Как выбрать барабанный котел: разновидности и принцип работы

Паровые котлы виды и классификация

Поделиться “Паровые котлы виды и классификация”

Давайте попробуем кратко и понятно разбить все паровые котлы по группам классификаций и кратко расскажем о видах паровых котлов.

Вид топлива

Паровые котлы работают на следующих видах топлива:

  • газообразное ( в основном природный газ)
  • жидкое топливо ( в основном мазут)
  • твердое топливо ( в основном уголь)

От выбора топлива зависит конструктивные особенности котла, а именно его топки.

Особенности схем:

стандартная схема с паровой турбиной

Паровые котлы, которые отпускают пар для паровых турбин на стандартных тепловых электростанциях.

Котлы в составе паровых котельных, отпускают пар на производство и на отопление, вентиляцию и ГВС. Ознакомиться с такой схемой можно в статье Тепловая схема котельной с паровыми котлами

Котлы на ГТУ-ТЭЦ. Такие котлы работают вместе с газовыми турбинами и получают тепло от уходящих газов ГТУ (иногда применяют схему с дожиганием топлива, в этом случае котел работает на теле уходящих газов и тепле сгорания дополнительного топлива) их называют котлами-утилизаторами.

Виды паровых котлов: прямоточные и барабанные котлы

схема прямоточного котла

Паровые котлы классифицируются на прямоточные и барабанные.

Прямоточные котлы работают на сверхкритические параметры( 24 МПа и 540 С), барабанные котлы не работают на таких параметрах. Предельное давления для отечественных барабанных котлов – 18,5 МПа.

Циркуляцию пароводяной смеси в таких котлах обеспечивает питательный насос.

В прямоточных котлах питательная вода последовательно проходит через экономайзер, испаритель (в испарителе питательная вода превращается в пар), промежуточный пароперегреватель и пароперегреватель и в виде пара отправляется в турбину.

схема барабанного котла

В барабанном котле, питательный насос подает питательную воду через экономайзер в барабан, затем при помощи циркуляционного насоса (если котел с естественной циркуляцией – насос отсутствует) происходит циркуляция пароводяной смеси из барабана через испаритель. Барабан работает как сепаратор разделяя воду и пар, последний направляется в пароперегреватель и затем в голову паровой турбины.

Теперь для того, чтобы разобраться с видами паровых котлов и их классификацией поговорим о компоновках котельных агрегатов.

Компоновка котлов

Компоновка паровых котлов бывает П образной и Тобразной. Также котлы могут иметь свои опоры или быть подвесными. Котельное отделение с П-образными котлами занимает меньше места, а дымососы и вентиляторы расположены на нулевой отметке – это главные преимущества П-образной компоновки.

Пример мощного подвесного котла П образной компоновки можно посмотреть в статье паровой котел Пп-1800-515/515.

Пример П образного прямоточного котла, с собственными опорами читайте в материале паровой угольный котел ПП-1000-24,5-565 КТ

Также есть котельные агрегаты горизонтальной компоновки, примером может служить котел небольшой мощности Viessmann

Котлы-утилизаторы, которые работают на уходящих газах ГТУ бывают вертикальными и горизонтальными. Пример горизонтального котла-утилизатора с одним барабаном смотрите в статье паровой котел утилизатор. А вот котел-утилизатор расположенный над ГТУ – не совсем типичный пример вертикального котла-утилизатора.

Тяга котлов

Паровые котлы могут быть следующих видов:

Горячие дымовые газы сами уходят из котла через дымовую трубу в атмосферу за счет разности давлений холодного воздуха в атмосфере и давления уходящих газов в дымовой трубе. Чем выше дымовая труба, холоднее на улице и выше температура уходящих газов, тем больше тяга. Тяга прямо пропорциональна произведению высоты дымовой трубы на разность плотностей воздуха в атмосфере и дымовых газов в трубе.

В компоновке станции появляется новое отделение, туда устанавливаются дымососы и дутьевые вентиляторы, которые создают дополнительную тягу. На чертеже показано дымососное отделение, 23 – дымососы, 24 – вентиляторы, 25 – дымосос рециркуляции

Движение теплоносителя

Барабанные паровые котлы могут быть, как с естественной, так и с принудительной циркуляцией. В котлах с естественной циркуляцией, пароводяная смесь циркулирует самостоятельно за счет разницы плотности воды в опускных трубах(они выносятся за пределы топки котла) и плотности пароводяной смеси в экранах расположенных в топке котла. В этом случае не нужно предусматривать циркуляционный насос.

Принудительная циркуляция применяется в котлах с высокими параметрами давления пара. При высоких давлениях разница между плотностями падает.

Поделиться “Паровые котлы виды и классификация”

Барабанные паровые котлы – разновидности конструкций

Главная страница » Барабанные паровые котлы – разновидности конструкций

Барабанные котлы – конструктивное исполнение бойлеров, где поверхности теплопередающих элементов заключены в стальной оболочке. Барабанные котлы нередко упоминаются как «жаротрубные» или «дымогарные», поскольку продукты сгорания в таких сооружениях проходят сквозь внутреннюю область пучка стальных труб. Таким образом, тепловая энергия передаётся от нагретых труб окружающей воде. Внутри барабанных котлов используются различные комбинации трубного размещения, включая разное число проходов. Благодаря технологическим вариациям, достигается нужный тепловой эффект от топлива, сжигаемого в печи котла.

Конструктивные детали барабанных котлов

Передаточная тепловая камера располагается непосредственно внутри бойлера. Такое решение позволяет увеличить площадь теплопередачи, а также даёт возможность нагревать котловую воду в точке, где тепло от печи достигает максимума — на задней стенке камеры.

Следует подчеркнуть: газы продуктов сгорания должны охлаждаться, по меньшей мере, до температуры 420°C в котлах с барабанами из стали и до 470°C для котлов с барабанами из легированной стали, перед тем, как продукты сгорания входят в передаточную камеру.

Температура, превышающая указанные значения, вызывает перегрев и растрескивание торцевых пластин. Конструкторы барабанных котлов учитывают этот важный момент, когда рассматривается возможность применения различных видов топлива.

Современная конструкция бойлера барабанного типа. Полностью автоматизированная тепловая установка высокой производительности

В общей сложности разработано несколько различных типов барабанных котлов. Ниже рассматриваются существующие и эксплуатируемые конструкции.

Ланкаширский барабанный котёл

Инженер из Шотландии — Сэр Уильям Фэйрбэрн, ещё в 1844 году сконструировал котёл барабанного типа, получивший название «Ланкаширский». Основу конструкции составил одноходовой локомотивный бойлер, созданный ранее британским инженером Ричардом Тревитиком.

Ланкаширские котлы применялись повсеместно. Подобные конструкторские экземпляры до сего дня находятся в эксплуатации. Именно эти конструкции бойлеров стали предшественниками современных и высокоэффективных конструкций, которые активно используются на современном этапе существования социума.

Котёл «Ланкашир» заключается в мощную стальную оболочку — барабан. Длина такого бойлера может составлять 5 — 9 м. Внутри барабана установлены две трубы большого диаметра, исполняющие функции дымоходов.

Часть каждого дымохода гофрирована. Так сделано специально для компенсации расширения по мере нагревания бойлерных труб и предотвращения возможного их разрушения от сильного давления.

Печь установлена непосредственно у входной части каждого дымохода в передней области барабана котла. Как правило, печь Ланкаширского котла предусматривалась под сжигание угля. Заполнение углём ведётся вручную либо автоматически.

Нагретые газообразные продукты сгорания проходят из печи через гофрированные дымоходы «Ланкашира» и нагревают стенки труб. Полученное тепло от горячих дымовых газов переносится в воду, окружающую трубы-дымоходы.

Конструктивные детали бойлера «Ланкашир»

Конструкция «Ланкашир» заключается в кирпичную кладку. Система кладки устроена так, чтобы горячие газы дымоходов пропускались внизу бойлера, передавая тепло через донную часть барабана. Затем газовый поток направляется обратным ходом по боковым сторонам.

Оба боковых канала встречаются на противоположной стороне барабанного котла «Ланкашир», объединяются и переходят в канал дымохода. Такой конструкцией проходов шотландский инженер пытался извлечь максимум энергии от продуктов сгорания, прежде чем эти продукты будут выброшены в атмосферу.

Несколько позже эффективность конструкции Ланкаширского бойлера улучшили за счёт добавления экономайзера. Поток газа уже после третьего прохода через экономайзер уходит в дымоход. Экономайзер подогревает питательную воду и способствует получению более эффективного теплового КПД.

