книги из ГПНТБ / Романов Б.А. Котельные установки предприятий нефтяной и газовой промышленности

§ 9. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

Вспомогательными поверхностями нагрева котельных агрега­ тов являются водяные экономайзеры, воздухоподогреватели н па­ роперегреватели.

Водяные экономайзеры

Водяные экономайзеры служат для подогрева питательной во­ ды перед поступлением ее- в испарительную часть парового котла уходящими газообразными продуктами сгорания. Таким образом, при установке водяных экономайзеров более полно используется тепло продуктов сгорания, а следовательно, увеличивается к.п. д. котельного агрегата и экономится топливо, расходуемое в котель­ ной установке.

Экономайзеры могут быть индивидуальными (для каждого ко­ тельного агрегата) и групповыми (для нескольких котельных агрегатов). Рекомендуется устанавливать индивидуальные эконо­ майзеры, так как они работают более равномерно и с меньшим подсосом воздуха.

По конечной температуре питательной воды на выходе из эко­ номайзера различают «некипящие» и «кипящие» экономайзеры. В «некипящих» экономайзерах вода не догревается до температу­ ры насыщения в котле на 20—40° С при данном давлении. В «ки­ пящих» экономайзерах вода подогревается до температуры кипе­ ния, при этом допускается испарение 10—20% воды от номиналь­ ной производительности котла.

Экономайзеры бывают чугунными и стальными.

Чугунные экономайзеры набираются из отдельных ребристых горизонтально расположенных труб. Эти трубы включаются по воде последовательно и соединяются фланцевыми калачами. Пита­ тельная вода подается в одну из нижних труб и последовательно проходит через все трубы нижнего ряда, затем через трубы рас­ положенного выше ряда и т. д. Из последней трубы верхнего ряда подогретая вода поступает в барабан парового котла.

В настоящее время чугунные экономайзеры выпускаются систем мы Всесоюзного теплотехнического института (ВТИ). Чугунные экономайзеры применяются обычно при давлении до 2,2 МПа с котлами небольшой мощности.

ЦКТИ совместно с Кусинским машиностроительным заводом разработали серию блочных водяных экономайзеров для котлоаг­ регатов с давлением до 2,3 МПа. Блочные экономайзеры отлича­ ются высокой герметичностью, что позволяет применять их и для котлоагрегатов под наддувом.

Блочные экономайзеры собираются из чугунных ребристых труб системы ВТИ длиной 2-3 м в облегченной обмуровке и обшивке. В горизонтальном ряду устанавливаются от 2 до 9 труб. Горизон­ тальные ряды труб (до 8) собираются в группу, называемую ко­ лонкой. Экономайзеры изготавливают одно- и двухколонкового

72

типа. Площадь поверхности нагрева блочных экономайзеров 70— 808 м2.

Преимуществами чугунных экономайзеров являются повышен­ ная сопротивляемость внешней и внутренней коррозии, низкая стоимость.

К недостаткам чугунных экономайзеров относится невысокий коэффициент теплопередачи (&=12ч-І4 Вт/(м2-К), невозможность использования их при высоких давлениях, относительно большие размеры и масса.

Чугунные экономайзеры всегда делают «некипящими» во избе­ жание разрушения их от гидравлических ударов, которые могут быть при мгновенной конденсации пара, соприкасающегося с хо­ лодной водой.

Рис. 32. Схема присоединения к котлу чугунного водяного экономайзера:

1 — питательные магистрали; 2 — обратный клапан; 3 — задвижка или вентиль; 4 — питательный барабан; 5 — ре­ гулятор питания; 6 — предохранительный клапан; 7 — верхняя продувка; 8 — нижняя продувка

Типовая схема присоединения чугунного «некипящего» эконо­ майзера к котельному барабану и двум трубопроводам питатель­ ной воды показана на рис. 32.

Основным типом современных водяных экономайзеров является стальной змеевиковый из цельнотянутых и сваренных труб (рис. 33) диаметром 28—42 мм при толщине стенки в зависимости от давления 2,5—3,5 мм. Стальные экономайзеры могут быть как «некипящего», так и «кипящего» типов.

Схема присоединения к котлу стального экономайзера «кипя­ щего» типа показана на рис. 34: Питательная вода подается насо-

73

Рис. 33. Стальной змеевиковый экономайзер:

j — входной коллектор; 2 — змеевики из труб; 3 — опора змеевиков; 4 вы* ходкой коллектор

Рис. 34. Схема присоединения к котлу стального экономайзера «кипящего» типа:

74

сом и поступает в нижний входной коллектор 6, проходит по труб­ ному змеевику 1 в выходной коллектор 5 и затем по трубам уве­ личенного диаметра 4 пароводяная смесь отводится в барабан котла 3. Вся необходимая арматура располагается между магист­ ралями и входным коллектором экономайзера. Пунктиром на схе­ ме показана линия для образования специального циркуляцион­ ного контура с особым насосом. Этот циркуляционный контур необходим для защиты котла при растопке.

