 |
Лекция 6. ПАРОВЫЕ КОТЛЫ И ИХ СХЕМЫ. Развитие конструкций котлов. Устройство современного парового котла
|
|
|
|
Лекция 6
ПАРОВЫЕ КОТЛЫ И ИХ СХЕМЫ
Устройства, предназначенные для получения пара или горячей воды повышенного давления за счет теплоты, выделяемой при сжигании топлива или подводимой от посторонних источников, называют котлами. Они делятся соответственно на котлы паровые и котлы водогрейные.
Развитие конструкций котлов
Историческое развитие паровых котлов шло в направлении повышения паропроизводительности, повышения параметров производимого пара (давления и температуры), надежности и безопасности в эксплуатации, увеличения экономичности (КПД) и снижения массы металлоконструкций, приходящейся на 1тонну вырабатываемого пара (рисунок 5. 1).
Рисунок 5. 1. Схема развития паровых котлов:
а – простой цилиндрический котел; б – водотрубный котел с наклонным трубным пучком; в – двухбарабанный вертикально-водотрубный котел. Стрел-ками показано движение продуктов в газоходах: 1- барабан; 2- топка; 3 – трубы
кипятильного (испарительного) пучка; 4 – опускные трубы; 5 – коллекторы, объединяющие трубы поверхностей нагрева; 6 – водяной экономайзер; 7 – пе-регородки в газоходах котла, ПВ – питательная вода; П – пар
Исходным типом современных котлов был простой цилиндрический ко-тел (рисунок 5. 1, а), выполненный в виде горизонтального барабана с топкой под ним. Стенки барабана были одновременно и поверхностью нагрева. В дальнейшем увеличение поверхности нагрева шло следующим образом. К ба-рабану присоединились дополнительные наружные трубные поверхности нагрева – кипятильные пучки, заполненные водой и обогреваемые топочными газами (водотрубные котлы, рисунок 5. 1, б).
|
|
|
Уменьшение диаметра труб этих поверхностей и увеличение их количества вели к росту удельной поверхности нагрева. Движение пароводяной смеси по трубам кипятильного пучка обеспечивалось за счет естественной циркуляции (рисунок 5. 1, в). Питательная вода из коллектора 5 подается в водяной экономайзер 6, где она предварительно подогревается перед подачей в барабан 1. Из барабана вода поступает вниз по опускным трубам 4. Чтобы предотвратить образование пароводяной смеси в опускных трубах и уменьшить их сопротивление, увеличивали их диаметр и уменьшали обогрев, располагая в зоне более низких температур. В дальнейшем опускные трубы вынесли за изоляционную стенку (обмуровку) котла (рисунок 5. 2).
Котлы, в которых вертикальные трубы используются в качестве кипя-тильного пучка, получили название вертикально-водотрубных. Впоследствии вертикальные (подъемные) трубы испарительной поверхности нагрева стали располагать на стенках топки и называть экранными поверхностями или экра-нами (Название связано с тем, что они, выполняя свою основную функцию вкачестве испарительной поверхности, еще и экранируют стены топки от излу-чения топочного объема, препятствуя налипанию на них размягченного шлака
и золы). Барабан постепенно перестал играть роль поверхности нагрева. Более того, в целях повышения надежности работы котла, барабан был вынесен из зоны обогрева.
Устройство современного парового котла
Одна из схем котла с естественной циркуляцией приведена на рисунке 5. 2. Барабанный паровой котел состоит из топочной камеры и газоходов, бара-бана, поверхностей нагрева, находящихся под давлением рабочей среды (воды, пароводяной смеси, пара), воздухоподогревателя, соединительных трубопрово-дов и воздуховодов.
Топливо подается к горелкам 7 (рисунок 5. 2). К горелкам подводится также воздух, предварительно нагретый уходящими из котла газами в воздухо-подогревателе 5. Топливовоздушная смесь, подаваемая горелками в топочную камеру (топку) 8 парового котла, сгорает, образуя высокотемпературный факел (1500 0С), излучающий теплоту на трубы 1, расположенные на внутренней поверхности стен топки (экраны). Отдав часть теплоты экранам, топочные газы с температурой 1000 0С проходят через пароперегреватель 3. Затем продукты сгорания движутся через водяной экономайзер, воздухоподогреватель и покидают котел с температурой около 110-150 0С.