Однако будучи удачной конструкцией, «Ланкашир» имеет и недостатки. Одним из выраженных недостатков Ланкаширского котла является периодическое нагревание и охлаждение барабана с последующим расширением и сжатием, что приводит к деформации кирпичной кладки и воздуховодов.

Экономические и эксплуатационные факторы «Ланкашир»

Этот вид барабанных котлов при сооружении считается дорогостоящим, так как требуется большое количество строительного материала и значительный объём рабочей силы, необходимой для строительства кирпичной кладки.

Таблица: основные рабочие характеристики Ланкаширского бойлера

МощностьМалаяБольшая
Габариты, м5,5 х 2,09,0 х 3,0
Выход пара, кг/ч15006500
Давление, атмЭкономичный котёл двухпроходный «сухой»

Двухпроходный экономичный котёл «сухого» типа представляет конструкцию, примерно в два раза меньшую, чем аналогичный бойлер «Ланкашир». При этом двухпроходный «сухой» экономичный агрегат имеет более высокую тепловую эффективность.

Двухходовая экономичная конструкция: 1 — горелка; 2 — первый проход; 3 — второй проход; 4 — дымовая труба; 5 — паровое пространство; 6 — выход пара; 7, 8 — вода

Первоначальная конструкция имела цилиндрическую внешнюю оболочку, содержащую два больших гофрированных дымохода, действующих как основные камеры сгорания. Горячие дымовые газы проходят через два дымохода печи к задней стороне конструкции.

Далее нагретый дым поступает во внутреннюю область кирпичной кладки (сухая задняя часть) и отводится сквозь пучок небольших металлических трубок, расположенных над дымоходами большого диаметра.

Этими трубками малого диаметра создаётся большая поверхность нагрева для воды. Дымовые газы выходят спереди конструкции и поступают в улитку вентилятора, при помощи которого нагнетаются в дымоход.

Таблица: основные рабочие характеристики экономичного бойлера на два хода

МощностьМалаяБольшая
Габариты, м3 х 1,77,0 х 4,0
Выход пара, кг/ч100015000
Давление, атмЭкономичный котёл трехпроходный «мокрый»

Продолжением разработки двухпроходного экономичного барабанного котла явилось создание трехходовой конструкции «мокрого» типа, которая сегодня выступает стандартной конфигурацией барабанных бойлеров.

Конструкция трёхходовки: 1 — горелка; 2, 3, 4 — ступени прохода продуктов горения; 5 — дымовая труба; 6, 7 — вода; 8 — область сбора пара; 9 — выход пара

Эта конструкция развивалась по мере появления новых материалов и технологий производства:

  • стали применяться более тонкие металлические трубки, позволяющие размещать большее количество единиц;
  • улучшилась скорость передачи тепла,
  • барабанные котлы стали более компактными.

Таблица: типичная теплопередача трехпроходного «мокрого» экономичного котла

Область труб, м 2Температура, ºСПередача тепла, %
1 ход11160065
2 ход4340025
3 ход4635010

Блочно-модульная котельная установка

Вначале 50-х годов XX века Министерство топлива и энергетики Великобритании спонсировало исследования, направленные на совершенствование котельных установок. Результатом этого события стал блочно-модульный котёл.

Оборудование блочно-модульного типа получили в результате дальнейшего совершенствования разработки трехходовой экономичной конструкции «мокрого» типа. Блочно-модульные котлы отличались тем, что в качестве топлива были рассчитаны под нефть, а не традиционный уголь.

Блочно-модульным котёл называется по причине поставки полного комплекта с горелкой, регуляторами уровня, питающей помпой и всеми необходимыми котельными принадлежностями и креплениями.

После доставки на место требуется смонтировать только паровую, водяную, продувочную трубопроводную сеть, а также сеть подачи топлива и электрические соединения для обеспечения работы этих сетей.

Развитие технологий также оказало значительное влияние на физический размер барабанных котлов подобного типа. Производители стремятся выпускать котлы меньших габаритов. Экономят на материалах и сохраняют конкурентоспособность продукта.

Эффективность оборудования также достигается за счет малой размерности барабана котла. Чем меньше барабан котла и площадь поверхности, тем меньше тепла теряется в окружающей среде.

В какой-то степени это приводит к всеобщему осознанию о необходимости изоляции и высокой производительности современных изоляционных материалов.

Таблица: сравнительные показатели барабанных бойлеров разных конструкций

Тип бойлераТопливоДлина, мДиаметр, мЭффективность, %Теплоотдача, кВт/м 3Выход пара, кг/м 2 /с
Ланкашируголь9,02,75743400,07
Экономуголь6,03,0767300,12
Модульныйнефть3,92,58223300,20
Модульныйгаз3,92,58026000,20

О размерах и параметрах барабанных котлов

Владельцам котельных выгодно иметь барабанные котлы малых габаритов. Такой вариант сводит к минимуму количество площадей, необходимых для котельной.

Следовательно, увеличивается пространство, доступное под другие цели.

Котельные с меньшими габаритами (при той же паровой производительности) имеют тенденцию к снижению капитальных затрат.

Объемное тепловыделение (кВт /м³)

Этот коэффициент рассчитывается путем деления общего количества тепла на объем воды в котле. Коэффициент объёмного тепловыделения связывается эффективность выработки пара.

Имеется в виду пар, высвобождаемый при максимальной нагрузке и определённом количество воды в котле. Чем меньше это число, тем больше запас резервной энергии в котле.

Следует учитывать, что показатель для современного котла относительно Ланкаширского котла, больше примерно в восемь раз, что указывает на уменьшение накопленной энергии на аналогичную величину.

Современные барабанные котлы имеют ограниченное количество запасённой энергии. Такая разработка стала возможной благодаря системам управления, которые быстро реагируют и предпринимают соответствующие действия для защиты котла и удовлетворения спроса на паровую энергию.

Скорость выпуска пара (кг/м²/с)

Коэффициент скорости выпуска пара рассчитывается путем деления количества пара, производимого в секунду, на площадь водной плоскости. Чем ниже это число, тем большая вероятность выделения частиц воды из пара и получения «сухого» пара.

Стоит учитывать — показатель скорости выпуска пара современного барабанного котла больше почти в три раза. Этим фактором объясняются меньшие возможности для разделения пара и капель воды.

Тем более процесс разделения значительно усугубляется при пользовании водой с высоким уровнем TDS. Становится необходим точный контроль для эффективности и производства сухого пара.

В моменты быстро возрастающей нагрузки барабанный котёл испытывает снижение давления, что приводит к снижению плотности пара.

Увеличение скорости выделения пара способствует постепенному наращиванию более влажной паровой составляющей на выходе.

Четырёхпроходные барабанные паровые котлы

Четырехпроходные конструкции потенциально являются наиболее термически эффективными. Однако тип топлива и рабочие условия для систем на четыре прохода нередко становятся тормозящим фактором использования.

Когда этот тип агрегатов работает при низкой потребности пара с использованием тяжелого мазута или угля, передача тепла от продуктов сгорания достигает высоких значений.

В результате температура выходного дымового газа опускается ниже точки росы кислоты, что вызывает коррозию дымоходов и воздуховодов. Не исключаются также повреждения конструкции барабана котла.

Конструкция с четырьмя проходами также подвержена более высоким тепловым нагрузкам, особенно если внезапно возникают большие колебания нагрузки.

Такое состояние способно привести к трещинам и нарушениям конструкции котла. По этим причинам четырехпроходные котлы используются крайне редко.

Наперстный котёл с обратным пламенем

Это один из вариантов конструкции обычного барабанного котла. Камера сгорания выполнена в форме наперстка, а горелка работает строго по центру камеры сгорания.

Пламя проходит двойное направление в камере сгорания, возвращаясь к передней области барабана.

Трубки, отводящие дым, окружают наперсточную часть камеры. Через эти трубки пропускаются дымовые газы к задней части котла и далее в дымоход.

Ограничения давления и мощности барабанных котлов

Напряжения, которые могут налагаться на барабанный котёл, ограничены национальными стандартами. Максимальное напряжение, действующее на корпус барабана, характеризуется как «обруч» или «окружное» усилие. Величину этого напряжения можно рассчитать, используя уравнение:

Ơ = P*D / 2x

Получается логичный вывод: стягивающая нагрузка центробежного характера увеличивается по мере увеличения диаметра. Чтобы компенсировать эту нагрузку, производители барабанных котлов используют более толстую сталь.

