прорези в стакане 4.

Вспомогательный пароохладитель 6 установлен в водяном1про­ странстве коллектора и предназначен для охлаждения пара, идущего

64

на вспомогательные механизмы до температуры 270—330° С. Для дре­ нажа пароохладителя предусмотрена продувочная труба 8.

Система верхнего продувания, служащая для отвода из-под зеркала испарения парогенераторной воды с наибольшей концентрацией со­ лей, состоит из трубы продувания 3 и двух воронок 1, соединенных

к паросборной трубе. Такие сепараторы обеспечивают солесодержа-

Каркас предназначен для крепления обшивки, кирпичной кладки, пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и других элементов парогенератора. Каркас должен быть достаточно жестким и прочным и в то же время не должен препятствовать тепловому уд­ линению элементов парогенератора.

На рис. 44 приведена конструкция каркаса вертикального двух­ коллекторного парогенератора с двухслойной обшивкой. Набор кар­ каса, сваренный из стальных профилей, полос и листов, образующих решетку для крепления обшивки, определяет форму обшивки и слу­ жит основанием для крепления щитов. В верхней и нижней частях каркас крепится к коллекторам угольниками с помощью болтов, про­ ходящих через овальные отверстия, чем обеспечивается свободное расширение коллекторов.

Обшивка парогенератора предназначена для образования газохо­ дов и создания герметичности, предотвращающей утечку газов или

66