|
|
|
Рисунок 5. 2. Современный вертикально-водотрубный барабанный паровой котел с естественной циркуляцией: ПВ – подача питательной воды; НП – линия насыщенного пара; ПП – перегретый пар; Т – подача топлива к горелке;
В – подвод воздуха к воздухоподогревателю; ГВ – горячий воздух; ПС-УГ – тракт продуктов сгорания и уходящих газов; Ш – шлак; 1 – экранные трубы; 2 – барабан; 3 – пароперегреватель; 4 – водяной экономайзер; 5 – воздухоподогре-ватель; 6 – коллекторы; 7 – горелка; 8 – топка; 9 – стена топки и газохода; 10 –
опускная труба; 11 – топочный факел
Вода, поступающая в паровой котел, называется питательной. Она подо-гревается в водяном экономайзере 4 теплом уходящих газов, экономя тем са-мым теплоту сожженного топлива. Испарение воды происходит в экранных трубах 1. Испарительные поверхности подключены к барабану 2 и вместе с опускными трубами 10, соединяющими барабан с нижними коллекторами экранов, образуют циркуляционный контур. В барабане происходит разделение пара и воды. Сухой насыщенный пар из барабана поступает в пароперегреватель 3, перегретый пар направляют к потребителю.
Все поверхности нагрева котла, в том числе и воздухоподогреватель, как правило, трубчатые. Экранные поверхности нагрева в котле, экраны, экранные трубы свое название получили за счет получения тепла излучением от факела сгорающего топлива. Они одновременно защищают обмуровку котла от высоких температур и налипания шлака, от выгорания и разрушения.
Нижняя часть котла называется холодной воронкой – в ней охлаждается зольный остаток, который в виде шлака проваливается в специальное приемное устройство. Газо-мазутные котлы не имеют холодной воронки.
|
|
|
Газоход, в котором расположены водяной экономайзер и воздухоподо-греватель, называют конвективным. Поверхности нагрева, встроенные в этот газоход, называют хвостовыми.
Топка и газоходы защищены от наружных теплопотерь обмуровкой – слоем огнеупорных и изоляционных материалов и имеют стальную обшивку с целью предотвращения присосов в топку избыточного воздуха.
В ряде случаев движение воды и пароводяной смеси в циркуляционном контуре осуществляется принудительно (насосом). Это котлы с многократной принудительной циркуляцией.
Одними из последних являются конструкции прямоточных котлов с принудительным, при помощи питательного насоса, движением воды, парово-дяной смеси и перегретого пара. Для этих агрегатов необходимость в барабане отпадает, и он не устанавливается. По прямоточной схеме работают все водогрейные котлы, не имеющие ни испарительных, ни перегревающих поверхностей. Основные схемы движения потока воды – пароводяная смесь – пар в современных котельных агрегатах показаны на рисунке 5. 3.
Рисунок 5. 3. Схемы движения воды, пароводяной смеси и пара в котель-ном агрегате: а – естественная циркуляция; б – многократнопринудительная циркуляция; в – прямоточное движение;
1 – подвод питательной воды; 2 – барабан; 3 – необогреваемые опускные трубы; 4 – нижний коллектор; 5 – обогреваемые подъемные трубы; 6 – отвод насыщенного пара; 7 – циркуляционный насос; 8 – испарительная поверхность; 9 – питательный насос; 10 – экономайзерная часть поверхности нагрева; 11 – паро-перегревательная часть поверхности нагрева; 12 – отвод перегретого пара
Наиболее крупными из выпускаемых в настоящее время котлов являются энергетические. Крупнейшие котлы тепловых электрических станций имеют высоту до 100 м, их паропроизводительность достигает 4000 тонн в час, а мощ-ность питающихся от них турбин может доходить до 1200 МВт, давление пара
– до 25 МПа, температура перегретого пара – до 560 0С.
|
|
|
Основным типом паровых котлов малой производительности, широко распространенных в различных отраслях промышленности, на транспорте, в коммунальном и сельском хозяйстве (пар используется для технологических и отопительно-вентиляционных нужд), а также на электростанциях малой мощности, являются вертикально-водотрубные котлы ДКВР производства Бийского котельного завода. Котлы этого типа выпускаются производительностью от 2, 5 до 20 тонн в час насыщенного или перегретого пара при давлении от 1, 4 до 3, 9 МПа и температуре до 440 0С.
|
|
|