Однако более толстая сталь сопровождается сложностями проката. К тому же может потребоваться съём напряжения с пластин толщиной более 32 мм.

Одной из проблем при изготовлении котла является прокатка пластин для оболочки. Рулонные валики не в состоянии выгибать концевые части пластин. Следовательно, остаётся плоская составляющая.

Когда барабанный котёл находится в работе и под давлением, барабанная оболочка из пластин, сваренных вместе, имеет круглое поперечное сечение. Когда же барабанный котёл выведен из работы, пластины приобретают форму «свернутых».

Этот цикл способен вызвать усталостные разрушения (трещины) на некотором расстоянии от сварных швов. Поэтому инспекция барабанных котлов требует периодических проверок для определения точности кривизны барабанной оболочки.

Теплопередача через трубы печи осуществляется путем проводимости. Таким образом, толстая пластина не проводит тепло так же быстро, как проводит тонкая пластина. Но более толстая пластина способна выдерживать большую силу давления.

Эти критерии особенно важны для труб печей, где температура пламени может достигать 1800°C. Поэтому необходимым видится достижение баланса, когда:

  1. Наличие толстых пластин обеспечивает прочную конструкцию.
  2. Наличие тонких пластин способствует быстрой передаче тепла.

Особенности и принцип работы барабанных котлов

Классификация паровых котлов

В зависимости от характеристики соответствующего тракта и его оборудования вводится соответствующая классификация паровых котлов.

По виду сжигаемого топлива различают паровые котлы для газообразного, жидкого и твердого топлива.

По особенностям газовоздушного тракта различают котлы с естественной тягой, с уравновешенной тягой (Рисунок 13.4а) и с наддувом (Рисунок 13.4б). Паровые котлы, в которых движение воздуха и продуктов сгорания обеспечивается напором, возникающим под действием разности плотностей атмосферного воздуха и газа в дымовой трубе, называются котлами с естественной тягой.

Если сопротивление газового тракта (так же как и воздушного) преодолевается работой дутьевых вентиляторов 4, то котлы работают с наддувом(кривая б, Рисунок 13.4в).

Котлы, в которых давление в топке и начале горизонтального газохода (перед поверхностью нагрева 15 см. Рисунок 13.3) поддерживается близким к атмосферному совместной работой дутьевых вентиляторов и дымососов (соответственно 20и 22— Рисунок 13.3 или 4и 7 – Рисунок 13.4), называют котлами с уравновешенной тягой(кривая а, Рисунок 13.4, в). В этих котлах воздушный тракт находится под давлением и его сопротивление преодолевается с помощью дутьевого вентилятора, а газовый тракт находится под разрежением (сопротивление этого тракта преодолевается дымососом). Работа газового тракта под разрежением позволяет уменьшить выбросы из газоходов в котельное помещение высокотемпературных газов и золы.

Рисунок 13.4 – Схемы газовоздушного тракта в котлах с уравновешенной тягой (а), под наддувом (б)и распределение давления в них (в): 1 – короб горячего воздуха, 2 горелки, 3 паровой котел, 4 – дутьевой вентилятор, 5 – воздухоподогреватель, 6 золоуловитель, 7— дымосос, 8—дымовая труба.

Рисунок 13.5 – Схемы пароводяного тракта паровых котлов: а— барабанного с естественной циркуляцией, б—барабанного с принудительной циркуляцией, в — прямоточного; 1 – питательный насос, 2 – экономайзер, 3 – барабан, 4 – опускные трубы, 5 – коллектор, 6 – подъемные трубы испарительной поверхности нагрева, 7 – пароперегреватель, 8 – циркуляционный насос.

В настоящее время стремятся все котлы, в том числе и с урав­новешенной тягой, изготовлять в газоплотном исполнении.

По виду водопарового (пароводяного) тракта различают ба­рабанные (Рисунок 13.5, а, б) и прямоточные (Рисунок 13.5, в) котлы. Во всех типах котлов по экономайзеру 2и пароперегревателю 7вода и пар проходят однократно. Различие определяется принципом работы испарительных поверхностей нагрева 6.

В барабанных котлах пароводяная смесь в замкнутом контуре, включающем барабан 3, коллекторы 5 и испарительные по­верхности нагрева, проходит многократно, причем в котлах с принудительной цир­куляцией перед входом воды в трубы испарительных поверхностей ставят дополнительный насос 8(Рисунок 13.5, б). В прямоточных котлах (Рисунок 13.5, в) рабочее тело по всем поверхностям нагрева проходит однократно под действием напора, развиваемого пита­тельным насосом 1.

По фазовому состоянию выводимого из котла (топки) шлака различают котлы с твердым и жидким шлакоудалением. В кот­лах с твердым шлакоудалением (ТШУ) шлак из топки удаляется в твердом состоянии, а в котлах с жидким шлакоудалением (ЖМУ) шлак удаляется в расплавленном состоянии.

Паровые котлы характеризуются основными параметрами: номинальной паропроизводительностью, давлением, температурой пара (основного и промежуточного перегрева) и питательной воды.

Под номинальной паропроизводительностью понимают наибольшую нагрузку (т/ч или кг/с), которую стационарный котел должен обеспечивать в длительной эксплуатации при сжи­гании основного топлива (или при подводе номинального количества теплоты) при номинальных значениях температуры пара и питательной воды (с учетом допускаемых отклонений).

Номинальными давлением и температурой пара считают те, которые должны быть обеспечены непосредственно перед паропроводом к потребителю пара при номинальной производитель­ности котла (для температуры – дополнительно при номиналь­ном давлении и температуре питательной воды).

Номинальной температурой промежуточного перегрева пара называют температуру пара непосредственно за проме­жуточным пароперегревателем котла при номинальных зна­чениях давления пара, температуры питательной воды, паропроизводительности, а также номинальных значениях осталь­ных параметров пара промежуточного перегрева с учетом допускаемых отклонений.

Номинальная температура питательной воды – это темпе­ратура, которую необходимо обеспечить перед входом воды в экономайзер или в другой относящийся к котлу подогреватель питательной воды (при их отсутствии — перед входом в бара­бан котла) при номинальной паропроизводительности.

По параметрам рабочего тела различают котлы низко­го (менее 1 МПа), среднего (1 – 10 МПа), высокого (10-22,5 МПа) и сверхкритического давления (более 22,5 МПа). Наиболее характерные особенности котла и основные пара­метры вводятся в его обозначение. В принятых по ГОСТ 3619-82 обозначениях указывается тип котла, паропроизводительность (т/ч) и давление (МПа), температура перегрева и промежуточного перегрева пара, вид сжигаемого топлива и системы шлакоудаления для твердого топлива и некоторые другие особенности.

Буквенные обозначения типа котла и вида сжигаемого топлива: Е — с естественной циркуляцией, Пр — с принуди­тельной циркуляцией, П — прямоточный, Пп – прямоточный с промежуточным перегревом, Еп — барабанный с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом; Г — газообразное топливо, М — мазут, Б — бурые угли, К — каменные угли, Т, Ж – соответственно с твердым и жидким шлакоудалением. Например, котел барабанный с естественной циркуляцией производительностью 210 т/ч с давлением 13,8 МПа и темпе­ратурой перегрева пара 565° С на каменном угле с твердым шлакоудалением обозначают: Е-210-13,8-565 КТ.

Барабанные котлы нашли широкое применение на тепловых электростанциях и теплоэлектроцентралях. Наличие барабана, в котором зафиксирована граница раздела между паром и водой, является отличительной чертой этих котлов. Питательная вода после экономайзера 2(если его нет, то прямо после насоса 1 из питательного трубопровода) подается в барабан 3(Рисунок 13.5, а), где смешивается с котловой водой (водой, заполняющей барабан). Верхняя часть объема барабана заполнена паром и называется паровым объемом (пространством) барабана, нижняя, заполненная водой, называется водяным объе­мом, а поверхность раздела между ними — зеркалом испаре­ния. Смесь котловой и питательной воды с плотностью ρв по опускным необогреваемым трубам из барабана поступает в нижние распределительные коллектора 5, питающие испари­тельные поверхности 6(как правило, это топочные экраны). Вода, поднимаясь по трубам этих поверхностей, воспринимает теплоту от продуктов сгорания топлива (топочных газов), нагревается до температуры насыщения, а затем частично ис­паряется. Из обогреваемых труб полученная пароводяная смесь поступает в барабан, где происходит разделение пара и воды. Уровень воды (зеркало испарения) делит барабан на водный и паровой объемы. Из последнего пар по трубам, расположенным в верхней части барабана, направляется в паро­перегреватель 7(Рисунок 13.5, а). Вода же, смешиваясь в водяном объеме с питательной водой, поступающей из экономайзера, вновь направляется в опускные трубы.

