Характеристики и конструкции котлов.

Котлы делятся на паровые и водогрейные. Паровой котел характеризуется паро производительностью, давлением пара, его температурой и температурой питательной воды.

По производительности котлы различают: до 25 т/ч – малой, от 35 (50) – до 160 (220) – средней, выше – большой производительности. По давлению: котлы низкого давления – до 1,37МПа (14 кгс/см²), средней – до 2,35 – 3,92 МПа, высокого – 9,81 – 13,7 МПа и закритического – 25МПа.

Основные элементы паровых котельных агрегатов.

ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ. Предназначается для перегрева поступающего в него насыщенного пара до заданной температуры. Он является одним из наиболее ответственных элементов, т.к. поверхность нагрева пароперегревателя находится в тяжелых температурных условиях. Они создаются размещением пароперегревателя в области высоких температур с целью уменьшения его поверхности нагрева, и, с другой стороны, - низким коэффициентом теплоотдачи от стенки к пару.

Пароперегреватель представляет собой систему параллельно включенных (по пару) змеевиков из стальных труб малого внутреннего диаметра (20 – 40 мм), омываемых с наружной стороны дымовыми газами. Концы змеевиков приваривают к коллекторам круглого сечения. Для повышения компактности и обеспечения необходимой скорости пара змеевики выполняют двухрядными и трехрядными.

В зависимости от направления движения потоков пара и газов различают прямоточные, противоточные и смешанные пароперегреватели. При схеме с прямотоком (а) змеевики работают в облегченном температурном режиме, но требуется наибольшая площадь поверхности нагрева. Схема с противотоком (б) позволяет получить наибольший температурный напор и соответственно наименьшую площадь поверхности нагрева, но ее можно применять при небольшом перегреве пара (до 375 – 400 ⁰С) и начальной температуре газов не выше 800 – 900 ⁰С. В случае высокой температуры перегретого пара применяют смешанную схему (в), как сочетающую в себе преимущества первой в отношении надежности и второй в отношении теплообмена.

Различают пароперегреватели конвективные и комбинированные. Конвективный пароперегреватель размещают в газоходах котла, отделяя его от топки либо фестоном, образованным трубами заднего экрана, либо несколькими рядами кипятильных труб.

Работа конвективного пароперегревателя котла с естественной циркуляцией. насыщенный пар из барабана поступает в змеевики первой по ходу пара ступени пароперегревателя, где осуществляется сначала противоточное, а затем прямоточное движение пара и горючих газов. Из первой ступени пар поступает в поверхностный пароохладитель, предназначенный для регулирования температуры пара. Пароохладитель представляет собой трубчатый теплообменник, в котором охлаждение пара производится питательной водой. Степень охлаждения пара зависит от расхода воды. Пройдя через пароохладитель, пар поступает во вторую ступень пароохладителя, далее – в коллектор перегретого пара, а из него – в главный паропровод.

Водяной экономайзер. Предназначен для подогрева питательной воды теплотой уходящих газов. Установка экономайзера позволяет получить экономию топлива от 5 до 12 %.

Экономайзеры в зависимости от степени подогрева воды делятся на некипящие и кипящие. В некипящих температура воды на выходе поддерживается ниже температуры насыщения на 30 – 50 ⁰С. В кипящих экономайзерах вода нагревается до температуры кипения при данном давлении в котле и частично испаряется.

По материалу, из которого они сделаны, экономайзеры делятся на чугунные литые и стальные змеевиковые. Чугунные допускаются к установке при давлении не выше 2,8 МПа.

Основным типом чугунных экономайзеров для котлов малой мощности является ребристый экономайзер системы ВТИ. Он набирается из чугунных труб диаметром 60/76 мм с поперечными квадратными ребрами, расположенными вдоль трубы. Трубы соединяются друг с другом с помощью калачей. Вода подается насосом в крайнюю трубу нижнего ряда и проходит последовательно все трубы экономайзера. Чугунные экономайзеры относятся к типу некипящих; в них не допускается парообразование во избежание возникновения гидравлических ударов паровых пузырей в трубах экономайзера. Достоинством чугунных экономайзеров является небольшая стоимость и коррозионная устойчивость.

Стальные змеевиковые экономайзеры устанавливаются на котлах средних и высоких давлений. Выполняются ни из цельнотянутых и сварных труб диаметром 30 – 40 мм.

Коэффициент теплопередачи у стальных змеевиковых экономайзеров благодаря большим скоростям газов в плотных трубных пучках в 3 – 4 раза выше, чем у чугунных.

При сжигании топлива с большим содержанием серы на поверхностях труб экономайзеров, когда температура стенки их ниже температуры точки росы, т.т температуры конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах, происходит образование серной кислоты, вызывающей коррозию металла. Для предотвращения коррозии температура поверхности нагрева должна быть выше точки росы на 10 -15 градусов. Поэтому питательную воду, имеющую температуру ниже точки росы дымовых газов, необходимо перед поступлением ее в экономайзер подогреть. Для этой цели используют отработавший пар.

Воздухоподогреватель. Его значение в тепловом балансе котла существенно отличается от значения подогрева воды в водяном экономайзере. Теплота уходящих газов, воспринятая питательной водой в экономайзере, в виде горячей воды поступает непосредственно в барабан котла. Вследствие сокращения при этом расхода теплоты на парообразование повышается кпд котла.

Использованная в воздухоподогревателе теплота уходящих газов для подогрева воздуха вносится в топку. Благодаря этому повышается температура в топке, и уменьшаются потери теплоты от химического и механического недожога. Значение воздухоподогревателя особенно велико при сжигании влажных топлив и углей с малым выходом летучих веществ.

По принципу действия воздухоподогреватели делятся на рекуперативные и регенеративные.

В настоящее время в котлах средней мощности наибольшее распространение получили рекуперативные воздухоподогреватели. Они выполняются из труб малого диаметра, обычно 51*1,5 мм.

В воздухоподогревателе такого типа газы движутся по трубам сверху вниз, а воздух делает два – три хода поперек труб в межтрубном пространстве.

Водогрейные котлы. По роду металла различают чугунные и стальные водогрейные котлы. Чугунные котлы имеют малую производительность, не более 1,6 МВт. Они предназначены для теплоснабжения отдельных зданий.

Широкое применение получили водогрейные котлы ПТВМ м ТВГМ. Это прямоточные котлы. Обратная сетевая вода поступает в них сначала в экранные трубы всех циклонов, затем последовательно проходит через ширмовые поверхности, фронтовой экран, задний экран, конвективную часть котла, боковые экраны, из коллекторов которых происходит выход сетевой воды.