Вертикальные водотрубные котлы с ЕЦ шахтного типа

 

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

Отличительными особенностями котлов шахтного типа являются:

- практически полное экранирование топки с целью лучшего использования теплоты излучения факела;

- отсутствие конвективных испарительных поверхностей нагрева;

- потолочное расположение топочных устройств;

- размещение трубных пучков пароперегревателей, экономайзера и воздухоподогревателя в вертикальной шахте газохода котла.

 

В таких котлах теплота излучения факела воспринимается сильно развитой экранной поверхностью нагрева, которая ограничивает со всех сторон топочное пространство и выполняет роль подъемной части контура циркуляции. Горячие продукты сгорания проходят через прореженную нижнюю часть бокового экрана – фестон, и поступают в вертикальную шахту котла, в которой расположены конвективные поверхности нагрева пароперегревателей (основного и промежуточного) и экономайзера. Далее из шахты котла продукты сгорания проходят через трубы воздухоподогревателя, отдавая свое тепло нагреваемому воздуху, и выбрасываются в атмосферу. Опускная часть контура циркуляции образована трубами, размещенными в необогреваемой части котла: как правило за экранными поверхностями нагрева.

Топливо и воздух подаются в топку сверху вниз. Верхнее (потолочное) размещение топочных устройств и большой объем топочного пространства позволили улучшить условия смешивания топлива с воздухом и сгорания топлива даже при малых коэффициентах избытка воздуха (a = 1,05 ¸ 1,08).

Рис. 9. Схема водотрубного котла шахтного типа с промежуточным перегревом пара.    – паровой коллектор; – водяной коллектор; – топочные устройства;  – экранные поверхности нагрева; – опускные трубы циркуляционного контура;  – фестон; – трубная система пароперегревателя; – трубная система промежуточного пароперегревателя; – трубная система водяного экономайзера;  – воздухоподогреватель; – дымовые газы.

Котлы шахтного типа имеют высокий КПД (95 ÷ 97 %), вырабатывают пар высоких параметров (p = 8 МПа, t _ПЕ = 515 ^оС) и применяются в основном  на крупнотоннажных судах с мощными пароэнергетическими установками, использующими сложные тепловые схемы с промежуточным перегревом пара.

Прямоточные паровые котлы

 

Прямоточными паровыми котлами называют такие котлы, у которых в испарительных поверхностях нагрева рабочее тело (вода, пароводяная смесь и пар) совершает принудительное однократное движение. За один прямой ход, без кругового движения по замкнутому контуру, вода полностью превращается в перегретый пар. Таким образом кратность циркуляции в прямоточных котлах равна единице:

 

 

Рис. 10. Принцип действия простейшего одновиткового прямоточного парового котла.    – расход питательной воды; – отбор перегретого пара; – теплота продуктов сгорания; – температура питательной воды; – температура насыщения при данном давлении; – температура перегретого пара.

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 (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.

Рис. 11. К принципу действия многовиткового прямоточного котла.    − подача питательной воды; − отбор перегретого пара; − теплота продуктов сгорания; – раздающий коллектор; – смесительный коллектор;  – главный стопорный клапан.

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.

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

1 – раздающий коллектор   экономайзера; 2 – смесительный коллектор  экономайзера; 3 – раздающий коллектор  испарительной части; 4 – смесительный коллектор  испарительной части; 5 – раздающий коллектор  пароперегревателя; 6 – смесительный коллектор  пароперегревателя;  – питательный насос;  – главный стопорный клапан;  – экономайзер;  – испарительная часть котла;  – пароперегреватель;  – экранная часть испарительной    поверхности нагрева;  – топка котла;  – подача топлива;  – подача воздуха;  – отвод дымовых газов;  – подача питательной воды;  – отбор перегретого пара;

Рис. 12. Принципиальная схема прямоточного            парового котла.

 

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.

 

К недостаткам прямоточных котлов относятся:

 

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

- 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.