Уровень воды в барабане при работе котла колеблется между низшим и высшим положением. Первое из них устанавливают исходя из обеспечения надежного поступления воды в опускные трубы, а второе – из исключения возможности попа­дания воды в пароперегреватель. Объем воды, заключенный между этими уровнями, позволяет барабанному котлу неко­торое время работать без подачи в него питательной воды.

В парообразующих трубах за один проход испаряется лишь часть (43-25%) поступающей в них воды. Это позволяет обес­печить достаточно надежное охлаждение металла подъемных труб, а также предотвратить накопление солей, выпадающих при испарении воды на внутренней поверхности труб, путем организации непрерывного удаления части котловой воды из котла. Поэтому для питания котла допускается использование воды с довольно значительным содержанием растворимых в ней солей.

Замкнутую систему, состоящую из барабана 3, опускных труб 4, коллектора 5и подъемных труб 6, по которой многократ­но движется рабочее тело, принято называть контуром цир­куляции, а многократное движение воды в нем — цирку­ляцией. Движение рабочей среды, обусловленное только различием между массой столба воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъемных, называют естественной цир­куляцией, а паровой котел — барабанным с естественной циркуляцией.

Возникающий в контурах циркуляции перепад давлений ΔРдв, называемый движущим напором циркуляции, зависит от высоты контура Ни разности плотностей воды ρв в опускных и пароводяной смеси ρсм в подъемных трубах:

Он расходуется на преодоление сопротивления движению рабочего тела по трубам. Обычно его величина в паровых котлах с естественной циркуляцией относительно невелика (не более 0,1 МПа), что не позволяет развивать в контурах циркуляции высоких скоростей. Так как при невысоких скоростях парово­дяной смеси возможно ее расслоение, то в котлах с естественной циркуляцией обогреваемые трубы не могут располагаться горизонтально или быть слабонаклоненными: преимущественное расположение труб – вертикальное.

Естественную циркуляцию следует применять в котлах с давлением в барабане не выше 17,5—18,5 МПа. При высоком давлении (близком к критическому) из-за малой разницы в плотностях пара и воды обеспечение устойчивого движения ра­бочей среды в циркуляционном контуре весьма затруднительно. В этом случае в котле следует использовать принудительную циркуляцию.

Установка циркуляционного насоса в котлах с принудитель­ной циркуляцией (Рисунок 13.5, 6) позволяет повысить напор в цир­куляционном контуре и обеспечить произвольное (как верти­кальное, так и горизонтальное) расположение обогреваемых испарительных труб, а также повысить степень парообразования, влекущее уменьшение кратности циркуляции (отношение количества поступающей в контур циркуляции воды к количеству образующегося пара). Так, если в паровых котлах с естественной циркуляцией в зависимости от высоты контура и параметров рабочего тела кратность циркуляции составляет Кц = 5÷30, то в паровых котлах с принудительной циркуляцией она уменьшается до Кц = 3÷10.

Дата добавления: 2015-03-29 ; Просмотров: 3051 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Устройство и принцип работы паровых котлов

Паровые котлы (ПК) – комплекс технологического взаимосвязанного оборудования установленного для выработки пара из питательной воды используемого в различных отраслях: энергетика, жилищно-коммунальное хозяйство, металлургия, нефте-химия, медицина и строительство.

По сферам применения они подразделяются на промышленные парогенераторы большой мощности и бытовые, которые могут работать на разных видах топлива, в том числе, как утилизационные установки для выработки вторичных энергоресурсов от выбросов тепла промышленными предприятиями.

Паровой котел способен вырабатывать пар 2-х видов: насыщенный и перегретый. Существующие агрегаты различают по давлению пара в МПа: низкого до 1.0, среднего в диапазоне от 1.0 до 10.0, высокого свыше 14.0, сверхвысокого от 18 до 20 и сверхкритического более 22.5.

Насыщенный широко применяется в устройствах жилищно-коммунального хозяйства, а перегретый из-за своих опасных свойств и высоких требований к применению – исключительно на объектах промышленного масштаба.

Для каких целей нужен пар

Знание того, где используется паровой котел и с какими режимами, позволяет эффективно выбрать оборудование.

ПК применяются в таких отраслях:

  1. ЖКХ в центральном отоплении устанавливают модификации ПК низкого или среднего давления для парового отопления. Теплоноситель поступает либо непосредственно в сеть, либо через теплообменные аппараты подготавливает воду для центрального отопления и ГВС.
  2. Промышленность применяет более мощные парогенераторы, вырабатывающие перегретый пар с повышенной теплоотдачей.
  3. Энергетика, паровые котлы высокого давления участвуют в схемах генерации электроэнергии, передавая пар турбине.
  4. Промышленность, ПК обеспечивают механическое движение производственных аппаратов.
  5. Железнодорожный транспорт, ПК установлены на тепловозах.

Принцип работы парового котла

Для функционирования паровых котлов высокого давления используют химически обработанную воду, нагреваемую через пакеты экранных труб, под воздействием горячих уходящих газов, образующихся, как продукт от горения природного топлива.

С ростом температуры вода преобразуется в пар, поступающий на участок применения для передачи тепловой энергии или кинетической энергии струи.

  1. Природная вода поступает на водоподготовку, где проходит очистку от взвешенных веществ и умягчается. Затем она подается в баках химочищенной воды и подаётся в агрегат с помощью питательных насосов для паровых устройств.
  2. Прежде чем попасть в барабан питательная среда поступает через экономайзер – чугунное теплонагревающее устройство расположенное в хвостовой части агрегата для снижения температуры уходящих газов и повышения кпд парового котла.
  3. Из верхнего барабана вода по необогреваемым трубам попадает в нижний барабан, а поднимается из него по подъемным конвективным трубам в виде пароводяной смеси.
  4. В верхнем барабане проходит процесс его сепарации от влаги.
  5. Сухой пар через паропроводы направляется к потребителям.
  6. Если это парогенератор, то пар повторно проходит нагрев в пароперегревателе.

Устройство парового котла

Конструкцию ПК упрощенно можно представит, в виде емкости, где вода преобразовывается в пар. Она изготовлена из труб разного диаметра. Кроме трубной системы ПК имеет топочное пространство, в которой сжигают природное топливо.

Устройство парового котла и его конструктивные особенности, определяются видом топлива. Например, угольные топки оборудованы колосниками, на которых размещен горящий топливный слой, через них в топку поступает кислород.

Вверху топки установлен дымоход, создающий тягу в парогазовом тракте агрегата, чем поддерживается нормальный режим. Паровые котлы на газе имеют газовую или мазутную горелки.

Горячие уходящие газы, получаемые в процессе горения топлива, нагреваю воду до кипения, после этого с зеркала испарения начинает выделяться пар, поступающий потребителю, а дымовые газы через трубу уходят в атмосферу.

Главные конструкционные элементы паровых котельных связываются в одну целостную котловую систему с помощью гарнитуры, арматуры, циркуляционных насосов, КИПиА дымососов и вентиляторов.

Схема парового котлоагрегата

ПК устанавливаются в котельном зале, который может располагаться в отдельно стоящих, примыкающих и встроенных зданий нежилого назначения.

Обозначения по схеме:

  1. Система топливоподачи газового парового котла, No1.
  2. Устройство для горения – топка, No2.
  3. Циркуляционные трубы,No3.
  4. Зона пароводяной смеси, зеркало испарения,No4.
  5. Направление движения питательной воды, NoNo5,6 и 7.
  6. Перегородки, No8.
  7. Газоход, No9.
  8. Дымовая труба, No10.
  9. Выход циркуляционной воды, из емкости парового котла, No11.
  10. Слив продувочной воды, No12.
  11. Подпитка котла водой, No13.
  12. Паровой коллектор, No14.
  13. Сепарация пара в барабане, NoNo15,16.
  14. Водоуказательные стекла, No17.
  15. Зона насыщенного пара, No18.
  16. Зона пароводяной смеси, No19.

Типы паровых котлов

ПК классифицируются по нескольким параметрам и их надо знать, потому что от этого зависит, как работает паровой котел.

