Енергетичні котли з природною циркуляцією середнього тиску

Вирішальний вплив на конструктивні рішення енергетичних котлів має розвиток техніки водопідготовки і водного режиму котлів, які визначають їх безнакипну роботу, а також топкової техніки, яка забезпечує раціональне факельне спалювання не лише газу і мазуту але і твердого палива в пилоподібному вигляді.

Котли з природною циркуляцією мають наступні особливості:

1) використання топок для факельного спалювання газу, мазуту і твердого палива у вигляді пилу. В пиловугільних топках передбачають сухе або рідке шлаковидалення;

2) виконання випарних поверхонь нагріву у вигляді екранів, які повністю закривають стіни топкової камери, а в котлах великої потужності також і ширм, які розміщені у верхній частині топки. Наявність одного верхнього барабана, в який включаються усі випарні циркуляційні контури котла. Застосування ступінчастого випаровування з виносними сепараторами;

3) розвинену поверхню нагріву пароперегрівача, яка розміщується безпосередньо за фестоном топки і використання пристроїв для регулювання температури перегріву пари;

4) розвинені поверхні нагріву економайзера з можливим частковим випаровуванням в ньому води і повітропідігрівача, в якому завершується глибоке охолодження продуктів згорання. В котлах середнього тиску, призначених для роботи на газі і мазуті, економайзер і повітропідігрівач виконуються одноступінчатими і розміщують послідовно по ходу газів. В котлах з пиловугільними топками економайзер і повітропідігрівач для високого підігріву повітря виконують в два ступені з розташуванням першого по ходу води ступеня економайзера між першим і другим ступенями повітропідігрівача;

5) використання модульної уніфікації окремих елементів котла і постачання їх заводом разом з полегшеною обмурівкою великими транспортабельними блоками.

На рис. 5 показані загальний вигляд і циркуляційна схема котла середнього тиску, призначеного для роботи на природному газі і мазуті. Зображений на малюнку котел типу БМ-35-РФ має наступні характеристики: паропродуктивність 50 т/год, тиск перегрітої пари 3,90 МПа (40 кгс/см²), температура перегрітої пари 440°С, живильної води 150°С. Стінки камерної топки повністю екрановані трубами випарної поверхні нагріву. Под топки не екранований. На фронтовій стінці топкової камери встановлено три газомазутні пальники в два яруси по висоті. Об'ємна густина тепловиділення топкової камери при номінальному навантаженні 230 кВт/м³.

В котлі передбачено двоступінчате випаровування. В другий ступінь випаровування з виносними циклонами включені основні частини екранів, розташованих на бічних стінах топки. Решта випарних екранних поверхонь нагріву включена в барабан (перший ступінь випаровування). На виході з топки є трирядний фестон, утворений розведеними трубами заднього екрану. Підйомні труби екранів мають діаметр 60×3 мм, а опускні 80×4 мм. Крок труб бічних екранів 210, заднього екрану 80 мм. Пароводяна суміш, яка поступає з екранів першого ступеня випаровування, розділяється на пару і воду в циклонах, встановлених в барабані. Діаметр барабана 1500 мм. Тонка сепарація пари здійснюється в жалюзійних сепараторах, встановлених на виході з барабана. З виносних циклонів пара поступає в паровий простір барабана під жалюзійними сепараторами. За сепаратором в барабані розміщений розподільний щит, який забезпечує рівномірний відбір пари з барабана в пароперегрівач. Безпосередньо за фестоном в горизонтальному газоході знаходиться пароперегрівач, який виконаний в два ступені. В першому ступені рух потоку пари по відношенню до потоку газів протитечійно-прямотечійний, а в другому ступені змійовики на виході пари включені прямотечійно, а вхідні – протитечійно. Труби змійовиків пароперегрівача мають діаметр 38×3 мм і виконані із сталі 20, а вихідних змійовиків - з сталі 15ХМ.

Рис. 5. Загальний вид котла БМ-35-РФ і його циркуляційна схема:

1 - економайзер; 2 - барабан; 3 - фронтовий екран; 4 - задній екран; 5 - колектор бічного екрану; 6 - вихідний колектор основного бічного екрану; 7 - циклон II ступеня випаровування; 8 - фестон; 9 - пароперегрівач; 10 - повітропідігрівач

ж.в - живильна вода; н.п - насичена пара; п.п - перегріта пара; х.п - холодне повітря; п - паливо; від - відхідні гази

Регулятор температури пари, який є пароохолоджувачем поверхневого типу, включений по парі в розтин між першим і другим ступенями пароперегрівача. В регуляторі перегріву охолоджуюча вода паралельними потоками рухається по петлеподібних трубах діаметром 25×3 мм, які розташовані всередині колектора діаметром 325 мм. Охолоджувана пара омиває труби поперечним потоком і відводиться в другий ступінь пароперегрівача. Регулювання температури пари здійснюється зміною кількості живильної води, яка проходить через охолоджуючі труби.

