Начертательная
Математика
Лабораторные
Электротехника
Конструирование
Примеры
Физика
Электрические сети

Инженерная графика

Курсовая
ТОЭ
Энергетика
Черчение
Практика
Расчеты
На главную

Малая теплоэнергетика

Поверхности нагрева паровых котлов

Тепловосприятие поверхностей нагрева

Парообразующие поверхности паровых котлов различных систем заметно отличаются друг от друга, но всегда они располагаются в основном в топочной камере и воспринимают тепло радиацией. В зависимости от вида сжигаемого топлива топочные экраны воспринимают 40–50 % полного количества теплоты, отдаваемой рабочей среде в котле в целом. В поверхностях нагрева горизонтального газохода это тепловосприятие составляет 20–25 %, а на поверхности конвективной шахты приходится 30–40 % теплоты.

На рис. 1.24 показаны доли тепловосприятия в поверхностях котла, приходящиеся на нагрев воды, парообразование и перегрев пара при разных давлениях в котле с учетом принятых температур перегретого пара и питательной воды.

Так, при среднем давлении (4 МПа) тепла, получаемого экранами радиационным теплообменом в топке, недостаточно для покрытия полной его потребности на парообразование (64 %), в связи с чем часть теплоты, затрачиваемой на испарение воды, передается в экономайзере и в конвективных котельных пучках труб на выходе из топки. Поэтому в барабанных котлах среднего давления обычно экономайзер становится кипящим, в нем питательная вода не только подогревается до температуры насыщения, но и частично превращается в пар. Для этих котлов характерны конвективные испарительные поверхности, образованные из 3–4 рядов труб на выходе из топки с собственным нижним коллектором, питаемым водой из барабана, а также разводка труб заднего экрана в два-три ряда в зоне пересечения ими горизонтального газохода (фестон). Схемы систем горячего водоснабжения Установка солнечного горячего водоснабжения сезонного действия без дублера с принудительной циркуляцией состоит из солнечных коллекторов, скоростных теплообменников, циркуляционных насосов теплоприемного контура, насосов контура горячего водоснабжения, расширительного бака, баков-аккумуляторах, регулирующей и водоразборной арматуры.

В барабанных котлах высокого давления (10 МПа и выше) доля теплоты, используемая на парообразование, в значительной мере снижается, и тепловосприятие экранов в топочной камере становится достаточным для получения требуемого количества пара, в связи с чем экономайзер выполняет только свою основную функцию: подогревает поступающую питательную воду.

Рис. 1.24. Распределение доли тепла на подогрев, испарение и перегрев

в котлах при разных давлениях и температуре пара на выходе

На рисунке обозначено ЭКР – топочные экраны и доля испарения воды в экранах топки; ЭК – экономайзер и доля подогрева воды до насыщения; ПП – пароперегреватель и доля перегрева пара в поверхности; hнас, hн.п. – соответственно энтальпии насыщения воды и насыщенного пара в барабане; hп.п – энтальпии питательной воды на входе в котел и перегретого пара на выходе из него; hмт – энтальпия среды при максимальной теплоемкости

Ступенчатое испарение и промывка пара

Советский ученый Э. И. Ромм предложил оригинальный способ получения пара высокого качества в парогенераторах барабанного типа при экономически приемлемой величине продувки, который получил название ступенчатое испарение. Сущность этого способа состоит в получении пара из зон с различной концентрацией солей в котловой воде.

В обычных условиях питательная вода с малым солесодержанием и низкой щелочностью, поступая в барабан, смешивается с концентрированной котловой водой, и выделение пара происходит из воды, имеющей значительно более высокую концентрацию солей и щелочей, чем питательная вода. При этом концентрации котловой и продувочной воды одинаковы, и тем самым качество насыщенного пара в значительной мере определяется содержанием примесей в котловой воде, с которой генерируемый пар, находится в контакте перед выходом его в паровой объем парогенератора. Между тем, если поддерживать пониженное содержание веществ в котловой воде, из которой генерируется пар, и более высокое содержание их в продувочной воде, то качество пара будет определяться низким содеражнием веществ в котловой воде парогенератора.

При наличии внутри водяного объема парогенератора зон с различным содержанием солей в котловой воде благодаря искусственно созданной неравномерности солесодержания, т. е. некоторому организованному «химическому перекосу», качество котловой воды отличается от качества продувочной воды, и последняя не определяет чистоты пара.

Котел со ступенчатым испарением представляет собой обычный парогенератор с естественной циркуляцией, который установленными в барабане и коллекторах перегородками разделен на несколько самостоятельных контуров циркуляции. Водяные объемы этих контуров сообщаются только через отверстие, сделанное в разделительной внутрибарабанной перегородке. Теоретически котел может быть разделен на любое число ступеней, но в практических условиях обычно ограничиваются двумя или тремя ступенями испарения.

При двухступенчатом испарении часть парогенератора, в которую подается питательная вода, называют чистым отсеком (первая ступень испарения), а остальную часть – солевым отсеком (вторая ступень испарения). В котлах, оснащенных устройствами трехступенчатого испарения, имеются соответственно чистый отсек и солевые отсеки второй и третьей ступеней испарения.