По видам сжигаемого топлива:

  • газообразное топливо;
  • паровые котлы на твердом топливе;
  • жидкотопливные: мазут, солярка;
  • электрическая энергия.
  1. Котел утилизатор — участвует в схемах экономии топлива и переработки вторичного тепла, выбрасываемого в процессе производства или от уходящих газов на ТЭЦ.
  2. Энергетические – паровые котельные участвуют в схеме генерации электроэнергии, как источник пара для турбин, работают с высокими расходом и параметрами пара.
  3. Отопительные для центрального теплоснабжения и ГВС, на которые распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
  4. Промышленные – участвуют в производственных процессах предприятия.

Классификация паровых котлов по конструкции топки:

  1. Камерные – используют пылевидное топливо.
  2. Слоевые твердотопливные – сжигающие твердое топливо.

Водотрубные

Работа водотрубных котлов (ВК) характерна тем, что основной теплоноситель – питательная вода проходит по экранам, а топочные газы по межтрубному пространству. Достигая точки кипения, вода переходит в пар.

Эффективность парообразования зависят от схемы устройства экранных труб и типа циркуляции питательной воды, эти показатели учитывают, перед тем как рассчитать мощность. Самые применяемые схемы ВК — барабанные и прямоточные. Конструкция парового котла первого типа выполняется горизонтально или вертикально.

Типовая схема барабанного котла — топка ограниченная трубными экранами , пакеты которых внизу соединены коллекторами, а верх закреплен в верхнем барабане. Второй пучок котловых труб соединяет оба барабана ВК в один контур, работающий в зоне более низких температур.

Тепло от сгорания топлива через трубную систему передается конвекцией и радиацией воде, пароводяная смесь поступает в верхний барабан, где происходит сепарация пара от влаги.

Освобожденная вода в нижний барабан и топочные коллекторы. Скорость циркуляции внутреннего контура ВК зависит от его типа. Самые популярны на российском рынке котлы с естественной циркуляцией.

Производство паровых котлов выполняют на Бийском котельном заводе: ДКВР-2,5; 4; 6,5; 10; 20.

Жаротрубные

Газотрубные или жаротрубные котлы – это ВК «наоборот», то есть вода движется по межтрубному пространству, а уходящие газы в одной или нескольких трубах. Эти паровые котлы малой мощности остались в эксплуатации от довоенного периода 19 века.

Процесс получения пара:

  1. Топка размещена непосредственно в трубной части котла, где протекает горение топливной смеси и образование дымовых газов.
  2. Эти устройства ы изготавливаются с жаровыми или дымогарными трубами.
  3. В первом процесс горения протекает прямо в трубе, для чего на входе устанавливают газомазутная горелка с вентилятором, способствующему равномерному сжиганию по длине топки.
  4. В дымогарных трубах, топливо непосредственно не сжигают, а вода нагревается за счет нагретых дымовых газов.

Для этих котлов с давлением пара ниже 0.7 Мпа не распространяется правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. Котловая вода, движется по межтрубному пространству и нагреваясь превращается в пар, процесс завершается в верхней части котла и с помощью перепускного клапана пар переходит в магистраль.

Дизельные котлы имеют ограничение по температуре уходящих газов на выходе до 150 С. Это требование вызвано необходимостью технологического обеспечения тяги в дымовых трубах. Этот факт снижает мощность котлов — порядка 400 кВт, с давлением пара до 10 кгс/см2.

Чугунные секционированные

Котлы с чугунными пакетами или секциями широко распространены в сетях отопления и ГВС. Конструкция таких агрегатов имеет преимущества из-за возможности быстрой сборки или демонтажа, а также простого увеличения мощность котла путем добавления секций.

Эксплуатация паровых котлов при удачной конструкции, имеет существенный недостаток, в случае поломки одного пакета, придется демонтировать все секции агрегата.

Для владельцев котлов не требуется разрешительных документов, поскольку на них не распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Эти котлы эффективные, и быстро разогреваются, поскольку топочная камера образуются непосредственно внутренними поверхностями секций.

Блоки хорошо противостоят коррозионным процессам в агрессивной среде дымовых газов и обладают повышенной теплопроводностью, но не способны работать при высоких параметрах пара, максимальные показатели по давлению менее 100 кПа, по мощности не более 200 кВт, паропроизводительность – до 4,3 т/час, расход твердого топлива – 300 кг/ час.

Прямоточные

Прямоточные паровые агрегаты относятся к вертикальным паровым котлам и сконструированы так, чтобы вода в экранных трубах принудительно выполнила только один цикл и при этом полностью перешла в парообразное состояние, поэтому в этих типах парогенераторах кратность циркуляции равняется 1.

Такие котлы конструктивно намного проще и не требуют сложной автоматики процесса горения. Они энергонезависимы и не могут обходиться без питательного насоса, поэтому намного взрывоопаснее циркуляционных котлов, при том, что их тепловая эффективность и производства пара невысоки.

В прямоточном агрегате движение воды происходит благодаря гравитационной конвекции, поскольку вода тяжелее пара. В последнее время, для устройств, наработавших нормативный ресурс, для снижения нагрузки выполняют перевод паровых котлов в водогрейный режим.

Особенности работы одновиткового ПК:

  1. Топка выполнена из труб, которые обогреваются дымовыми газами.
  2. В нижнюю часть водяного контура нагрева поступает котловая вода, а из противоположной верхней отбирается сухой пар.
  3. В экономайзере поступающий теплоноситель подогревается до температуры насыщения, а в экранных трубах и перегревательном контуре – происходит дальнейший рост параметров пара до проектных значений.
  4. Эти поверхности не имеют четкого разделения между собой, а геометрия их зависит от проектной нагрузки агрегата. С уменьшением температуры уходящих газов и увеличения скорости котловой воды границы экономайзера и испарителя смещаются, а длина соответственно растет и наоборот.
  5. Паропроизводительность ограничена ростом гидравлических сопротивлений и не может быть более 10 т/ч. Для более мощных котлов, требуется многовитковые конструкции агрегата.

Паровые БМК

Блочно-модульная котельная (БМК) изготовленная в виде компактного модуля с полным набором вспомогательного оборудования.

Она предназначена для отопления и ГВС, а также выработки пара на технологические нужды предприятий, расположенных в районах с энергодефицитом. БМК не требует постоянного участия оперативного персона, а в случае аварийной ситуации срабатывает защита с сигнализацией.

Работа агрегата полностью автоматизирована: датчики следят за внутренней температурой помещения, данные передаются на пульт управления, где происходит корректировка работы БМК.

Блок может оперативно подключаться к действующей системе отопления в качестве независимого аварийного источника тепловой энергии.

Транспортировка к месту монтажа БМК выполняется в полной заводской готовности и с дымовой трубой, на месте ее только подключают к действующим инженерным сетям. Такая заводская сборка сводит к минимуму монтажно-наладочные работы и повышает КПД установки до 93%.

Схема обвязки парового котла

Типовая схема обвязки ПК зависит от типа парогенератора и его рабочих параметров.

Для систем центрального теплоснабжения системы жилищно-коммунального хозяйства типовая схема состоит:

  1. Парогенератор.
  2. Деаэратор.
  3. Умягчитель по схеме химической очистки.
  4. Дозатор и бак реагентов.
  5. Ресивер.
  6. Регулируляторы давления.
  7. Насос подачи питательной воды в котел.
  8. Насос подачи воды из деаэратора в ресивер.

В конструкцию котла также могут входить:

  • пароперегреватель — для повышения температуры насыщенного пара;
  • сепаратор пара и внутрибарабанные устройства — для удаления влаги из пара.

Как правильно эксплуатировать

Паровые котлы относятся к объектам повышенной опасности, поэтому многими нормативными документами котлонадзора, проектом установки, технической документацией завода-изготовителя и правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов закреплены требования по безопасной эксплуатации таких сосудов, которые обязаны выполнять ответственные должностные лица и обслуживающий персонал.

Безопасная эксплуатация начинается с химической водоподготовки воды, которая имеет важное значение для технического обслуживания современных парогенераторов и котлов. Минеральные соли, содержащиеся в природной воде, при температуре выше 70 оС, образуют накипь на внутренних поверхностях труб.

Это приводит к ухудшению теплопередачи от дымовых газов к питательной воде, она перестает охлаждать трубы, которые перегреваются, перегорают в следствии чего, образуется разрыв стен, резкое падение давления во внутреннем контуре агрегата, мгновенное парообразование перегретой воды и взрыв котла.

Уровень очистки сырой воды зависит от источника водоснабжения и устанавливается специалистами в проекте водоподготовки котлоагрегата, где описаны не только режимы, но и схема подключения с необходимым оборудованием.

Управление котлов бывает ручным и автоматизированным. Современные ПК без автоматики и защиты безопасности к эксплуатации не допускаются. Ручное управление с защитой безопасности допускаются только в маломощных угольных котлах низкого давления.

