ППУ_02-03

ПП

горизонтальными пароперегревателями, размещенными внутри испарительных пучков; в – асимметричная схема с одним горизонтальным пароперегревателем; г – асимметричная схема с вертикальным петлевым пароперегревателем.

ПК – паровой коллектор; ВК – водяной коллектор; КПП – коллектор вертикального пароперегревателя; ПО – парообразующие (испарительные) поверхности нагрева; ПП – поверхность нагрева пароперегревателя; ДГ – дымовые газы;

Ш – газовый шибер.

если в двух – к симметричному (рис. 7.б). Размещение пароперегревателя в одном из газоходов котла позволяет регулировать температуру отбираемого перегретого пара с помощью газового шибера, расределяющего газовые потоки по газоходам.

В -видных двухпроточных котлах отсутствует экранная поверхность нагрева, а теплота излучения факела воспринимается первыми притопочными рядами испарительного пучка труб. Опускные трубы в таких котлах могут располагаться снаружи (за кожухом) в необогреваемой части котла, либо роль опускных труб выполняют задние (менее обогреваемые) ряды труб конвективных испарительных пучков.

-видные котлы получили широкое распространение на судах и кораблях в 30 – 50-е годы прошлого столетия. Принципиальным недостатком котлов этого типа являлась малая скорость газового потока,

11

что приводило к увеличению массогабаритных показателей. Ввиду значительных массогабаритных показателей и жесткости конструкции, определяющей маневренные характеристики, -видные котлы в качестве главных в настоящее время уже не применяются.

Трехколлекторные однопроточные водотрубные котлы

Недостатки -видных котлов послужили основной причиной для

массового перехода к более компактным и легким однопроточным вертикальным трехколлекторным водотрубным котлам с ЕЦ (рис. 8).

Конструктивно корпус котла включает: три коллектора (паровой, водяные коллекторы экрана и конвективного парообразующего пучка), парообразующие и опускные трубы. С одной стороны топочное пространство ограничено экранным пучком труб, поэтому газы имеют проход только с той стороны, где располагается прореженный конвективный парообразующий пучок.

Втрехколлекторных котлах организованы два контура ЕЦ:

•контур циркуляции экрана, образованный паровым коллектором, коллектором экрана, подъемными трубами (экранный и притопочный конвективный пучок) и опускными трубами, размещенными за трубами экрана в необогреваемой части котла;

•контур циркуляции конвективного парообразующего пучка,

образованный паровым коллектором, водяным коллектором и трубами конвективного испарительного пучка, выходящими из водяного коллектора. Подъемными трубами в этом контуре циркуляции являются трубы конвективного испарительного пучка, расположенные до пароперегревателя, и часть рядов труб после пароперегревателя (рис. 8.а); либо первые несколько рядов труб конвективного пучка после пароперегревателя (рис. 8.б); опускными трубами служат последние (наименее обогреваемые) несколько рядов труб испарительного пучка за пароперегревателем.

Компоновочные схемы таких котлов могут отличаться типом и расположением пароперегревателя, наличием или отсутствием экономайзера и воздухоподогревателя, количеством топочных устройств и другими конструктивными особенностями. Однопроточные трехколлекторные водотрубные котлы с естественной циркуляцией КВГ25, КВГ-34 и их модификации получили широкое распространение в качестве главных котлов на судах транспортного флота.

12

Рис. 8. Схемы трехколлекторных однопроточных водотрубных котлов: а – с горизонтальным змеевиковым пароперегревателем; б – с вертикальным петлевым пароперегревателем.

ПК – паровой коллектор; ВКЭ – водяной коллектор экрана; ПЭ – подъемные трубы контура экрана; ОЭ – опускные трубы контура экрана; ВК – водяной коллектор; ПИ – подъемные трубы конвективного испарительного пучка; ОИ – опускные трубы конвективного испарительного пучка; ПП – пароперегреватель; ЭК – экономайзер; ВП – воздухоподогреватель; Т – топка котла; ДГ – дымовые газы.

Двухколлекторные однопроточные водотрубные котлы

Котлы этого типа (рис. 5) наиболее распространены на судах в качестве главных и вспомогательных. Они проще по конструкции, чем трехколлекторные котлы, имеют меньшую массу и габариты, высокую маневренность и просты в эксплуатации.