Стальные экономайзеры «кипящего» типа обычно состоят нз двух частей. В первой части экономайзера (по ходу воды) не до­ пускается парообразование при любых режимах работы котла. Поэтому температура воды на выходе из первой части экономай­ зера должна быть ниже па 40° С температуры кипения при данном давлении в котле. Нагретая вода в первой части экономайзера перемешивается в промежуточном коллекторе и поступает во вто­ рую «кипящую» часть водяного экономайзера.

Температура воды, поступающей в экономайзеры любого типа, должна превышать температуру точки росы 1 по крайней мере на 10° С. При подаче в экономайзер воды при температуре точки росы пли меньшей на трубах из газообразных продуктов сгорания выпадает конденсат- (трубы «потеют»), В этих условиях, при нали­ чии в продуктах сгорания сернистого газ.а, трубы экономайзера разъедаются и быстро выходят из строя.

Температура точки росы зависит от парциального давления водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, и содержа­ ния серы в топливе. Эта температура для несернистых жидких и газообразных топлив равна 50—60° С, а для сернистых жидких топлив повышается до 100—130° С.

Воздухоподогреватели

Воздухоподогреватели служат для подогрева воздуха, подавае­ мого в топку газообразными продуктами сгорания. Применение воздухоподогревателей так же, как и водяных экономайзеров, при­ водит к уменьшению температуры уходящих газов и потери тепла из-за неполноты их охлаждения, в связи с чем увеличивается к. п.д. котельного агрегата и экономится топливо. Кроме того, по­ дача в топку котельного агрегата подогретого воздуха способст­ вует улучшению топочного процесса и повышению теплопередачи в топке.

Материалом для изготовления воздухоподогревателей служат сталь и чугун. Поверхность нагрева воздухоподогревателей может

нается конденсация водяных паров, содержащихся в газообразных продуктах сгорания.

75

Наибольшее распространение получили стальные трубчатые воздухоподогреватели (рис. 35). Продукты сгорания двигаются вер­ тикально по трубкам сверху вниз, а воздух омывает снаружи шахматно расположенные трубки горизонтальным потоком. Для по­ вышения теплопередачи с помощью поперечных перегородок п пе­ репускных коробов устраивается несколько ходов по высоте возду­

вается сначала продуктами сгорания, а затем подогреваемым воз­ духом. Эти воздухоподогреватели обеспечивают подогрев воздуха до 250°С и позволяют получить глубокое охлаждение дымовых га­ зов при сжигании различных топлив.

Пароперегреватели

Пароперегреватели служат для осушения пара, поступающего из котла, и его перегрева до заданной температуры.

Пароперегреватель состоит из большого числа параллельно расположенных змеевиков 1 (рис. 36). Змеевики изготовляются из цельнотянутых труб диаметром 28—42 мм и привариваются к кол­ лекторам 2.

По расположению змеевиков в пространстве различаются гори­

76

зонтальные и вертикальные пароперегреватели. При горизонталь­ ном расположении змеевиков имеется возможность полного слива воды из них при остановке котла, однако крепление их сложно и требует большого расхода жароупорных сталей. Вертикально рас­ положенные змеевики проще крепятся, не перегибаются под дейст­ вием высоких температур, поэтому они получили наибольшее рас-1 пространение.

Вгазоходе змеевики пароперегревателя устанавливаются в ко­ ридорном и реже в шахматном порядке. Пароперегреватели со­ ставляют из одинарных, двойных или тройных змеевиков, распо­ ложенных в одной плоскости. При применении двойных и тройных змеевиков удается разместить большую поверхность нагрева в газоходе.

Взависимости от условий внешнего тепловосприятия паропере­ греватели разделяются на конвективные (установленные в газо­ ходе), радиационные (установленные в топке) и конвективно-ра­ диационные.

Всвязи с непрерывным ростом параметров пара, получаемого

вкотельных агрегатах, повышается температурная зона включе­ ния пароперегревателей (температура продуктов сгорания перед

этим причинам в настоящее время основное применение получают конвективно-радиационные пароперегреватели.

По направлению движения пара в змеевиках и потока продук­ тов сгорания пароперегреватели могут быть противоточными, параллелыюточными и комбинированными.

Противоточная схема характеризуется наибольшей разностью температур пара и газообразных продуктов сгорания по всей длине змеевика и позволяет использовать поверхность нагрева паропере­ гревателя с наибольшей эффективностью. Однако применение этой схемы ограничивается конечной температурой пара 400—450° С, так как металл труб последних петель по ходу пара работает в тя­ желых температурных условиях и возможен прогар труб.

Применение параллельноточной схемы требует большой по­ верхности нагрева и, следовательно, менее выгодно; кроме того, в начале змеевика при осушении пара откладываются соли в виде накипи, что может привести к пережогу труб пароперегревателя.