Структура управления котла:

  1. Устройства розжига и отключения горения топлива.
  2. Регулирования расходов: топливо, воздух и вода.
  3. Сбор и анализ данных работы ПК.
  4. Система аварийной остановки котла.

Обслуживание

Ремонт и обслуживание паровых котельных выполняется в соответствии с законодательными нормами и рекомендациями заводов-изготовителей промышленных паровых котлов, строго по отраслевым и производственным инструкцияма, а также согласно правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Техобслуживание ПК в общем случае включает следующие виды работ:

  1. Плановые осмотры работоспособности котельного оборудования, по графику.
  2. Определение нарушений работы котла: перегревы, возгорания, засорения.
  3. Устранение нарушений правил пожарной безопасностм и условий препятствующих безопасной эксплуатации.
  4. Проверка целостности парогазовых систем с последующим устранением неисправностей в арматуре.
  5. Проверка питательной системы котлоагрегата.
  6. Проверка плотности газовоздушного тракта и отсутствие несистемных шумов в топке.
  7. Профосмотр и проверка вспомогательного оборудования.
  8. Проверка работы КИП и А, дифманометров, систем безопасности и аварийной сигнализации.
  9. Контроль за работой насосов, дымососов, вентиляторов и проверка их блоков управления.
  10. Проверка работы электрооборудования и автоматики защиты.
  11. Проверка работы гарнитуры котла.
  12. Проверка работы водоподготовительных устройств и деаэратора паровой котельной.

Российский рынок имеет достаточно предложений, как от отечественных, так и от зарубежных производителей современных паровых котлов, выбор определяется техническим заданием на проектирование, чтобы специалисты смогли подобрать оптимальные варианты оборудования.

Как выбрать барабанный котел: разновидности и принцип работы

Барабанные котлы широко применяют на ТЭС и в котельных. Наличие одного или нескольких барабанов с фиксированной границей раздела между паром и водой является отличительной чертой этих котлов. Питательная вода в них, как правило, после экономайзера 1 (см. рис. 3.1, а) подается в барабан 2, где смешивается с котловой водой (водой, заполняющей барабан и экраны). Смесь котловой и питательной воды по опускным необогреваемым трубам 3 из барабана поступает в нижние распределительные коллектора 4, а затем в экраны 5 (испарительные поверхности). В экранах вода получает теплоту Q от продуктов сгорания топлива и закипает. Образующаяся пароводяная смесь поднимается в барабан. Здесь происходит разделение пара и воды. Пар по трубам, соединенным с верхней частью барабана, направляется в перегреватель 6, а вода снова в опускные трубы 3.

В экранах за один проход испаряется лишь часть (от 4 до 25 %) поступающей в них воды. Тем самым обеспечивается достаточно надежное охлаждение труб. Предотвратить накопление солей, осаждающихся при испарении воды на внутренней поверхности труб, удается благодаря непрерывному удалению части котловой воды из котла. Поэтому для питания котла допускается использование воды с относительно большим содержанием растворенных в ней солей.

Замкнутую систему, состоящую из барабана, опускных труб, коллектора и испарительных поверхностей, по которой многократно движется рабочее тело, принято называть контуром циркуляции, а движение воды в нем – циркуляцией. Движение рабочей среды, обусловленное только различием веса столбов воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъемных, называют естественной циркуляцией, а паровой котел – барабанным с естественной циркуляцией. Естественная циркуляция возможна лишь в котлах с давлением, не превышающим 18,5 МПа. При большем давлении из-за малой разности плотностей пароводяной смеси и воды устойчивое движение рабочей среды в циркуляционном контуре обеспечить трудно. Если движение среды в циркуляционном контуре создается насосом 8 (см. рис. 3.1, б), то циркуляция называется принудительной, а паровой котел – барабанным с принудительной циркуляцией. Принудительная циркуляция позволяет выполнять экраны из труб меньшего диаметра как с подъемным, так и опускным движением среды в них. К недостаткам такой циркуляции следует отнести необходимость установки специальных насосов (циркуляционных), которые имеют сложную конструкцию, и дополнительный расход энергии на их работу.

Простейший барабанный котел, используемый для получения водяного пара, состоит из горизонтального цилиндрического барабана 1 с эллиптическими днищами, на 3/4 объема заполненного водой, и топки 2под ним (рис. 3.2, а). Стенки барабана, обогреваемые снаружи продуктами горения топлива, играют роль теплообменной поверхности.

С ростом паропроизводительности резко возросли размеры и масса котла. Развитие котлов, направленное на увеличение поверхности нагрева при сохранении водяного объема, шло по двум направлениям. Согласно первому направлению увеличение теплообменной поверхности достигалось благодаря размещению в водном объеме барабана труб, обогреваемых изнутри продуктами сгорания. Так, появились жаротрубные (рис. 3.2, б), затем дымогарные и, наконец, комбинированные газотрубные котлы. В жаротрубных котлах в водном объеме барабана 1 параллельно его оси размещены одна или несколько жаровых труб 3 большого диаметра (500 – 800 мм), в дымогарных – целый пучок труб 3 малого диаметра. В комбинированных газотрубных котлах (рис. 3.2, в) в начальной части жаровых труб расположена топка 2, а конвективная поверхность выполнена из дымогарных труб 3. Производительность этих котлов была невелика, ввиду ограниченных возможностей размещения жаровых и дымогарных труб в водяном объеме барабана 1.Их использовали в судовых установках, локомобилях и паровозах, а также для получения пара на собственные нужды предприятия.

Рис. 3.2. Схемы котлов: а – простейшего барабанного; б – жаротрубного; в – комбинированного газотрубного; г – водотрубного; д – вертикально-водотрубного; е – барабанного современной конструкции

Второе направление в развитии котлов связано с заменой одного барабана несколькими, меньшего диаметра, заполненными водой и пароводяной смесью. Увеличение числа барабанов привело сначала к созданию батарейных котлов, а замена части барабанов трубами меньшего диаметра, расположенными в потоке дымовых газов, – к водотрубным котлам. Благодаря большим возможностям увеличения паропроизводительности это направление получило широкое развитие в энергетике. Первые водотрубные котлы имели наклоненные к горизонтали (под углом 10 – 15°) пучки труб 3, которые с помощью камер 4 присоединялись к одному или нескольким горизонтальным барабанам 1 (рис. 3.2, г). Котлы такой конструкции получили название горизонтально-водотрубных. Среди них особо следует выделить котлы русского конструктора В. Г. Шухова. Прогрессивная идея, связанная с разделением общих камер, барабанов и трубных пучков на однотипные группы (секции) одинаковой длины и тем же числом труб, заложенная в конструкцию, позволила осуществлять сборку котлов разной паропроизводительности из стандартных деталей.
Но такие котлы не могли работать при переменных нагрузках.

Создание вертикально-водотрубных котлов – следующий этап развития котлов. Пучки труб 3, соединяющие верхние и нижние горизонтальные барабаны 1,стали располагать вертикально или под большим углом к горизонту (рис. 3.2, д). Повысилась надежность циркуляции рабочей среды, обеспечился доступ к концам труб и тем самым упростились процессы вальцовки и очистки труб. Совершенствование конструкции этих котлов, направленное на повышение надежности и эффективности их работы, привело к появлению современной конструкции котла (рис. 3.2, е):однобарабанного с нижним коллектором 5 небольшого диаметра; опускными трубами 6 и барабаном 1, вынесенными из зоны обогрева за обмуровку котла; полным экранированием топки; конвективными пучками труб с поперечным омыванием продуктами сгорания; предварительным подогревом воздуха 9, воды 8 и перегревом пара 7.

Конструктивная схема современного барабанного котла определяется его мощностью и параметрами пара, видом сжигаемого топлива и характеристиками газовоздушного тракта. Так, с ростом давления меняется соотношение между площадями нагревательных, испарительных и перегревательных поверхностей. Увеличение давления рабочего тела от
р = 4 МПа до р = 17 МПа приводит к уменьшению доли теплоты q, затраченной на испарение воды с 64 до 38,5 %. Доля теплоты, расходуемой на подогрев воды, увеличивается при этом с 16,5 до 26,5 %, а на перегрев пара – с 19,5 до 35 %. Поэтому с повышением давления растут площади нагревательной и перегревательной поверхностей, а площадь испарительной поверхности уменьшается.

