Вертикальные водотрубные котлы с ец шахтного типа
Это сравнительно новый тип главных котлов с сильно развитой радиационной (экранной) поверхностью нагрева в топке (рис. 9).
Рис. 9. Схема водотрубного котла шахтного типа с промежуточным перегревом пара.
ПК - паровой коллектор; ВК - водяной коллектор; ТУ - топочные устройства; Э - экранные поверхности нагрева; ОП - опускные трубы циркуляционного контура; Ф - фестон; ПП - трубная система пароперегревателя; ППП - трубная система промежуточного пароперегревателя; ЭК - трубная система водяного экономайзера; ВП - воздухоподогреватель; ДГ - дымовые газы.
Отличительными особенностями котлов шахтного типа являются:
практически полное экранирование топки с целью лучшего использования теплоты излучения факела;
отсутствие конвективных испарительных поверхностей нагрева;
потолочное расположение топочных устройств;
размещение трубных пучков пароперегревателей, экономайзера и воздухоподогревателя в вертикальной шахте газохода котла.
В таких котлах теплота излучения факела воспринимается сильно развитой экранной поверхностью нагрева, которая ограничивает со всех сторон топочное пространство и выполняет роль подъемной части контура циркуляции. Горячие продукты сгорания проходят через прореженную нижнюю часть бокового экрана - фестон, и поступают в вертикальную шахту котла, в которой расположены конвективные поверхности нагрева пароперегревателей (основного и промежуточного) и экономайзера. Далее из шахты котла продукты сгорания проходят через трубы воздухоподогревателя, отдавая свое тепло нагреваемому воздуху, и выбрасываются в атмосферу. Опускная часть контура циркуляции образована трубами, размещенными в необогреваемой части котла: как правило за экранными поверхностями нагрева.
Топливо и воздух подаются в топку сверху вниз. Верхнее (потолочное) размещение топочных устройств и большой объем топочного пространства позволили улучшить условия смешивания топлива с воздухом и сгорания топлива даже при малых коэффициентах избытка воздуха (а = 1,05 ÷1,08).
Котлы шахтного типа имеют высокий КПД (95 ÷ 97 %), вырабатывают пар высоких параметров (p = 8 МПа, tnE = 515 °С) и применяются в основном на крупнотоннажных судах с мощными пароэнергетическими установками, использующими сложные тепловые схемы с промежуточным перегревом пара.
8. Прямоточные паровые котлы
Прямоточными паровыми котлами называют такие котлы, у которых в испарительных поверхностях нагрева рабочее тело (вода, пароводяная смесь и пар) совершает принудительное однократное движение. За один прямой ход, без кругового движения по замкнутому контуру, вода полностью превращается в перегретый пар. Таким образом кратность циркуляции в прямоточных котлах равна единице:
Простейший однобитовый прямоточный котел представляет собой обогреваемую горячими газами трубу в один конец которой подается питательная вода, а из другого конца отбирается перегретый пар (рис. 10):
На экономайзерном участке котла происходит подогрев поступающей питательной воды до температуры насыщения, на испарительном -испарение воды, и на перегревательном - дальнейшее повышение температуры образовавшегося из воды пара (перегрев пара).
Отличием прямоточных котлов от котлов с ЕЦ является то, что экономайзерный, испарительный и пароперегревательный участки четко не разделены между собой, а их протяженность зависит от нагрузки котла. При уменьшении температуры газов или увеличении расхода питательной воды границы экономайзерного и испарительного участков смещаются вправо (по схеме) и их длина увеличивается; при увеличении нагрузки котла или уменьшении расхода питательной воды - смещаются влево, и их длина уменьшается.
Паропроизводительность одновиткового котла (состоящего из одной трубы) обычно не превышает значения 10 т/ч, так как дальнейшее ее увеличение связано с резким возрастанием гидравлических сопротивлений и, как следствие, со значительным увеличением мощности и малогабаритных показателей питательного насоса. Для обеспечения больших значений паропроизводительности все мощные прямоточные котлы выполняются многовитковыми.
