Пароперегрівачі

Отримання перегрітої пари з насиченої сухої здійснюється в пароперегрівачі. Промислові парові котли в основному виробляють насичену або слабоперегріту пару. В енергетичних котлах необхідно виробляти пару з високим перегрівом, так як це підвищує її ентальпію і відповідно термічний ККД паросилового циклу. У промислових та енергетичних парових котлах невеликої потужності при перегріві пари до 500 °С зазвичай встановлюють конвективні пароперегрівачі, тобто такі, в яких передача теплоти здійснюється в основному за рахунок конвекції. Для отримання пари з температурою перегріву більше 500 ° С застосовують комбіновані пароперегрівачі, тобто такі, в яких частина поверхні отримує теплоту за рахунок променевипускання, а інша частина - конвекцією. Радіаційна частина поверхні нагріву пароперегрівача розташовується у вигляді ширм безпосередньо у верхній частині камери згоряння.

Для зменшення теплової розвірки внаслідок нерівномірного розподілу пари по окремих змійовиків виробляють розосереджений введення пари трубами малого діаметра по всій довжині колектора, що роздає, установку проміжних змішувальних колекторів, поділ пароперегрівача на кілька частин по ширині з перекидкою пари з однієї частини в іншу і т. рекомендації щодо вибору схем підведення пари наведено в «Нормах гідравлічного розрахунку парових котлів».

Істотний вплив на надійність роботи металу пароперегрівача надає швидкість пари. Підвищення швидкості пари в змійовиках пароперегрівача призводить до зниження температури стінки труб, але збільшує гідравлічний опір пароперегрівача. У пароперегрівачах промислових котлів швидкість пари приймається не більше 20-25 м/с. При цих швидкостяхгідравлічний опір пароперегрівача не перевищує 5-6% номінального тиску пари.

У конвективних пароперегрівачах застосовуються різні схеми взаємного руху продуктів згоряння та пари. Відповідно конвективний пароперегрівач може бути прямоточним, протиточним або змішаним. У прямоточних пароперегрівачів продукти згоряння та пар рухаються в одному напрямку. За такої схеми руху найбільш високі температури продуктів згоряння компенсуються найнижчою температурою пари, що забезпечує низькі температури металу пароперегрівача. Однак це відбувається лише за відсутності солей у насиченій парі. За наявності солей відкладення їх відбуватиметься в змійовиках пароперегрівача, схильних до найбільшого обігріву, що призведе до різкого підвищення температури металу. Крім того, середня логарифмічна різниця температур у прямоточному пароперегрівачі менше, ніж у протиточному, що за інших рівних умов вимагає більшої поверхні нагріву і, отже, призведе до подорожчання пароперегрівача.

При протиточній схемі руху продукти згоряння та пар рухаються у протилежних напрямках. При такій схемі змійовики, що обігріваються продуктами згоряння з найбільш високою температурою, зустрічають вже перегріту пару охолоджуються явно недостатньо. В результаті метал змійовиків пароперегрівача працює у найважчих температурних умовах. У той же час солі, що містяться в насиченій парі, випадають у змійовиках, що обігріваються продуктами згоряння з нижчою температурою. У порівнянні з попередньою схемою тут температурний напір більший, а поверхня нагріву пароперегрівача виходить меншою і дешевшою.н протитечію в різних комбінаціях. При цих схемах створюються найбільш сприятливі температурні умови роботи пароперегрівача, яке поверхню нагріву найменша.

Пароперегрівачі виконуються з цільнотягнутих труб діаметром від 28 до 42 мм, що згинаються в змійовики. Поперечний крок у ряді часто дорівнює (2-2,5) d і рідше (3-3,5) d. Кінці змійовиків пароперегрівача приєднуються до барабана парогенератора зазвичай розвальцюванням, а до колекторів - зварюванням. Колектори пароперегрівача найчастіше мають круглу форму і виконуються з вуглецевої або легованої сталі залежно від тиску та температури перегрітої пари.

Конвективні пароперегрівачі розташовують у горизонтальному газоході між топкою та опускною шахтою або в самій опускній шахті. При встановленні в горизонтальному газоході глибина кожного пакету пароперегрівача не більше 1500 мм, між пакетами залишають вільний простір не менше 500 мм для виконання ремонтних робіт та оглядів. 6 м/с щоб уникнути занесення його поверхні нагріву летючою золою. При великих швидкостях і спалюванні високозольного палива є небезпека стирання труб летючою золою.