В отечественных промышленных и промышленно-отопительных котельных широко распространены котельные агрегаты типа ДКВР (двухбарабанный котел, водотрубный, реконструированный) с номинальной паропроизводительностью 2,5; 4; 6,5; 10 и 20 т/ч, изготовляемые Бийским котельным заводом.

Котлы типа ДКВР (рис. 3.3 и 3.4) изготовляют в основном на рабочее давление пара
14 кгс/см 2 для производства насыщенного пара и с пароперегревателем для производства перегретого пара с температурой 250 °С. Кроме того, котлы паропроизводительностью 6,5 и 10 т/ч изготовляют на давление 24 кгс/см 2 для производства пара, перегретого до 370 °С, а котлы паропроизводительностью 10 т/ч также на давление 40 кгс/см 2 для производства пара, перегретого до 440 °С.

Котлы типа ДКВР выпускают в двух модификациях по длине верхнего барабана.
У котлов паропроизводительностью 2,5; 4,0 и 6,5 т/ч, а также у более ранней модификации котла паропроизводительностью 10 т/ч верхний барабан выполнен значительно более длинным, чем нижний. Барабаны соединены системой гнутых цельнотянутых стальных кипятильных труб наружным диаметром 51×2,5 мм, образующих развитую конвективную поверхность нагрева. Трубы расположены в коридорном порядке и своими концами завальцованы в барабаны. В продольном направлении трубы расположены на расстоянии между осями (шаг) 110, а в поперечном 100 мм.

Пароперегреватель в котлах типа ДКВР выполняют вертикальным змеевиковым из стальных цельнотянутых труб наружным диаметром 32 мм. Его размещают в начале котельного пучка, отделяя от камеры догорания двумя рядами кипятильных труб. Для того чтобы можно было разместить пароперегреватель, часть кипятильных труб не устанавливают. Трубный пучок и экраны в сборе с барабанами, коллекторами и опорной рамой этих котлов вписываются в железнодорожный габарит; это позволяет собирать металлическую часть котла на заводе и доставлять ее на монтажную площадку в собранном виде, что упрощает монтаж.

При установке котлов типа ДКВР с низкотемпературными поверхностями нагрева целесообразно предусматривать только водяной экономайзер либо только воздухоподогреватель, чтобы не усложнять компоновку и эксплуатацию котельного агрегата. Такое решение целесообразно еще и потому, что температура дымовых газов за котлами с развитыми поверхностями нагрева относительно низка и составляет приблизительно 250 – 300 °С, вследствие чего количество теплоты, уносимой дымовыми газами, относительно невелико. Более целесообразно устанавливать водяные экономайзеры, тогда агрегат получается компактным и простым в эксплуатации. При этом предпочтительнее выбирать чугунные ребристые экономайзеры, так как их изготовляют из недефицитного материала и они меньше страдают от коррозии.

Котлы типа ДКВР довольно чувствительны к качеству питательной воды, поэтому вода, используемая для их питания, должна подвергаться умягчению и деаэрации. Работа котельных установок с котлами типа ДКВР легко поддается автоматизации, особенно при сжигании жидкого и газообразного топлив.

Парогенераторы серии ДКВР хорошо компонуются со слоевыми топочными устройствами и первоначально были разработаны для сжигания твердого топлива. Позднее ряд парогенераторов перевели на сжигание жидкого и газообразного топлива. При работе на жидком и газообразном топливе производительность парогенераторов может быть выше номинальной на 30 – 50 % При этом нижняя часть верхнего барабана, расположенная над топочной камерой, должна быть защищена огнеупорным кирпичом или торкретом.

В ЦКТИ была обследована работа большого числа промышленных котельных, в которых эксплуатировались парогенераторы серии ДКВР. В результате обследования было установлено, что 85 % парогенераторов используют газ и мазут. Кроме того, были выявлены недостатки в работе парогенераторов: большие присосы воздуха в конвективную часть поверхности нагрева и водяной экономайзер, недостаточная степень заводской готовности, более низкие эксплуатационные КПД по сравнению с расчетными.

При разработке новой конструкции газомазутных парогенераторов серии ДЕ (рис. 3.5) особое внимание было обращено на увеличение степени заводской готовности парогенераторов в условиях крупносерийного производства, снижение металлоемкости конструкции, приближение эксплуатационных показателей к расчетным.

Во всех типоразмерах серии от 4 до 25 т/ч диаметр верхнего и нижнего барабанов парогенераторов принят равным 1000 мм. Толщина стенок обоих барабанов при давлении 1,37 МПа равна 13 мм. Длина цилиндрической части барабанов в зависимости от производительности изменяется от 2240 мм (парогенератор производительностью 4 т/ч) до 7500 мм (парогенератор производительностью 25 т/ч). В каждом барабане в переднем и заднем днище установлены лазовые затворы, что обеспечивает доступ в барабаны при ремонте.

Топочная камера от конвективной поверхности нагрева отделена газоплотной перегородкой.

Во всех парогенераторах серии предусмотрено двухступенчатое испарение. Во вторую ступень испарения выделена часть труб конвективного пучка. Общим опускным звеном всех контуров первой ступени испарения являются последние (по ходу продуктов сгорания) трубы конвективного пучка. Опускные трубы второй ступени испарения вынесены за пределы газохода.

Парогенератор производительностью 25 т/ч имеет пароперегреватель, обеспечивающий небольшой перегрев пара, до 225 °С.

Котельный агрегат типа ГМ-10 предназначается для производства перегретого пара с давлениями 1,4 и 4 МПа и температурами соответственно 250 и 440 °С. Котел предназначается для работы на природном газе и мазуте и отличается тем, что работает с наддувом, т. е. при избыточном давлении в топке. Это позволяет работать без дымососа.

Во избежание выбивания дымовых газов в окружающую среду котел выполнен с двойной стальной обшивкой. Через пространство, образуемое листами обшивки, проходит воздух, подаваемый дутьевым вентилятором, в результате чего через случайные неплотности в окружающую среду может выбиваться только холодный воздух.

По своей компоновке котел двухбарабанный асимметричный: кипятильный пучок и пароперегреватель размещены рядом с топкой. Топливо и воздух поступают в топку через комбинированные горелки, конструкция которых обеспечивает быстрый переход от сжигания одного вида топлива к сжиганию другого.

Паровые котлы с естественной циркуляцией

М. Иванов

В паровых котлах для превращения питательной воды в пар применяются различные схемы циркуляции теплоносителя: естественная, многократная принудительная и прямоточная. Наибольшее распространение получили котлы с естественной циркуляцией.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Технология получения пара предполагает последовательность нескольких физических процессов. Все начинается с подогрева питательной воды, которая поступает в котел при определенном давлении, создаваемом питательным насосом. Этот процесс происходит при однократном прохождении воды через трубы конвективной поверхности нагрева, называемой экономайзером (рис.1).
После экономайзера вода поступает в испарительные поверхности нагрева, которые располагают, как правило, в топочных камерах паровых котлов. Из названия этого элемента котла понятно, что здесь происходит образование пара, который затем в некоторых котлах поступает в пароперегреватель. Через обогреваемые дымовыми газами трубы пароперегревателя пар проходит однократно, а вот парообразующие поверхности нагрева могут быть разными. Чаще всего в котлах пароводяная смесь многократно проходит через обогреваемые трубки топочных экранов за счет естественной циркуляции или в результате многократно-принудительной циркуляции (с использованием особого насоса). В котлах, которые называют прямоточными, пароводяная смесь проходит через испарительные поверхности нагрева однократно, за счет давления, создаваемого питательным насосом.
Остановимся подробнее на особенностях процесса получения пара в котлах с естественной циркуляцией.
На рис. 1 приведена схема барабанного котла с естественной циркуляцией, выполненного по традиционной П-образной схеме. Питательная вода поступает в экономайзер, расположенный в конвективной шахте. Экономайзер является первой частью водопарового тракта котла: нагретая в нем вода поступает в барабан, который, в своей нижней части, соединен как с необогреваемыми опускными, так и с обогреваемыми подъемными трубами. По необогреваемым трубам котловая вода опускается к коллекторам, размещенным у нижней кромки топочной камеры. Из этих коллекторов вода поступает в вертикальные трубки топочных экранов. Именно здесь, благодаря мощному тепловому потоку от сгорания органического топлива, начинается собственно процесс парообразования. При однократном прохождении через топочные экраны испаряется не вся вода: в барабан возвращается пароводяная смесь. В объеме барабана происходит сепарация воды и пара. Пар поступает к потребителю или во входной коллектор пароперегревателя, а котловая вода вновь попадает в опускные трубы циркуляционного контура.

