Размещение экономайзеров

Экономайзеры являются конвективными змеевико- выми поверхностями нагрева с шахматным расположением труб в пакете. При горизон­тальном расположении змеевиков в конвективной шахте заданный шаг труб обеспечива­ется опорными стойками. Последние опираются или подвешиваются (для передачи веса змеевиков) на специальные балки каркаса, расположенные в газоходе (при температу ре газов не менее 600 °С), либо на собственные коллектора, находящиеся вну три газохода (рис. 2.3 а). Вариант использования коллекторов для раздачи воды по змеевикам и одно­временно для опоры (подвески) пакетов экономайзера в последних конструкциях паровых котлов находит более частое применение. В газоплотных котлах все коллекторы эконо­майзеров помещают вну три газохода, исключая тем самым трудности уплотнения внеш­них ограждений котла при выводе большого числа труб наружу.

Рис. 2.3. Варианты компоновки водяного экономайзера: а

— гладко трубный; б — мембранный

Как правило, змеевики размещают параллельно фронтальной (большей по размеру) стене конвективной шахты так, что по ширине фронта устанавливается два пакета эконо­майзера с самостоятельными параллельными потоками рабочей среды (воды) в змеевиках пакетов.

Рекомендуется выполнение экономайзеров в виде мембранных змеевиков (рис. 2.3 б). По сравнению с гладкотрубными поверхностям ми за счет повышения интенсивности теплообмена они обеспечивают уменьшение длины труб до 35 %, уменьшение общей мас­сы метатла до 15 %, заметное сокращение габаритных размеров поверхности (до 50 %) и уменьшение аэродинамического (с газової! стороны) и гидравлического (по рабочей сре­де) сопротивления до 30 %. Мембранные змеевики являются самонесущими, то есть не требуют для креплений: опорных стоек, повышается жесткость конструкции.

Экономайзер является замыкающей поверхностью в котле по тепловосприятию. Он должен воспринять теплоту от газов и снизить их температуру после выхода из паропере­гревателя до необходимого значения на входе в возду хоподогреватель. При наличии в котле промежуточного пароперегревателя этот диапазон температур невелик и эконо­майзер имеет относительно небольшие размеры, поэтому не обеспечивает подогрева воды до кипения. Только при отсутствии промежуточного пароперегревателя и давлении пара на выходе из котла не более 10 МПа экономайзер за счет большого тепловосприятия ока­зывается кипящим (выдает до 20 % насыщенного пара). В прямоточных котлах докрити — ческого давления (р = 10-17 МПа) для обеспечения равномерного распределения рабочей среды по трубам экранных поверхностей топки из экономайзера должна выходить вода, недогретая до температуры насыщения не менее, чем на 40 °С или на 250-285 кДж/кг.

В прямоточных котлах сверхкритического давления по той же причине энтатьпия рабочей среды на выходе не должна превышать нижней границы зоны фазового перехода (/;" < 1670 кДж/кг), в противном слу чае необходимо принимать специатьные конструк­тивные меры для распределения среды в коллекторы нижней радиационной части топки, либо переносить из топки в конвективную шахту часть поверхности зоны фазового пере­хода.

Компоновка воздухоподогревателей.

Для подогрева возду ха, поступающего в го­релки топочной камеры, в энергетических котлах применяют трубчатые (ТВП) и регене­ративные (РВП) воздухоподогреватели. По своей конструкции ТВП имеют относительно небольшу ю удельную поверхность теплообмена в 1 м объема — 40-50 м7мл и при низких значениях теплоотдачи и температу рного напора между газами и воздухом характеризу­ются большими габаритами и расходом метатла. Преиму ществом ТВП по сравнению с РВП является достаточно высокая плотность, исключающая заметные утечки (перетоки) возду ха в газовый поток. В настоящее время ТВП поставляются заводами в виде крупно­габаритных секций из труб диаметром 40 мм, толщиной стенки 1,5 мм с компактными ша­гами труб v / v, = 54×40,5 мм и тонкометаллической обшивкой с боковых сторон для ис­ключения утечки нагреваемого возду ха наружу.

При использовании труб меньшего диаметра выбор предельно плотной компоновки труб (шага труб / s,) определяется сохранением минимального диагонатьного «мости­ка» между’ отверстиями в трубной доске, равного 9-10 мм.

В равных условиях по теплообмену с РВП (одинаковые темпера туры газов и воз­духа) в низкотемпературной части метатл труб ТВП имеет более низку ю температуру, чем метатл набивки РВП (ниже и 12-45 °С) и поэтому подвергается более интенсивной серно­кислотной коррозии при сжигании мазута и сернистых твердых топлив.

В связи со сказанным ТВП применяют при сжигании шлаку ющих твердых топлив, сланцев, топлив с высоким содержанием золы (А" >1,4 %-кг/МДж) при относительно не­высоком серосодержании (Sp < 3 %). Для уменьшения сернокислотной коррозии приме­няют подогрев холодного воздуха на входе в ТВП за счет рецирку ляции горячен воздуха либо пу тем установки паровых каториферов. Такие схемы при водят к росту температуры
уходящих газов и снижению КПД котла. Более заметное повышение минимальной темпе­ратуры стенки обеспечивает каскадный ТВП в котором через первую («холодную») сту­пень проходит только часть холодного воздуха (около 40 %) в смеси с долей рецирку ля­ции горячего воздуха (гв « 0,15), что позволяет при минимальной рецирку ляции горячего воздуха повысить температуру стенки труб до исключения низкотемпературной коррозии (рис. 2.4).

