Классификация котельных установок по типу. Конструкция прямоточных котлов тепловых и электрических станций.

Содержание

Введение
1Классификация котельных установок по типу
2Конструкция прямоточных котлов тепловых и электрических станций
2.1Конструктивные особенности прямоточных котлов
2.2Динамические характеристики прямоточных котлов
Заключение
Список использованной литературы

Классификация котельных установок по типу. Конструкция прямоточных котлов тепловых и электрических станций.

Рис. 1.1. Конструкция котельной установки
Из топливного бункера (12) кусковое топливо подается в мельницу (10), откуда мельничным вентилятором (13) направляется в горелку (11), сюда же подается воздух, подогретый в воздухоподогревателе (5). В камерной топке (1) происходит сжигание топлива, образующиеся высокотемпературные газы отдают свое тепло поверхностям нагрева: экранам (14) - излучением, фестону (15) - конвекцией. Выходя из топки (1) дымовые газы отдают тепло трубкам пароперегревателя (3), экономайзера (4), затем воздухоподогревателя (5), остывают, проходят очистку в газоочистительном оборудовании (7) и дымососом (8) выбрасываются в атмосферу. Холодная вода насосом подается в экономайзер (4), подогревается дымовыми газами и направляется в барабан (2) парового котла, оттуда опускаетсяпо опускным не обогреваемым трубам (16) и поступает в подъемные трубы-экраны( 14) и фестон (15), где происходит - парообразование. Влажный насыщенный пар подымается в барабан (2), где собирается над водой в паровом :пространстве, отделяется от капелек воды в сухопарнике и сухим направляют в пароперегреватель (3) где превращается в перегретый пар и оттуда подается потребителю. Воздух из атмосферы вентилятором (6) подается в воздухоподогреватель (5) на подогрев, затем на горение топлива в горелку (11).
На рис. 1.2 показана схема развития паровых котлов.
Рис. 1.2. Схема развития паровых котлов: 1 - простой цилиндрический котел; 2 — жаротрубный котел; 3 — дымогарный котел; 4 —горизонтально-водотрубный котел; 5 — вертикально-водотрубный котел; 6 — экранный водотрубный котел
Паровые котлы делятся на группы по следующим признакам:
по назначению — стационарные и передвижные;
по циркуляции воды в котле— котлы с естественной и принудительной и циркуляции;
по давлению пара—котлы низкого давления (дорк=1,5—1,6 Мн/м2), среднего давления (до рк = 3,0—3,5 Мн/м2) и высокого давления (до рк= 18,0 мн/м2 и более);
по конструкции - котлы газотрубные и водотрубные ;
по мощности — котлы большой, средней и малой мощности;
по расположению поверхности нагрева в пространстве— котлы горизонтальные и вертикальные2.
2 Конструкция прямоточных котлов тепловых и электрических станций
2.1 Конструктивные особенности прямоточных котлов
Сам принцип прямоточности весьма прост и состоит в том, что вода, поступающая в котел под давлением, при постепенном нагревании последовательно проходит все стадии парообразования: нагревается до кипения, сначала из нее образуется влажный насыщенный пар, затем сухой и, наконец, перегретый. Однократное движение воды происходит по змеевику, состоящему из коллекторов с параллельно включенными кипятильными трубами. Котел имеет П-образную форму. Левая часть его представляет собой радиационную зону и состоит из топочной камеры для факельного сжигания топлива. По стенкам камеры расположены топочные экраны в виде вертикальных труб с движущейся в них водой и пароводяной смесью. В правой конвективной зоне котла расположены змеевик переходной зоны, экономайзер, включенный в общую циркуляционную систему котла, и воздухоподогреватель. На границе двух зон находится пароперегреватель. Вода, уже нагретая в экономайзере, поступает в радиационную зону котла и, получая теплоту от факела горящего топлива, нагревается и превращается во влажный насыщенный пар. Во избежание пережога кипятильных труб при образовании сухого насыщенного пара часть змеевика вынесена в зону более низких температур. Далее пар поступает в пароперегреватель, где его температура повышается до 783—813 К (510—540 °С), и затем в машинный зал электростанции.