Економайзер киплячого типу виконаний з чотирьох пакетів, розташованих в опускній шахті. Змійовики економайзера з труб діаметром 32×3 мм розташовані в шаховому порядку з кроком між трубами s₁ = 60, s₂ = 40 мм. На вході води з колектора в труби першого по ходу води пакету економайзера встановлені шайби для забезпечення стійкої гідродинамічної характеристики економайзера при роботі його на двофазному середовищі. В періоди розтоплення економайзер може бути включений в лінію рециркуляції води з барабана, що забезпечує його надійне охолодження.

Повітропідігрівач трубчастий, з труб діаметром 40×1,5 мм, складається з шести секцій. Він встановлений останнім по ходу продуктів згорання в опускному газоході, виконаний в два ходи по повітрю. Гази проходять всередині труб, повітря омиває труби зовні. Одноходова компоновка економайзера і повітропідігрівача визначається прагненням спростити конструкцію конвективних поверхонь нагріву і можлива при прийнятих низьких (200-250 °С) температурах підігріву повітря.

Компоновка котла виконана по П-подібній схемі і передбачає можливість розташування димососа і вентилятора на нульовій відмітці.

На рис. 6 приведена конструкція однієї з модифікацій серійного уніфікованого для різних палив котла типу ТП-230-Б, тиск пари 9,81 МПа (100 кгс/см²), паропродуктивність 230 т/год (64 кг/с) при температурі перегріву пари 510°С і 220 т/год (51 кг/с) при 540 °С. Залежно від виду використовуваного твердого палива змінюються поверхні нагріву конвективного пароперегрівача, других ступенів економайзера і повітропідігрівача.

На рис. 6 показаний котел з сухим шлаковидаленням, такі ж установки випускають і з рідким шлаковидаленням з утепленням холодної воронки і нижньої частини екранів. Щілинні або круглі пальники розміщені по кутах топки. На стінках топки розташовані випарні екрани з труб діаметром 76 і кроком 95 мм. Екрани секціоновані в поставочні (монтажні) блоки, які мають індивідуальні колектори і труби для водопідведення і паровідведення. Верхня частина труб заднього екрану утворює чотирирядний фестон на виході продуктів згорання з топки. В котлі організовано двоступінчате випаровування з включенням сольового циркуляційного контура у виносні циклони.

Пароперегрівач складається з поверхні нагріву, розташованої на стелі топки і конвективній опускній шахті, ширмового пакету, розміщеного за фестоном і конвективного пакету, який встановлюється за ширмовим пакетом. Регулювання температури пари здійснюється вприскуванням конденсату в трубопровід, який з’єднує ширмові і конвективні пакети пароперегрівача.

Рис. 6. Котел типу ТП-230-Б:

1 - топкова камера, 2 - пальники; 3 - фестон; 4 - конвективний пароперегрівач; 5 - економайзер II ступеня; 6 - повітропідігрівач II ступеня; 7 - економайзера I ступеня; 8 - повітропідігрівач I ступеня

Економайзер і повітропідігрівач двоступінчаті. Економайзер виконаний з змійовиків горизонтальних труб малого діаметру (38 мм). Повітропідігрівач трубчастий з труб діаметром 40 мм. Конвективна шахта, починаючи з другого ступеня повітропідігрівача, розділена по глибині шахти на дві половини для кращої організації теплообміну в повітропідігрівачі і полегшення блокового виготовлення. Топка має натрубну обмурівку. Котел скомпонований по П-подібній схемі. Топка утворює підйомну шахту, пароперегрівач розташований в горизонтальному газоході, а конвективні поверхні нагріву в опускній шахті.

Прямоточні котли

Організація випаровування води і перегріву пари при прямоточному русі потоку була реалізована у ряді конструкцій котлів. На рис. 7 показані схеми прямоточних котлів які отримали подальший розвиток і використання Рамзіна, Бенсона і Зульцера.