Комбинированная схема не имеет указанных недостатков и по­ лучила наибольшее распространение в котельных агрегатах. В этих пароперегревателях пар проходит сначала первую ступень по схе­ ме противотока, а затем вторую ступень по схеме прямотока.'

Температуру перегретого пара необходимо поддерживать по­ стоянной при всех изменениях нагрузки котельного агрегата, каче­ ства и условий сжигания топлива. Одной из причин, вызывающих

77

/ ш -

Рис. 36. Пароперегреватель котла ДКВ-4-13

78

Поддержание температуры перегретого пара в допустимых пре­

Регулирование температуры пара производится изменением массы протекающей воды через пароохладитель.

Во впрыскивающем охладителе регулирование осуществляется впрыском воды в поток пара, поступающий в промежуточный кол­ лектор пароперегревателя, при этом вода, испаряясь, понижает температуру пара.

Можно поддерживать температуру перегретого пара постоянной изменением массы дымовых газов, проходящих через газоход па­ роперегревателя. Такое регулирование называется газовым; при­ меняется оно редко.

Глава III

ТЯГОДУТЬЕВЫЕ УСТРОЙСТВА

§ 10. НАЗНАЧЕНИЕ, СХЕМЫ И РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ТЯГОДУТЬЕВЫХ УСТРОЙСТВ

Для осуществления рабочего процесса котельного агрегата не­ обходимо непрерывно подавать воздух для горения топлива и удалять из котельного агрегата образующиеся газообразные про­ дукты сгорания.

Внешняя сила, которая совершает работу при подаче воздуха в топку, при движении газообразных продуктов сгорания по газо­ ходам и дымовой трубе в атмосферу, называется силой тяги или просто тягой.

В зависимости от способа и вида устройства, с помощью кото­

вой трубой и возникает вследствие разности давлений (на уровне горелок или форсунок) холодного наружного воздуха и горячих газообразных продуктов сгорания, заполняющих дымовую трубу.

Дымовая труба и фиктивный (мысленно представленный) столб

.наружного воздуха (рис. 37), соединенные через газоходы котель­ ного агрегата, представляют собой как бы сообщающиеся сосуды. Веса столбов атмосферного воздуха выше устья дымовой трубы слева и справа равны и на силу тяги влияния не оказывают.

Вес столба горячих продуктов сгорания в дымовой трубе (спра­ ва) меньше веса столба холодного наружного воздуха (слева ниже устья трубы). Поэтому наружный воздух поступает в топку и вы­ тесняет продукты сгорания по газоходам котельного агрегата и дымовой трубе в атмосферу. Таким образом, чем больше высота

79

трубы, выше температура продуктов сгорания и ниже температу­

дя по газоходам котла, водяного экономайзера, воздухоподогре­ вателя, по дымоходам и по дымовой трубе, встречают на своем пути сопротивления — повороты, сужения, шероховатости обму­ ровки и т. д. На преодоление этих сопротивлений .движению и за­ трачивается создаваемая дымовой трубой тяга. Если она недо­ статочна, то применяется искусственная тяга.

Искусственная тяга создается механическими или пароструй­ ными устройствами — вентиляторами, дымососами, сифонами. Схе­ ма котельного агрегата с искусственной тягой показана на рис. 38. В котельных, где котлы оборудованы смесительными или газома­ зутными горелками, воздух к ним подается под давлением от дутьевых установок. Дутьевая установка состоит из центробеж­ ного вентилятора, электродвигателя, воздухопровода и ограждения.

На рис. 39 изображена схема центробежного дутьевого венти­ лятора. Воздух захватывается вращающимися лопатками крыль­ чатки вентилятора, отбрасывается центробежной силой от центра к краям лопаток и создающимся давлением нагнетается в возду­ хопровод. В центре крыльчатки создается разрежение, куда бес­ прерывно поступает наружный воздух.

80

Дымосос устанавливается за котельным агрегатом. Газообраз­ ные продукты сгорания из последнего газохода засасываются ды­ мососом и выбрасываются в дымовую трубу. Конструктивно ды­ мососы сходны с вентиляторами и отличаются от них только более проточными лопатками и корпусом. Общий вид дымососной уста­ новки с направляющим аппаратом показан па рис. 40.

В процессе работы котельного агрегата необходимо регулиро­ вать подачу воздуха и силу тяги. Регулирование осуществляют с помощью газовых и воздушных дроссельных заслонок и шиберов, тем самым уменьшают площадь проходного сечения газохода или. воздухопровода и увеличивают местное сопротивление. При этом уменьшаются сопротивление котельного агрегата и количество проходящих газов. Этот способ регулирования является самым не­ экономичным. Основным преимуществом дроссельного регулиро­ вания является простота, что и обусловило его широкое распрост­ ранение.

Изменяя частоту вращения вентилятора и дымососа, можно ре­

соба необходимо иметь электродвигатель с регулируемой часто­ той вращения.

Изменение тяги можно производить также специальными на­ правляющими аппаратами (см. рис. 40), устанавливаемыми у вен­ тиляторов и дымососов.

81