Залежно від способу розташування газоході розрізняють горизонтальну і вертикальну підвіску паралельно включених змійовиків. В даний час застосовують як горизонтальну, так і вертикальну підвіску змійовиків пароперегрівача. Змійовики зазвичай розташовують у коридорному порядку, що полегшує їх очищення від забруднень летючою золою.

Горизонтальне розташування змійовиків пароперегрівача забезпечує гарне видалення з них конденсату при зупинці парогенератора, але вимагає більш міцних і складних підвісок, щоб уникнути провисання.змійовиків. У вертикальних пароперегрівачів змійовики вільно підвішуються, що полегшує конструкцію, підвищує надійність роботи підвісок, але ускладнює дренаж конденсату, що утворюється при зупинці парогенератора.

На рис. 8-1 показаний конвективний пароперегрівач промислового котла, виготовлений із цільнотягнутих труб діаметром 32 мм. Для промислових котлів коливання перегріву пари, що відбуваються при зміні навантаження, не мають істотного впливу на роботу апаратів, що використовують тепло, тому в них відсутні пристрої, що регулюють перегрів пари. У енергетичних парогенераторів, що забезпечують парою турбіни, необхідно підтримувати заданий перегрів пари. Температура перегріву пари в конвективних пароперегрівачах збільшується при зростанні навантаження парогенератора та коефіцієнта надлишку повітря в топці, при зниженні температури живильної води та шлакуванні топки.

Регулювання температури перегрітої пари може здійснюватися застосуванням поверхневих пароохолоджувачів, впорскуванням води в пару, пропусканням частини продуктів згоряння повз пароперегрівач, рециркуляцією продуктів згоряння в топку, зміною аеродинаміки або хімічної структури факела, зміною випромінювальної здатності факела.

Регулятор перегріву пари повинен забезпечувати підтримку температури перегрітої пари постійної при зміні навантаження парогенератора в широких межах, бути конструктивно простим, надійним і малоінерційним. Поверхневий пароохолоджувач являє собою звичайний теплообмінний апарат. Він зазвичай складається з двох пакетів U-подібних труб, якими пропускається поживна вода. Труби зовні омиваються парою, яка від зіткнення з їх поверхнею охолоджується. Регулювання перегріву пари здійснюється зміноюкількості поживної води, що пропускається через пароохолоджувач (рис. 8-2, а).

Типова схема включення поверхневого пароохолоджувача показана на рис. 8-2, б. Пароохолоджувач встановлюється між першим і другим ступенем пароперегрівача. Пара з барабана котла надходить у другу по ходу продуктів згоряння ступінь пароперегрівача, в якій здійснюється протиточна схема руху пари та продуктів згоряння. Пройшовши по змійовикам другого ступеня пароперегрівача, пара надходить у поверхневий пароохолоджувач і з нього в першу по ходу продуктів згоряння ступінь пароперегрівача. Перший ступінь пароперегрівача виконано прямоточним, тобто пара і продукти згоряння рухаються в одному напрямку. При такій схемі включення пароохолоджувача змійовики, розташовані в зоні найбільш високих температур, охолоджуються парою, що попередньо пройшла через пароохолоджувач.

Пара з барабана по спеціальній лінії прямує в поверхневий конденсатор, де конденсується живильною водою, і потім надходить до збірки конденсату. Звідти конденсат направляється через регулюючий клапан до пароохолоджувача, що впорскує. Кількість конденсату, що надходить у пароохолоджувач, регулюється системою автоматики, що підтримує задану температуру перегрітої пари.

Рециркуляція продуктів згоряння регулювання перегріву пари застосовується на енергетичних парогенераторах великої потужності. Регулювання здійснюється за рахунок відбору продуктів згоряння, що мають температуру до 400 ° С, та направлення їх у нижню частину камери згоряння. Рециркуляція продуктів згоряння для регулювання перегріву пари може застосовуватися лише при спалюванні газу, мазуту та малозольних твердих палив.

При спалюванні різних за теплотою згоряння газів в тому самомуПарогенератор для регулювання перегріву пари застосовують пальники з регульованим факелом. Так, наприклад, для спалювання природного, коксового і доменного газів в одному і тому ж парогенераторі з успіхом застосовуються реверсивні газові пальники з регульованим факелом, розроблені в інституті СередАзНДІгаз.