Классификация пароперегревателей

Пароперегреватель предназначен для перегрева поступающего в него насыщенного пара до заданной температуры. Он является одним из наиболее ответственных элементов установки, так как температура пара здесь достигает наибольших значений и размещается он в зоне высокой температуры газов.

По виду тепловосприятия пароперегреватели различают конвективные, располагаемые в конвективном газоходе и получающие теплоту конвекцией, и радиационные, устанавливаемые на стенах топочной камеры и получающие теплоту радиацией. Имеются еще и полурадиационные ширмовые пароперегреватели; их располагают в верхней части топки и частично в горизонтальном газоходе между радиационными и конвективными поверхностями нагрева.

По назначению они делятся на основные, в которых перегревается пар ВД или СКД, и промежуточные, в которых перегревается пар, частично отработавший в турбине.

Конвективные пароперегреватели выполняют из стальных труб внутренним диаметром 20-30 мм. В промежуточных пароперегревателях внутренний диаметр достигает 50 мм.

Обычно для пароперегревателей применяют гладкие трубы. Они технологичны и дешевле ребристых. Гладкие трубы меньше подвержены наружным отложениям и легче подвергаются очистке. Недостаток гладкотрубных поверхностей нагрева - ограниченное тепловосприятие при умеренных скоростях газового потока. Учитывая, что теплопередача через поверхность нагрева лимитируется наружным теплообменом , предложили конструкции с наружным оребрением труб. Различают продольное оребрение и поперечное оребрение.

На мощных энергетических блоках применяют промежуточный перегрев пара. Поскольку давление вторично-перегретого пара невелико (3-4 МПа), гидравлическое сопротивление промежуточного пароперегревателя должно быть небольшим (0,2-0,3 МПа). Это ограничивает массовую скорость пара и соответственно требует применения труб значительного диаметра, что снижает коэффициент теплоотдачи на внутренней стенке. Низкие значения коэффициента теплоотдачи при интенсивном обогреве поверхности промперегревателя, особенно на выходе из него, вызывают в ряде случаев недопустимое повышение температуры перлитной стали, из которой выполняется пароперегреватель, и требуют перехода на дорогую и технологически более сложную аустенитную сталь. Уменьшить температуру стенки промежуточного перегревателя можно, расположив его в зоне умеренного обогрева, однако это связано со значительным увеличением его поверхности нагрева, что экономически невыгодно. Интенсифицировать внутренний теплообмен в выходной («горячей») части перегревателя можно применением труб с внутренним продольным оребрением. Такая конструкция, развивая внутреннюю поверхность, существенно уменьшает температуру стенки.

Из труб пароперегревателя образуют змеевики с радиусами изгибов не менее 1,9d . Концы змеевиков приваривают к коллекторам круглого сечения. Различают змеевики одно и многозаходные. В котлах большой мощности пароперегреватели выполняют с большим числом заходов змеевиков. При этом затрудняются условия крепления концов труб в коллекторе, уменьшается его прочность. Поэтому в многозаходных поверхностях нагрева применяют «перчаточную» конструкцию присоединения змеевиков к коллекторам.

В зависимости от направления движения потоков пара и продуктов сгорания различают прямоточные, противоточные и смешанные схемы пароперегревателей.

В противоточном пароперегревателе достигается максимальный температурный напор между продуктами сгорания и паром, что уменьшает поверхность нагрева и расход металла. Недостатком схемы является опасность пережога последних по пару змеевиков, так как здесь пар наиболее высокой температуры встречается с продуктами сгорания, также имеющими наибольшую температуру, и металл труб находится в тяжелых температурных условиях. При прямотоке температурный напор меньше, чем при противотоке. Однако условия работы металла лучше, так как змеевики с наибольшей температурой пара обогреваются продуктами сгорания, уже частично охлажденными на входном участке пароперегревателя. Оптимальных условий надежности и умеренной стоимости конвективного пароперегревателя достигают в смешанной схеме.

Змеевики пароперегревателей располагают вертикально и горизонтально. Вертикальные пароперегреватели более удобны в конструктивном отношении, проще, и надежнее их крепление, они меньше подвержены шлакованию, но недренируемы, т. е. невозможен непосредственный слив конденсата, что вызывает стояночную коррозию и некоторые трудности при растопке котла. Горизонтальные пароперегреватели конструктивно более сложны в части креплений, но допускают полный слив конденсата, что упрощает эксплуатацию.

Радиационные пароперегреватели. При небольшой поверхности нагрева радиационный: пароперегреватель барабанных котлов обычно занимает потолок топки, а если этого недостаточно, то его размещают и на вертикальных ее стенах. В прямоточных котлах радиационный пароперегреватель обычно занимает потолок, ВРЧ, СРЧ и стены горизонтального газохода.

Крепления труб вертикальных и горизонтальных радиационных пароперегревателей такие же, как у парообразующих экранов, и должны обеспечивать свободное термическое удлинение труб при их нагревании.

Преимущества радиационных пароперегревателей: малое гидравлическое сопротивление (доли мегапаскалей), отсутствие загромождений газохода и сопротивления по газовой стороне.

Ширмовые пароперегреватели. Они обычно представляют собой систему труб, образующих плоские плотные ленты с входными и выходными коллекторами. Ширмы размещают на расстоянии 600- 1000 мм одна от другой вертикально или горизонтально. В вертикальной конструкции ширмы подвешиваются своими коллекторами. Основные преимущества ширм - сочетание лучистого и конвективного теплообмена, что обеспечивает им высокую тепловую эффективность при незначительном сопротивлении с газовой стороны. Ширмовые пароперегреватели воспринимают до 50% теплоты, идущей на перегрев. Размягченные частицы золы непрерывно налипают на ширмы и затвердевают на трубах. Но вследствие вибрации труб ширмы самоочищаются, и отложения не достигают большой толщины. Лишь в случае сильно шлакующих топлив могут образоваться плотные отложения. Недостаток вертикальных ширм с верхним расположением коллекторов - недренируемость. Горизонтальные ширмы подвешивают на трубах, выделяемых из пакетов самих ширм.

По длине и конфигурации трубы ширм резко различаются между собой. Параллельно включенные трубы обогреваются неодинаково. Особенно сильному обогреву по сравнению с остальными подвержены лобовые трубы. Все это приводит к тому, что наиболее аварийными оказываются внешние трубы ширм. Повышение надежности ширм достигается изготовлением одного или нескольких наиболее теплонапряженных труб из более жаропрочной стали или большего диаметра, закорачиванием внешних труб, защитой внешних труб обрамляющими трубами другой, более низкотемпературной поверхности нагрева.

Обычно ширмовые поверхности выполняются из гладких труб. На ряде станций опробованы мембранные ширмы из плавниковых труб. Они меньше шлакуются, легче очищаются от наружных загрязнений, трубы ширм не выходят из ранжира. Горизонтальные мембранные ширмы могут выполняться с опорой по краям без промежуточных опор и подвесок, так как представляют собой жесткую плоскую систему.