Для максимального использования возможностей теплообмен: в ТВП и сокращения за счет этого размера поверхности нагрева применяют многократный (как миниму м, че­тырехкратный) перекрестный ток возду ха, что приближает схему’ взаимного движения сред к противоточной. В этих целях уменьшение высоты одного хода воздуха достигается двух-четырех поточным движением возду ха в ТВП (рис. 2.5).

Т

Рис. 2.4. Каскадная схема подогрева воздуха в трубчатом воздухоподогрева­теле. 1 — дутьевой вентилятор: 2 — вен­тилятор рециркуляции горячего воздуха; 3 — паровой калорифер: 4 — «холодная» часть воздухоподогревателя; 5. 6 — ос­новная и «горячая» часть воздухоподог­ревателя

Продукты сгорания Продукты сгорания

Рис. 2.5. Варианты компоновки труб­чатых воздухоподогревателей, а — двух — поточный воздухоподогреватель;

Б — четырехпоточный воздухоподогре­выход горячего воздуха

Более широкое применение, особенно на котлах высокой паропроизводительности (D > 117 кг/с), имеет РВП, за исключением тех ограничений по топливам, где рекоменду ­ется применение ТВП. По своей конструкции РВП обладают высокой удельной поверхно-

Стью теплообмена — 320-340 м2/м поэтому имеет относительно небольшие габариты, что особенно важно прн проектировании котлов большой тепловой мощности. Основным не­достатком РВП является высокий переток нагреваемого воздуха в газовую среду при на­личии периферийных и радиатьных зазоров между воздушной и газової! частями РВП (Да = 0,2), что приводит к перегрузке в работе дымососов и дутьевых вентиляторов, по­вышенному расходу энергии на собственные нужды.

Плотное расположение в секторах РВП металлической теплообменной набивки с зазором 8-10 мм затрудняет использование РВП при сжигании сильнозольных топлив из — за забивания проходного сечения с газовой стороны золой и последу ющим частичным уносом золы с горячим возду хом, загрязнением и золовым износом элементов воздушного тракта и горелок.

Для повышения рабочей кампании набивки РВП в зоне сернокислотной коррозии нижняя часть РВП (на 1/3-1/4 высоты ротора) имеет секции с повышенной толщиной лис­та — 1,2 мм, в то время как остатьная часть («горячая» часть РВП) имеет набивку из листов толщиной 0,6-0,8 мм (рис. 2.6).

Как известно, нагрев воздуха в одной ступени ограничен, что связано с более высо­ким значением теплоемкости газового потока и уменьшением разности температур между газом и возду хом по мере нагрева последнего. Предельный подогрев воздуха в одной сту ­пени определяется минимальным допустимым температурным напором на горячем конце возду хоподогревателя (не менее 25-30 °С) и находится для негазоплотных котлов в диа­пазоне 260-300 °С при использовании ТВП и 300-360 °С для РВП ввиду повышенного среднего избытка возду ха в последнем и сближении значений усредненных теплоемко — Стей газов и воздуха.__________________

Дымовые газы

Рис. 2.6. Устройство регенеративного возду хоподогревателя (РВП). 1 — вал ро­тора: 2 — наружный корпус; 3 — секция «горячей» набивки; 4 — секция «холод­ной» набивки; 5 — электродвигатель; 6 — опорные конструкции

Для большинства видов энергетических топлив приведенный уровень температуры горячего возду ха достаточен для полного их сжигания. В отдельных слу чаях возможно увеличение предельного уровня подогрева возду ха в одной ступени. Так в газоплотном котле из-за отсутствия присосов средняя теплоемкость газов приближается к тепло­емкости возду ха, что позволяет иметь более высокий подогрев возду ха. В негазоплотном котле введение рецирку ляции горячего воздуха позволяет повысить температуру воздуха на входе в воздухоподогреватель для снижения сернистой коррозии метатла и существен­но повысить предельную температу ру подогрева воздуха из-за сближения массовых; рас­ходов газов и воздуха. Того же результата можно достигнуть байпасированием части га­зового потока помимо воздухоподогревателя и размещением в байпасном газоходе допол­нительного экономайзера низкого давления.

Указанные способы позволяют в большинстве случаев обойтись одноступенчатой компоновкой воздухоподогревателя и экономайзера как более дешевої! по конструкции и удобной в эксплу атации и при ремонтах. Переход на двухступенчатое выполнение возду ­хоподогревателя определяется необходимостью полу чения весьма высокого подогрева воздуха (380-500 °С). Такая ситуация чаще всего возникает при сжигании низкореакци­онных топлив (типа А, ПА, Т) с жидким шлакоудалением. В этом слу чае в качестве вто­рой ступени используется ТВП, а в первой («холодной») ступени может быть установлен как ТВП, так и РВП. Потребность в выполнении второй ступени экономайзера появляется в случае, если температура газов перед входом во вторую ступень ТВП будет выше 520 °С, а при наличии тепловой защиты трубной доски — выше 550-570 °С. Тогда для за­щиты метатла верхней трубной доски от перегрева устанавливают змеевиковый пакет экономайзера (рис. 2.7 а). Если котел имеет промежуточный пароперегреватель, то по­требность в дополнительной поверхности экономайзера отпадает (рис. 2.7 б).

Рис. 2.7. Типы компоновок воздухо­подогревателя. а — двухступенчатая схе­ма ТВП; б — двухступенчатая комбини­рованная схема: 1 — пакеты экономайзе­ра: 2 — промежу точный пароперегрева­тель; 3 — регенеративный воздухоподог­реватель