В многовитковом прямоточном котле (рис. 11) питательная вода поступает в раздающий коллектор небольшого диаметра (100 ÷ 150 мм), откуда распределяется по нескольким параллельно включенным и обогреваемым газами виткам. После испарения и перегрева в трубах поверхностей нагрева образовавшийся пар поступает в смесительный
Рис. 11.К принципу действия многовиткового прямоточного котла.
Gm - подача питательной воды; Dm - отбор перегретого пара; Qr - теплота продуктов сгорания; РК - раздающий коллектор; СК - смесительный коллектор; ГСК- главный стопорный клапан.
(собирающий) коллектор, откуда через главный стопорный клапан отбирается на потребители.
С целью обеспечения большей компактности поверхности нагрева прямоточного котла, все параллельно включенные витки выполняют в виде змеевиков. Змеевиковые поверхности нагрева очень хорошо вписываются в газоходы, что позволяет придавать прямоточным котлам практически любую форму, удобную с точки зрения размещения в котельном отделении.
Конструктивная схема многовиткового прямоточного парового котла и принцип его действия показаны на рис. 12.
Питательная вода с помощью питательного насоса подается в раздающий коллектор экономайзера, где распределяется по нескольким параллельно включенным змеевикам трубного пучка экономайзера. В экономайзере вода нагревается до температуры меньшей, чем температура насыщения при данном давлении на 30 ÷ 40 °С, и собирается в смесительном коллекторе. Из смесительного коллектора экономайзера подогретая вода по перепускной трубе подается в раздающий коллектор испарительной части, откуда распределяется по параллельно включенным виткам, образующим экранную поверхность нагрева и ограничивающим топочное пространство. В верхней части топки из сплошного экрана витки переходят в змеевики прореженного пучка труб испарительной части котла. Слегка перегретый пар, образовавшийся в испарителе, собирается в смесительном коллекторе и по внешней перепускной трубе поступает в раздающий коллектор пароперегревателя. При движении пара по змеевикам пароперегревателя происходит дальнейшее повышение его температуры. Перегретый пар собирается в выходном коллекторе котла, откуда через главный стопорный клапан направляется на потребители.
Многовитковые прямоточные котлы могут обеспечивать большие паропроизводительности и высокие параметры пара. Они компактны, маневренны, легко вписываются в габариты котельного отделения.
Основными преимуществами прямоточных котлов по сравнению с водотрубными котлами с ЕЦ являются:
отсутствие больших и тяжелых коллекторов;
относительная свобода при компоновке поверхностей нагрева применительно к габаритам и форме котельного отделения;
более высокие допускаемые тепловые нагрузки в топке и конвективных поверхностях нагрева за счет принудительного движения рабочего тела;
более высокая степень использования поверхности нагрева, так как отсутствуют неомываемые газами (теневые) участки труб;
повышенная маневренность из-за малой теплоаккумулирующей способности (малого объема воды и металлоконструкций) котла;
малые малогабаритные показатели и высокий КПД.
К недостаткам прямоточных котлов относятся:
- невысокая надежность при работе на пониженных нагрузках из-за гидродинамических расстройств контура принудительной циркуляции;
дополнительные затраты энергии питательным насосом на преодоление гидравлических сопротивлений в пароводяном тракте котла;
очень сложная автоматизация котла, особенно в части поддержания заданных давления и температуры перегретого пара и обеспечения синхронного изменения расходов топлива, воздуха и питательной воды;
неспособность котла выдавать одновременно насыщенный и перегретый пар;
необходимость использования для растопки прямоточного котла специального растопочного сепаратора с системами и арматурой, что значительно усложняет установку;
высокие требования, предъявляемые к качеству питательной воды, из-за выпадения и отложения солей в зоне ухудшенного теплообмена в условиях отсутствия продувания и внутрикотловой обработки воды.