В двухколлекторных котлах конструктивно организуется только один контур естественной циркуляции: подъемными трубами служат трубы экрана, расположенные с одной стороны топки, и трубы конвективного парообразующего пучка, расположенные со стороны газохода, а опускные трубы всегда размещаются в необогреваемой части котла, как правило, за экранным пучком труб.

За конвективным парообразующим пучком могут устанавливаться другие поверхности нагрева котла: вертикальный или горизонтальный пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель, которые хорошо вписываются в газоход котла.

13

Вертикальные водотрубные котлы с ЕЦ шахтного типа

Это сравнительно новый тип главных котлов с сильно развитой радиационной (экранной) поверхностью нагрева в топке (рис. 9).

ДГ

воздух

ВП

ПК

ЭК

ТУ

Э

ПП

ФВК

Рис. 9. Схема водотрубного котла шахтного типа с промежуточным перегревом пара.

ПК – паровой коллектор; ВК – водяной коллектор; ТУ – топочные устройства;

ВП – воздухоподогреватель; ДГ – дымовые газы.

14

QГ

tПЕ

tS

характер изменения температуры рабочего тела

по длине витка прямоточного котла

tПВ

Простейший одновитковый прямоточный котел представляет собой обогреваемую горячими газами трубу в один конец которой подается питательная вода, а из другого конца отбирается перегретый пар (рис. 10):

На экономайзерном участке котла происходит подогрев поступающей питательной воды до температуры насыщения, на испарительном – испарение воды, и на перегревательном – дальнейшее повышение температуры образовавшегося из воды пара (перегрев пара).

Отличием прямоточных котлов от котлов с ЕЦ является то, что экономайзерный, испарительный и пароперегревательный участки четко не разделены между собой, а их протяженность зависит от нагрузки котла. При уменьшении температуры газов или увеличении расхода питательной воды границы экономайзерного и испарительного участков смещаются вправо (по схеме) и их длина увеличивается; при увеличении нагрузки котла или уменьшении расхода питательной воды – смещаются влево, и их длина уменьшается.

Паропроизводительность одновиткового котла (состоящего из одной трубы) обычно не превышает значения 10 т/ч, так как дальнейшее ее увеличение связано с резким возрастанием гидравлических сопротивлений и, как следствие, со значительным увеличением мощности и массогабаритных показателей питательного насоса. Для обеспечения бόльших значений паропроизводительности все мощные прямоточные котлы выполняются многовитковыми.

В многовитковом прямоточном котле (рис. 11) питательная вода поступает в раздающий коллектор небольшого диаметра (100 ÷ 150 мм), откуда распределяется по нескольким параллельно включенным и обогреваемым газами виткам. После испарения и перегрева в трубах поверхностей нагрева образовавшийся пар поступает в смесительный

16

ГСК

РК СК

GПВ

РК

Рис. 11. К принципу действия многовиткового прямоточного котла.

GПВ − подача питательной воды; DПЕ − отбор перегретого пара; QГ − теплота

продуктов сгорания; РК – раздающий коллектор; СК – смесительный коллектор; ГСК – главный стопорный клапан.

(собирающий) коллектор, откуда через главный стопорный клапан отбирается на потребители.

С целью обеспечения большей компактности поверхности нагрева прямоточного котла, все параллельно включенные витки выполняют в виде змеевиков. Змеевиковые поверхности нагрева очень хорошо вписываются в газоходы, что позволяет придавать прямоточным котлам практически любую форму, удобную с точки зрения размещения в котельном отделении.

Конструктивная схема многовиткового прямоточного парового котла и принцип его действия показаны на рис. 12.

Питательная вода с помощью питательного насоса подается в раздающий коллектор экономайзера, где распределяется по нескольким параллельно включенным змеевикам трубного пучка экономайзера. В экономайзере вода нагревается до температуры меньшей, чем температура насыщения при данном давлении на 30 ÷ 40 оС, и собирается в смесительном коллекторе. Из смесительного коллектора экономайзера подогретая вода по перепускной трубе подается в раздающий коллектор испарительной части, откуда распределяется по параллельно включенным виткам, образующим экранную поверхность нагрева и ограничивающим топочное пространство. В верхней части топки из сплошного экрана витки переходят в змеевики прореженного пучка труб испарительной части котла. Слегка перегретый пар, образовавшийся в испарителе, собирается в смесительном коллекторе и по внешней перепускной трубе поступает в раздающий коллектор пароперегревателя. При движении пара по змеевикам пароперегревателя происходит дальнейшее повышение его температуры. Перегретый пар собирается в выходном коллекторе котла, откуда через главный стопорный клапан направляется на потребители.