Рис. 1. Схема барабанного котла с естественной циркуляцией, работающего на пылевидном топливе:
1 – горелки; 2 – топочная камера; 3 – топочный экран; 4 – барабан; 5 – опускные трубы; 6 – фестон; 7 – пароперегреватель; 8 – конвективный газоход; 9 – экономайзер;10 – трубчатый воздухоподогреватель; 11 – нижние коллектора топочных экранов

Подъемно-опускное движение по контуру естественной циркуляции (т.е. по необогреваемым опускным и обогреваемым подъемным трубам) происходит вследствие разности плотностей котловой воды и пароводяной смеси.
Для повышения надежности циркуляции на барабанных котлах повышенного давления (17–18 МПа) применяют принудительное движение пароводяной смеси в топочных экранах (рис. 2, б). Как видно из приведенных схем, котел с принудительной циркуляцией отличается от котла с естественной циркуляцией (рис.2, а) наличием насоса для котловой воды. На этом же рисунке (2, в) показана схема прямоточного котла.

Рис. 2. Схема движения воды и водяного пара:
а) барабанный котел с естественной циркуляцией; б) барабанный котел с принудительной циркуляцией; в) прямоточный котел
1 – питательный насос; 2 – экономайзер; 3 – верхний барабан котла; 4 – опускные трубы; 5 – испарительные подъемные трубы; 6 – пароперегреватель; 7 – циркуляционный насос; 8 – нижний коллектор

В прямоточных котлах, которые не имеют барабана, а контур разомкнут, превращение воды в пар происходит за один проход нагревателя, и кратность циркуляции равняется единице. В барабанных котлах этот показатель выше. В котлах с принудительной циркуляцией, у которых имеются нагреватели в виде змеевиков, кратность циркуляции составляет обычно от 3 до 10. В котлах с естественной конвекцией этот параметр обычно составляет 10–50, а при малой тепловой нагрузке труб – 200–300.

Особенности и преимущества

Основным параметром, которым руководствуются при выборе марки парового котла с естественной циркуляцией (ПКЕЦ), является его паропроизводительность, измеряемая в т/ч или кг/ч. Широкий модельный ряд ПКЕЦ позволяет выбрать котлы с требуемой производительностью, начиная от нескольких килограммов до нескольких тонн пара в час. Важными показателями состояния водяного пара являются его давление и температура.
Широкий круг моделей ПКЕЦ позволяет генерировать водяной пар с избыточным давлением от десятых долей до нескольких десятков атмосфер. ПКЕЦ могут работать на различных видах органического топлива: природном газе, угле, дровах и древесных отходах, а также на жидком топливе – сырой (стабилизированной) нефти, мазуте, дизельном топливе. В ряде случаев используются особые топочные устройства, позволяющие ПКЕЦ работать на нескольких видах топлива. Кроме традиционного применения для генерации технологического пара, они широко используются в различных областях: на железнодорожном и водном транспорте, в пищевой, легкой и добывающей промышленности.
Основные достоинства ПКЕЦ – высокая надежность, простота эксплуатации, повышенная степень автоматизации и экономичности.
Создание условий надежности циркуляции в топочных экранах достигается ограничением рабочего давления котлоагрегата – обычно не выше 155 атм. Вызвано это тем, что при более высоком давлении сильно снижается разность плотностей пара и воды, в результате чего не обеспечивается эффективная циркуляция.
Современные ПКЕЦ производители комплектуют микропроцессорной системой управления и защиты. Например, система «Альфа-М» производства фирмы «Энергетик» (Москва) позволяет достичь простоты и удобства в обслуживании. Применение таких систем оптимизирует соотношение «топливо-воздух» при разных расходах топлива, что благоприятно сказывается и на эффективности производства тепловой энергии.
Котлы этого типа могут эксплуатироваться в различных климатических зонах, не требуют сложных пусконаладочных работ. Существенным преимуществом не слишком крупных современных моделей ПКЕЦ является их моноблочное исполнение. В такой конструкции предусматривается компактная установка на одной раме с агрегатом вентилятора, дымососа и питательного насоса. Сочетание высокой степени конструкторской проработки с точными системами управления и контроля позволяет достичь в ПКЕЦ высоких значений КПД, которые могут превышать 90 %.
В моноблочном исполнении котлы поставляются единым транспортабельным блоком – в собранном виде, в обмуровке и обшивке. Их монтаж относительно несложен. Компактность размещения оборудования не препятствует проведению текущего и аварийного ремонтов, а также осуществлению профилактических процедур – все узлы и детали доступны для обследования.

ПКЕЦ на российском рынке

На российском рынке паровых котлов, а также на всей территории СНГ чаще других можно встретить промышленные котлы с естественной циркуляцией, причем присутствует продукция как отечественных, так и зарубежных производителей. Котлы, произведенные в России, имеют в маркировке индекс «Е», отражающий принцип естественной циркуляции теплоносителя в этих моделях. По цене они более выигрышны в сравнении с зарубежными аналогами.
Паровые котлы серии «Е», выпускаемые ООО «ПТО» (Москва), – вертикально-водотрубные, с двумя барабанами, расположенными на одной вертикальной оси и соединенными между собой трубами диаметром 51 мм.
Котлы серии «Е» выпускаются в следующих модификациях, в зависимости от используемого топлива: Е 1,0-0,9 Г-З (Э) – для работы на природном газе, Е 1,0-0,9 М-З (Э) – для работы на мазуте, Е 1,0-0,9 Р-З (Э) – для работы на твердом топливе, Е 1,6-0,9 ГМН (Э) – для работы на газе или мазуте. Первая из групп цифр, следующая за индексом «Е», обозначает паропроизводительность (т/ч), вторая – давление пара в котле (МПа). Обозначение «Н» указывает на наличие в котле системы наддува.
Котлы серии «Е» предназначены для производства насыщенного водяного пара с рабочим давлением 8 атм. Этот пар потребляется различными предприятиями промышленности, транспорта, а также предприятиями сельского хозяйства для отопительных, технологических, хозяйственных и бытовых нужд.

Рис. 3. Паровой котел с естественной циркуляцией E-1,0 – 0,9 ГМ.

ГК «Комплексные системы» (Петербург) предлагает паровые котлы серии «КЕ» – со слоевыми механическими топками производительностью от 2,5 до 10 т/ч. Эти котлы предназначены для выработки насыщенного или перегретого водяного пара, который находит применение для технологических нужд промышленных предприятий, а также в системах отопления, вентиляции и ГВС.
Серия «КЕ» подразделяется на модификации «КЕ-С», снабженные слоевыми топочными устройствами, и модификации «КЕ-МТ», в которых имеется топка предварительного скоростного горения.
Котлы серий «ДЕ» предлагает промышленная группа «Генерация» (г. Березовский, Свердловская обл.). Они могут работать на различных видах топлива (газ, мазут) и имеют производительность от 4 до 25 т/ч. Предназначены для выработки насыщенного или слабоперегретого пара, используемого для технологических нужд предприятий, а также для отопления, вентиляции и ГВС. Серия «МЕ» отличается от предыдущей серии тем, что котлы этой серии имеют большую на 20 % поверхность нагрева и, соответственно, более высокий КПД. Котлы этой же серии предлагает и компания «Теплоуниверсал» (Петербург).
Из зарубежных производителей можно назвать итальянскую фирму Garioni Naval, поставляющую на Российский рынок промышленные модели марки GMT/HP 200–2000, паропроизводительностью от 0,3 до 3,5 т/ч. Отличительная особенность котлов этой серии – величина рабочего давления получаемого пара, которая может меняться от 5 до 110 атм. Давление водяного пара в указанном диапазоне соответствует температуре теплоносителя от 152 до 318 °С, что позволяет применять котлы этой серии в различных отраслях промышленности.
Паровые котлы высокого давления с естественной циркуляцией типа НРВ (немецкая фирма BBS GmbH) имеют паропроизводительность от 0,3 до 8 т/ч. Водотрубные котлы этой серии способны производить насыщенный пар с рабочим давлением до 120 атм. Теплоноситель с такими параметрами обычно используется в химической, нефтехимической, пищевой, а также косметической промышленностях.
Представлены также паровые котлы низкого давления зарубежного производства. Так, фирма Viessmann (Германия) производит котлы марки Vitoplex 100-LS производительностью 0,26–2,2 т/ч на жидком или газообразном топливе, с рабочим давлением в котле 7 атм.

Статья опубликована в журнале “Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ” № 2(7)` 2011

Читайте также:  Обвязка газового котла для отопления: основные схемы
Добавить комментарий