Для второй ступени испарения отделяется часть объема с одного или двух торцов барабана (рис. 1.25) либо устанавливаются выносные циклоны, подключенные к боковым экранным поверхностям парогенератора (рис. 1.26).

Рис. 1.25. Схема двухступенчатого испарения с двусторонним

расположением солевых отсеков в барабане парогенератора:

1 – продувка; 2 – питательная вода; 3 – пар

Благодаря тангенциальному подводу пароводяной смеси в вертикальный цилиндрический корпус циклона в нем гасится кинетическая энергия пароводяной смеси, а быстрое вращение ее в зоне зеркала испарения способствует интенсивному разрушению пены. Питательная вода подается в чистый отсек барабана, из которого осуществляется питание солевых отсеков в барабане либо выносных циклонов пара с промывочной водой. Промывочное барботажное устройство представляет собой затопленный плоский дырчатый щит с закраинами, отвечающими требующейся высоте промывочного слоя (приблизительно 40–50 мм). На конденсационных электростанциях и чисто отопительных ТЭЦ на барботажное промывочное устройство подается вся питательная вода, а на промышленных ТЭЦ, использующих в качестве добавки химически обработанную воду, на паропромывочное устройство подается от 50 до 100 % питательной воды.

Общий эффект от применения промывки пара определяется КПД как самого паропромывочного устройства, так и сепарирующих устройств, осушающих пар до и после промывки его. Коэффициент полезного действия собственно промывки пара представляет собой отношение количества удаленного вещества к теоретически возможному количеству, т. е. он указывает, насколько промывка приближается к пределу очистки. Если бы содержание вещества в паре достигло концентрации, отвечающей коэффициенту распределения, то эффективность промывки была бы равна 100 %, т. е. отвечала бы максимально возможной – теоретической – очистке пара. При ограниченной высоте промывочного слоя, которая имеет место в случае размещения паропромывочного устройства в паровом объеме барабана, величина КПД собственно барботажной промывки составляет примерно 80 %.

Рис. 1.26. Схема двухступенчатого испарения с выносными циклонами:

1 – барабан котла; 2 – циклон; 3 – боковой экран; 4 – подвод питательной воды

Для любой схемы внутрикотловых устройств важной характеристикой является доля уловленных ими в парогенераторе неорганических примесей от общей концентрации их в питательной воде. Применительно к парогенераторам с паропромывочными устройствами этот показатель зависит: а) от разности концентраций солей и кремниевой кислоты в паре, поступающем на промывочное устройство, и соответственно в промывочной воде; б) гидратной щелочности промывочной воды; в) отношения расхода промывочной воды к расходу пара; г) величины поверхности и продолжительности контактирования пара с промывочной водой; д) значений коэффициентов массообмена, характеризующих интенсивность перехода того или иного вещества, растворенного в воде, в промывочную воду.

Экспериментальные и эксплуатационные данные свидетельствуют о том, что паропромывочные устройства снижают кремнесодержание пара в среднем в 2–3 раза.

На промышленных ТЭЦ высокого давления (100 кгс/см2) при значительной добавке химически обработанной воды обычно применяется комбинированная схема внутрикотловых устройств, которая предусматривает сочетание трехступенчатого испарения с барботажной промывкой питательной водой всего пара либо только пара из солевых отсеков (рис. 1.27). Иногда пар промывается котловой водой чистого отсека; с этой целью пар из солевых отсеков подается под уровень воды в чистом отсеке. На конденсационных электростанциях и чисто отопительных ТЭЦ, где парогенераторы барабанного типа сверхвысокого давления (140 кгс/см2) питаются с добавкой химически обессоленной воды либо дистиллята испарителей, часто применяется схема двухступенчатого испарения с выносной второй ступенью, имеющей паропроизводительность 3–6 %, которая сочетается с барботажной промывкой пара. Из этих парогенераторов с паром уносится от 2 до 8 % кремниевой кислоты, внесенной питательной водой, (рис. 1.28).

Рис. 1.27. Схема трехступенчатого испарения с выносными циклонами и барботажной промывкой пара: 1– пароводяная система чистого отсека; 2 – вторая ступень испарения; 3 – третья ступень испарения; 4 – питательная вода;
5 – продувка; 6 – пар в пароперегреватель

Рис. 1.28. Общий вид внутрибарабанных устройств с барботажной промывкой пара: 1 – промывочное устройство; 2 – жалюзийный сепаратор; 3 – питательное устройство; 4 – дырчатый лист; 5 – непрерывная продувка; 6 – подвод питательной среды; 7 – линия ввода фосфатов

Глава шестая

Основы организации топочных процессов

и материальные балансы горения

 

 

 

Периодичность обдувки определяется испытаниями и зависит от предельного сопротивления поверхностей нагрева Снижение потерь с уходящими газами связано с интенсификацией топочных процессов, уменьшением загрязнения поверхностей нагрева и присосов в них. Присосы воздуха в конвективной шахте жестко регламентируются и не должны превышать 10 и 25% соответственно в современных котлах с трубчатыми и регенеративными воздухоподогревателями. Присосы контролируют внешним осмотром газового тракта и проведением анализов (не реже 1 раза в месяц).

Теплоэнергетика

Архитектура ПК
Примеры задач
Физика
Лабораторные
Теория механизмов
Математика