Пароперегреватели

Описание

Назначение и область применения

Пароперегреватель – это устройство, которое служит для получения перегретого пара. Температура такого пара выше температуры насыщения в барабане котла при одинаковом давлении. Пароперегреватель считается одним из самых ответственных элементов котельного агрегата, поскольку температура пара здесь достигает максимальных значений, а металл устройства работает в условиях, близких к предельно допустимым. Змеевики и коллекторы, изготовленные из углеродистой стали, выдерживают температуру перегрева до 425 °С. Использование перегретого пара значительно повышает коэффициент полезного действия котла. По своему назначению пароперегреватели делятся на:

• основные – в них перегревается пар высокого или сверхкритического давления;
• промежуточные – здесь перегревается пар, уже частично отработавший в турбине.

Типы пароперегревателей

По способу получения тепла пароперегреватели подразделяются на:

1. Конвективные – располагаются в конвективном газоходе и нагреваются за счёт конвекции.
2. Радиационные – монтируются на стенах топочной камеры и получают тепло радиацией.
3. Ширмовые (радиационно-конвективные) – находятся в верхней части топки и частично в горизонтальном газоходе, между радиационными и конвективными поверхностями.

В котлах низкого и среднего давления чаще всего применяются конвективные пароперегреватели с вертикальным или горизонтальным расположением труб. Для получения пара с температурой перегрева выше 500 °С используют ширмовые или комбинированные пароперегреватели. В них одна часть поверхности нагревается за счёт излучения, а другая – за счёт конвекции. Радиационная часть таких устройств размещается в виде ширм прямо в верхней части топочной камеры.

Устройство и принцип действия

1. Конвективные пароперегреватели

В зависимости от направления движения пара и продуктов сгорания различают три схемы:

• прямоточная;
• противоточная;
• смешанная.

При прямоточной схеме направления потоков совпадают, при противоточной – направлены в противоположные стороны.

Схемы движения пара и продуктов сгорания в конвективных пароперегревателях

(а – прямоточная, б – противоточная, в – смешанная)

Противоточная схема даёт максимальный температурный напор между газами и паром, что позволяет уменьшить поверхность нагрева и снизить расход металла. Однако у неё есть недостаток: существует опасность пережога последних участков змеевиков, так как наиболее горячий пар здесь встречается с самыми горячими продуктами сгорания. Прямоточная схема даёт меньший температурный напор, из-за чего требуется бо́льшая поверхность нагрева. Зато условия работы металла лучше – участки с самой высокой температурой пара омываются уже частично охлаждёнными газами. Смешанная схема позволяет найти оптимальный баланс между надёжностью и стоимостью оборудования. Конвективные пароперегреватели изготавливаются из стальных труб диаметром 32–42 мм с толщиной стенки 5–7 мм. Различают одно- и многорядные змеевики – они отличаются количеством параллельных труб, выходящих из коллектора. При большой тепловой мощности котла змеевики часто выполняют в 3–4 ряда. Это усложняет приварку концов труб к коллектору, увеличивает количество отверстий в нём и снижает его прочность.

Схема вертикального конвективного пароперегревателя

1 – барабан котла; 2 – главная паровая задвижка; 3 – выходной коллектор перегретого пара; 4 – промежуточный коллектор с пароохладителем; 5 – балка для подвески змеевиков; 6 – подвеска змеевиков; 7 – змеевик первой ступени; 8 – дистанционная планка; 9 – дистанционная гребёнка; 10 – змеевик второй ступени; ПГ – продукты горения.

2. Радиационные пароперегреватели

При небольшой площади поверхности радиационный пароперегреватель обычно размещают на потолке топки. Если этого недостаточно – дополнительно на вертикальных стенах. Настенные перегреватели в виде панелей на всю высоту топки считаются менее надёжными: отвод тепла от металла к пару происходит значительно слабее, чем к кипящей воде. Особенно тяжёлые условия возникают при сниженных нагрузках, когда расход пара в трубах заметно падает.

3. Ширмовые пароперегреватели

Ширмовые пароперегреватели представляют собой систему труб, образующих плоские плотные панели с входными и выходными коллекторами. Ширмы устанавливают в верхней части топки на расстоянии 600–1000 мм друг от друга – вертикально или горизонтально. Они относятся к радиационно-конвективным поверхностям: их нагрев складывается из радиационного излучения от ядра факела и раскалённых газов, а также из конвективного теплообмена. Газы омывают ширмы продольно-поперечным потоком со скоростью 5–8 м/с. Ширмовые перегреватели обычно воспринимают 20–40% всего тепла, поступающего в пароперегреватель. Ширмы могут изготавливаться из плавниковых труб – они меньше шлакуются и легче очищаются от наружных загрязнений.