Особенности высоконапорных котлов

 

Высоконапорными котлами называют такие паровые котлы, в топках которых топливо сжигается под давлением, существенно превышающим атмосферное: 0,2 ¸ 0,4 МПа (рис. 15).

Повышенное давление воздуха, создаваемое в топке котла, значительно интенсифицирует процессы подготовки топливной смеси, горения топлива, теплопередачи в топке и конвективных поверхностях нагрева, из-за чего резко, практически в 7 ÷ 8 раз, снижаются массогабаритные показатели котла, повышается его экономичность и улучшаются другие характеристики.

Высокое давление воздуха, подаваемого к топочным устройствам ВНК, создается с помощью специального компрессора, как правило − осевого типа. Компрессор приводится во вращение газовой турбиной, установленной в газовом тракте котла, и работающей за счет использования энергии дымовых газов, покидающих газоход котла. Компрессор в  совокупности с  приводной

– турбонаддувочный агрегат;  – добавительная паровая турбина;  – воздушный компрессор;  – газовая турбина;  – газоочистное устройство;  – экономайзер; –  клапан, регулирующий подачу    пара на ДПТ;  – дымовые газы;  – воздух;  – подача свежего пара на ДПТ.

Рис. 15. Схема высоконапорного парового котла и работы газоочистного устройства.

 

газовой турбиной и добавочным двигателем называют турбонаддувочным агрегатом – ТНА. При работе высоконапорного котла компрессор ТНА через приемный воздухопровод забирает воздух из атмосферы, сжимает его до давления 0,2 ÷ 0,4 МПа, и нагнетает по напорному воздухопроводу в двухслойный кожух котла. Наружный кожух ВНК при этом работает под повышенным избыточным давлением и имеет прочную конструкцию: цилиндрическую форму с эллиптическими днищами. При сжатии в компрессоре температура воздуха повышается до 140 ÷ 170 ^оС, что позволяет исключить из состава ВНК такую поверхность нагрева, как воздухоподогреватель. Продукты сгорания топлива, образовавшиеся в топке ВНК, последовательно омывают поверхности нагрева, и на выходе из экономайзера подвергаются очистке от механических примесей в специальном газоочистном устройстве. В ГОУ из газов удаляются твердые сажистые частицы, кусочки окалины и другие эрозионно-опасные загрязнения, которые могут повредить детали проточной части газовой турбины. Пройдя очистку в ГОУ, дымовые газы поступают в газовую турбину, расширяются, совершают полезную работу, и через дымоход удаляются в дымовую трубу. Твердые частички, отделенные от основного потока газа, по обводному трубопроводу выбрасываются в газоход за газовой турбиной. Работа, полученная в газовой турбине, идет на привод осевого компрессора. Вследствие того, что на режимах частичных нагрузок котла мощности газовой турбины может не хватать для обеспечения работы осевого компрессора, на вал ТНА устанавливается добавительная паровая турбина, которая автоматически включается в работу на режимах частичных нагрузок и на переходных режимах сброса и увеличения нагрузки. ДПТ является для ВНК одновременно и пусковым двигателем, заменяющим в режиме пуска еще не работающую газовую турбину.

 

Таким образом основными отличительными особенностями ВНК по сравнению с котлами с вентиляторным дутьем являются:

- наличие прочно-плотного наружного кожуха котла, способного выдерживать повышенное давление воздуха, создаваемое компрессором ТНА;

- наличие в составе ВНК турбонаддувочного агрегата;

- использование газоочистного устройства для очистки потока газа перед газовой турбиной ТНА от твердых эрозионно-опасных частиц.

 

В качестве высоконапорных могут использоваться любые рассмотренные выше типы водотрубных паровых котлов. Наиболее перспективным направлением, особенно для корабельной энергетики, является использование прямоточных высоконапорных котлов. Но наибольшее распространение в настоящее время в корабельных установках получили водотрубные высоконапорные котлы с естественной циркуляцией. Базовый тип высоконапорного котла КВН-98/64 и его различные модификации КВГ-2 и КВГ-3 устанавливаются на всех современных кораблях ВМФ, использующих в качестве ГЭУ паротурбинную энергетическую установку.

 

 

Двухконтурные паровые котлы

 

Появление двухконтурных паровых котлов было вызвано стремлением создать нечувствительную к качеству питательной воды конструкцию котла. Двухконтурный котел (или котел непрямого испарения) состоит из двух испарительных контуров (рис. 16).

 

Первый испарительный контур представляет собой обычный водотрубный котел с ЕЦ, включающий паровой и водяной коллекторы, соединенные пучками испарительных поверхностей нагрева (экранная и конвективная поверхности), ограничивающими топочный объем, опускных труб, и змеевика, в который поступает пар вырабатываемый в первом контуре. Рабочей средой первого контура является дистиллированная вода. Использование  дистиллированной  воды   исключает   накипеобразование   в

 

 

испарительных трубах первого контура. Пополнять первый контур водой практически не требуется, так как он герметичен и в нем отсутствуют протечки рабочей среды.

Пар, образующийся в паровом коллекторе первого контура (греющий пар), поступает в испарительный змеевик, расположенный в паровом коллекторе второго контура, отдает свою теплоту находящейся там воде, конденсируется и стекает в водяной коллектор первого контура.

 

– паровой коллектор первого контура котла;  – паровой коллектор второго контура котла;  – водяной коллектор;  – испарительные поверхности нагрева первого контура;  – опускные трубы первого контура;  – змеевик поверхности нагрева второго   контура;  – пароперегреватель;  – воздухоподогреватель;  – дымовые газы;  – расход пара первого контура;  – отбор перегретого пара второго контура;  – подача питательной воды во второй контур котла.     Рис. 16. Схема двухконтурного парового котла.

Второй испарительный контур разомкнут и предназначен для получения рабочего пара, направляемого на главный двигатель. На поверхности змеевика, обогреваемого паром первого контура, происходит испарение воды. Пар собирается в верхней части парового коллектора, направляется в пароперегреватель, и далее – на потребители. Давление пара в паровом коллекторе первого контураподдерживаетсяпримерно в 2 ÷ 3 раза большим, чем давление пара в коллекторе второго контура. Оно выбирается таким образом, чтобы температура первичного (греющего) пара была примерно на 50 ^оС больше температуры вторичного (рабочего) пара.

Расход пара, образовавшегося в паровом коллекторе второго контура, восполняется подачей в него питательной воды. С целью снижения концентрации солей в воде второго контура, из его парового коллектора организуется продувка части котловой воды. Небольшая часть солей осаждается в виде накипи на змеевике, который имеет сравнительно низкую температуру, не опасную для повреждения металла.

Преимуществами двухконтурных котлов перед одноконтурными являются:

 

- нечувствительность к качеству питательной воды, так как горячими газами омываются только поверхности нагрева первого контура, содержащие дистиллированную воду;

- способность выдавать пар относительно малой влажности без использования специальных сепарирующих устройств. Это качество обусловлено равномерным распределением по всей длине парового коллектора греющего змеевика (тепловой нагрузки), благодаря чему выравниваются нагрузки зеркала испарения и парового объема.

 

Недостатками двухконтурных котлов являются низкие параметры генерируемого пара, и поэтому непригодность их использования в мощных КТЭУ (для выработки пара более высоких параметров необходимо значительное увеличение давления пара в первом контуре котла).