Прямоточные котлы имеют высокую производительность, но очень чувствительны к качеству питательной воды. На тепловых электростанциях для питания котлов используют конденсат отработавшего пара. Ввиду малого водяного объема котлы не обладают теплоаккумулирующим свойством, поэтому даже очень незначительные изменения в потреблении пара, расходе топлива могут привести к колебаниям давления в котле. Однако применение автоматического регулирования устраняет этот недостаток. Котлы не требуют для своей установки больших площадей, имеют небольшую металлоемкость, высокую тепловую экономичность, их устанавливают на крупных тепловых электрических станциях при давлении пара свыше 10 МПа.
В прямоточных котлах отсутствует барабан. Питатель­ная вода в них, как и в барабанных котлах, последовательно про­ходит экономайзер, испарительные и перегревательные поверхности. Движение рабочей среды в поверхностях нагрева однократное и создается питательным насосом. Из испа­рительной поверхности выходит пар. Это позволяет отказаться от металлоемкого барабана. Надежное охлаждение металла труб ис­парительной поверхности обеспечивается соответствующими ско­ростями движения рабочей среды. В прямоточных котлах нет четких границ между экономайзерной, испарительной и паропере гревательной поверхностями. Изменение параметров питательной воды (температуры, давления), характеристик топлива, воздуш­ного режима приводит к изменению соотношения площадей этих поверхностей. Так, при снижении давления в котле уменьшаются размеры экономайзерного участка (зона подогрева), увеличи­вается испарительная зона (ввиду роста теплоты парообразования).
Прямоточные котлы по сравнению с барабанными имеют значительно мень­ший аккумулирующий объем рабочего тела. Поэтому при их работе необхо­дима четкая синхронизация подачи воды, топлива и воздуха.
Прямоточные котлы могут быть как докритического, так и сверхкри­тического давления. Требования к ка­честву питательной воды у них значи­тельно выше, чем у барабанных. Даже, когда содержание солей в ней измеря­ется миллионными долями грамма, вследствие постоянного роста отло­жений в трубах прямоточные котлы.
Приходится периодически останавливать и подвергать кис­лотной промывке. Наиболее интенсивное отложение солей проис­ходит при завершении испарения влаги и начале перегрева пара, что может привести к пережогу труб. Поверхность нагрева, в ко­торой происходит этот процесс, называют переходной зоной. В кот­лах докритического давления эту зону размещают в конвективной шахте в области умеренных температур. При сверхкритическом давлении переходная зона менее выражена и ее не выделяют в от­дельную поверхность нагрева.
Появление прямоточных котлов связано со стремлением упро­стить конструкцию, отказаться от громоздкого барабана. Созда­ние прямоточных котлов в нашей стране связано с именем про­фессора Л. К. Рамзина3.
Рис. 1.3. Схема котла Рамзина
В котле Рамзина (рис. 1.3) вода из экономайзера обычной кон­струкции направляется по необогреваемым трубам во входные коллектора радиационной части, разделенной по высоте на НРЧ, СРЧ и ВРЧ. Нижняя радиационная часть выполнена в виде ленты труб с горизонтально-подъемной навивкой по стенам топки. В НРЧ вода нагревается до кипения и примерно 80 % ее испа­ряется. Из НРЧ пароводяная смесь направляется в переходную зону, расположенную в конвективном газоходе. В некоторых котлах пар после переходной зоны увлажняют путем впрыска воды. Соли, растворенные в паре, частично переходят в воду и уда­ляются вместе с ней. Затем пар поступает в СРЧ — первую сту­пень радиационного перегревателя, и дальше в ВРЧ — вторую ступень радиационного перегревателя, в потолочные трубы и вы­ходной конвективный перегреватель, а оттуда в турбину.
В котле Рамзина потоки воды и пара идут по параллельным змеевикам. Весьма важно, чтобы тепловая работа каждого змеевика была бы идентична с другими, чтобы не получилось, что в одном змеевике пар не догреется до требуемой температуры, а в другом чрезмерно перегреется, что вызовет перегрев стенки и аварию. В циркуляционных контурах барабанных котлов также могут происходить такие явления, но там увеличенная кратность циркуляции исключает возможность опрокидывания циркуляции в отдельных трубах, приводящих к образованию застоя пара и перегреву труб.