17

Многовитковые прямоточные котлы могут обеспечивать большие паропроизводительности и высокие параметры пара. Они компактны, маневренны, легко вписываются в габариты котельного отделения.

Основными преимуществами прямоточных котлов по сравнению с водотрубными котлами с ЕЦ являются:

-отсутствие больших и тяжелых коллекторов;

-относительная свобода при компоновке поверхностей нагрева применительно к габаритам и форме котельного отделения;

-более высокие допускаемые тепловые нагрузки в топке и конвективных поверхностях нагрева за счет принудительного движения рабочего тела;

-более высокая степень использования поверхности нагрева, так как отсутствуют неомываемые газами (теневые) участки труб;

-повышенная маневренность из-за малой теплоаккумулирующей способности (малого объема воды и металлоконструкций) котла;

-малые массогабаритные показатели и высокий КПД.

Кнедостаткам прямоточных котлов относятся:

-невысокая надежность при работе на пониженных нагрузках из-за гидродинамических расстройств контура принудительной циркуляции;

18

-дополнительные затраты энергии питательным насосом на преодоление гидравлических сопротивлений в пароводяном тракте котла;

-очень сложная автоматизация котла, особенно в части поддержания заданных давления и температуры перегретого пара и обеспечения синхронного изменения расходов топлива, воздуха и питательной воды;

-неспособность котла выдавать одновременно насыщенный и перегретый пар;

-необходимость использования для растопки прямоточного котла специального растопочного сепаратора с системами и арматурой, что значительно усложняет установку;

-высокие требования, предъявляемые к качеству питательной воды, из-за выпадения и отложения солей в зоне ухудшенного теплообмена в условиях отсутствия продувания и внутрикотловой обработки воды.

4.Котлы с принудительной циркуляцией малой кратности

Основным и самым существенным недостатком прямоточных котлов является отложение накипи на стенках труб в переходной зоне испарительной части, где испаряется примерно 15 ÷ 20 % воды. Так как четких границ между экономайзерной, испарительной и перегревательной частями в прямоточном котле нет, а их положение меняется в зависимости от нагрузки котла, то отложение солей происходит на довольно значительной по протяженности части трубной системы.

Этот недостаток прямоточного котла можно устранить, если в его конструктивной схеме, в районе переходной зоны с повышенной концентрацией солей, где влажность пара составляет 15 ÷ 30 %, организовать продувание некоторой части воды с повышенным солесодержанием. Применение такого продувания позволяет снизить концентрацию солей, вызывающих накипеобразование в испарительной и перегревательной частях котла, и могущих привести к пережогу теплонапряженных трубных систем.

Общая компоновка поверхностей нагрева и принцип их включения в котле с ПЦ МК (рис. 13) практически совпадают со схемой прямоточного котла, с той разницей, что пароводяная смесь из испарительной части котла с паросодержанием 70 ÷ 85 % направляется в сепарационную копилку. В сепарационной копилке происходит разделение паровой и водяной фаз пароводяной смеси. Часть воды, скапливающейся в нижней части сепарационной копилки, и содержащая повышенную концентрацию солей, продувается, а насыщенный пар из верхней части сепарационной копилки поступает в трубную систему пароперегревателя.

19

Таким образом паропроизводительность паровых котлов с ПЦ МК по перегретому пару равна расходу питательной воды, подаваемой в котел, за вычетом расхода продувочной воды:

DПЕ = GПВ −GПР

Так как величина GПР составляет 15 ÷ 30 % от величины GПВ , то

кратность циркуляции в таких котлах близка к единице и принимает значение:

K= GПВ =1,15 ÷1,30

DПЕ

По этому признаку котлы рассмотренной конструкции называют котлами с принудительной циркуляцией малой кратности. Количество продуваемой воды GПР устанавливается несколько бóльшим, чем требуется для сохранения солевого равновесия, поэтому часть продуваемой воды обычно возвращается на всасывание питательного насоса, а остальная продувочная вода удаляется за борт.

Основным преимуществом котлов с ПЦ МК по сравнению с прямоточными является тот факт, что они допускают борьбу с повышенной соленостью котловой воды путем продувания. Это увеличивает надежность работы испарительных витков и снижает требования к качеству питательной воды. Такие котлы можно питать не

20