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 |