Прямоточні котли великої паропродуктивності при високих, надвисоких і надкритичних параметрах пари широко використовуються на сучасних теплових електростанціях. Такі котли випускаються промисловістю для роботи на різних видах палива, продуктивністю 210 і 1000 т/год, з початковими параметрами пари 13,7 МПа (140 кгс/см²), 560°С і проміжним перегрівом до 560°С, а також продуктивністю 1000, 1650 і 2650, 3650, 3950 т/год, з параметрами пари 25 МПа (255 кгс/см²), 565°С і проміжним перегрівом його до 567°С.

На промислових підприємствах і на невеликих електростанціях прямоточні котли в даний час не використовуються внаслідок недоцільності використання пари надвисоких параметрів в котлах відносно невеликої потужності; високих вимог до живильної води, забезпечення необхідної якості якої утруднене великими втратами конденсату пари; додаткових витрат електроенергії на здійснення циркуляції середовища в поверхнях нагріву і ускладнення систем автоматичного регулювання.

Компоновка котлів

Під компоновкою котлів мається на увазі взаємне розташування газоходів і поверхонь нагріву. Використовують компоновки котлів показаних на схемах рис. 8.

Найбільш поширена П-подібна компоновка (рис. 8 а, б). Її перевагами є подача палива в нижню частину топки і виведення продуктів згорання з нижньої частини конвективної шахти. Недоліки цієї компоновки - нерівномірне заповнення газами топкової камери і нерівномірне обмивання продуктами згорання поверхонь нагріву, які розташовані у верхній частині котла, а також нерівномірна концентрація золи по січенню конвективної шахти.

Рис. 7. Схеми прямоточних котлів:

а) Рамзіна ПК24; р=14 МПа; продуктивність 75 кг/с (270 т/год); температура перегрітої пари 570°С: 1 і 2 - конвективний економайзер; 3 - підйомні стрічки труб; 4 - перехідна зона; 5 - промивочно-сепараційна установка; 6 - перший ступінь радіаційного перегрівача; 7 - другий ступінь радіаційного перегрівача; 8 - стельові труби: 9 - вихідний конвективний перегрівач; 10 і 11 - проміжний перегрівач; 12 - редукційно-охолоджуюча установка; 13 - вприскування живильної води перед перехідною зоною; 14 - вприскування живильної води перед промивочно-сепараційною установкою; 15 - вприскування живильної води перед вихідним конвективним перегрівачем: 16 - вприскування живильної води в трубопровід

б) Бенсона: 1 - секція екрану; 2 - пароперегрівач; 3 - перехідна зона випаровування; 4 - економайзер; 5 - повітропідігрівач; 6 - живильна вода; 7 - перегріта пара; 8 - продукти згорання

в) Зульцера: 1 - горизонтальні секції екранів; 2 - вертикальні секції екранів: 3 - перехідна зона випаровування; 4 - пароперегрівач; 5 - економайзер; 6 - повітропідігрівач; 7 - живильна вода; 8 - перегріта пара; 9 - продукти згорання

Рис. 8. Схеми компоновок котлів:

а) П-подібна; б) П-подібна двохходова; в) Т-подібна з двома конвективними шахтами; г) з U-подібними конвективними шахтами; д) з інвертною топкою; е) баштова

Т-подібна компоновка з двома конвективними шахтами, які розташовані по обидві сторони топки, з підйомним рухом газів в топці (рис. 8 в) дозволяє зменшити глибину конвективної шахти і висоту горизонтального газоходу але наявність двох конвективних шахт ускладнює відведення газів.

Триходова компоновка з двома конвективними шахтами (рис. 8 г) іноді використовується при верхньому розташуванні димососів. Чотирьохходова компоновка з двома вертикальними перехідними газоходами, які заповненні розрядженими поверхнями нагріву, застосовується при роботі котла на зольному паливі з легкоплавкою золою.

Баштова компоновка (рис. 8 е) використовується для пікових котлів, які працюють на газі і мазуті з метою використання самотяги газоходів. При цьому виникають труднощі пов'язані з здійсненням опорної конструкції для конвективних поверхонь нагріву.

U-подібна компоновка з інверторною топкою і низхідним потоком продуктів згорання в ній і їх підйомним рухом в конвективній шахті (рис. 8 д) забезпечує хороше заповнення топки факелом, низьке розташування пароперегрівачів і мінімальний опір повітряного тракту внаслідок малої довжини повітропроводів. Недолік такої компоновки - погіршена аеродинаміка перехідного газоходу, яка викликана розташуванням пальників, димососів і вентиляторів на великій висоті. Така компоновка може виявитися доцільною при роботі котла на газі і мазуті.

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ

М.Я. Кузнецова