Получить совершенно идентичные змеевики крайне затруднительно; при эксплуатации прямоточного котла всегда имеется опасение, что увеличится гидравлическое сопротивление в одних змеевиках и уменьшится в других. Кроме того, топочная часть и газоходы могут отдавать тепло неодинаково во всех пунктах сечения газового потока. Ошлакование некоторых участков газохода: также может вызвать неравномерность газового потока и соответственно теплоотдачи в разных пунктах. В результате неравномерной передачи тепла змеевикам в пунктах, где по проекту она не предвиделась, опять начнут изменяться гидравлические сопротивления отдельных змеевиков. Удельный объем пара значительно выше соответствующего объема воды, и если в каком-нибудь змеевике образуется по сравнению с другими больше пара, то в этом змеевике повысится гидравлическое сопротивление, что в итоге может вызвать чрезмерный перегрев пара и стенки.
Эффективным   мероприятием, предотвращающим   указанную неравномерность, является введение в систему змеевиков дополнительных гидравлических сопротивлений, сглаживающих неравномерность гидравлических сопротивлений отдельных змеевиков. Это достигается путем введения при входе в змеевики диафрагм, уменьшающих их сечение. Измеряя температуру пара по выходе из каждого змеевика и при необходимости изменяя сечение отдельных диафрагм, производят «настройку» змеевиков.
С увеличением давления пара уменьшается разница в удельных объемах воды и пара, что благоприятно сказывается на работе прямоточного котла и, наоборот, усложняет работу сепарационных приспособлений в котле с циркуляцией пароводяной смеси.
В котле Рамзина нет запаса воды, поэтому необходимо синхронизировать тепловую работу топки и подачу питательной воды. Автоматически действующую синхронизацию удается осуществить при камерном сжигании топлива. Принципиально подобная схема могла бы быть представлена так: от коленчатого вала, приводимого в движение электродвигателем постоянного тока, когда можно по желанию изменять число оборотов, работают два насоса: один перекачивает в котел мазут или аэропыль, другой — питательную воду. Практически синхронизация осуществляется весьма сложно.
Учитывая потребность в необходимом запасе давления для работы автоматики питания котла, арматуру, трубопроводы и пр. следует рассчитывать на 180 атм.
Растопка котла Рамзина производится таким образом, что сначала вода проходит по всем змеевикам и затем поступает в питательный бак; по мере образования насыщенного пара его или выпускают наружу, или используют в поверхностных водоподогревателях до тех пор, пока не будет получаться перегретый пар требующейся температуры. Растопка продолжается около 50 мин.
Рис. 1.4. Конструкция современного прямоточного котла Пп-3950—25,5—545 ГМ (ТГМП—1202)
Конструкция современного прямоточного котла Пп-3950 — 25,5—545 ГМ (ТГМП 1202) приведена на рис. 1.4. Газомазутный котел предназначен для работы под наддувом в блоке с турбиной мощностью 1200 МВт. При конструировании котла были приняты следующие конструктивные решения. Компоновка П-образная с подвеской котла на хребтовые балки 8, передающие нагрузку на колонны 15 здания. Исполнение газоплотное. Топка 2 призмати­ческая с размером в плане 31,28×10,42 м, открытая, с верхним пережимом 3. Панели экранов 5 цельносварные из труб диаметром 32×6 мм. Для увеличения жесткости панелей предусмотрены горизонтальные балки 4. Вихревые горелки 1 расположены на стенах топки встречно, в три яруса. Движение среды в экранах топки одноходовое. Перегреватель сверхкритического давления расположен в горизонтальном газоходе 9. Он состоит из последо­вательно расположенных в газовом тракте ширм 6 и двух пакетов конвективного перегревателя 7. Регулирование температуры пере­грева осуществляется двумя впрысками воды. Тракт низкого дав­ления пара состоит из регулирующего 13, промежуточного 12 и выходного 10 пакетов. Через регулирующий пакет при нормаль­ной нагрузке котла проходит около 30 % пара, остальные 70 % байпасируются мимо пакета. После смешения в коллекторе пар поступает в промежуточный пакет, а оттуда в выходной. Эконо­майзер 14, расположенный в опускном газоходе 11, состоит из двух пакетов. С котлом работают воздухоподогреватели регене­ративного типа.
2.2 Динамические характеристики прямоточных котлов