Вона характеризується великим відношенням висоти передтопки до його діаметра =4÷6, середнім тепловим навантаженням циклонної камери =(4,18÷6,3)×10кДж/(м·год),високим коефіцієнтом шлаковидалення ή=75÷85% і швидкістю повітря ω=40÷70 м/сек.

Застосовують також топки з вертикальними циклонами, розміщеними над камерою охолодження. Основні показники їх такі:

=1; =(4,18÷5)·10 кдж/м·год; ή=75÷80%; ω=20÷30 м/сек.

Циклонні топки з рідким шлаковидалянням можна застосовувати для багатьох видів палива. Їх застосування обмежується через: а) несприятливі характеристики золи твердого палива (тугоплавкість, висока зольність), що утруднюють надійність добування і видалення шлаку в рідкому стані, особливо при неповному навантаженні агрегату, і б) високу зведену зольність палива Аз < 4%, що спричинює значну витрату теплоти з фізичною теплотою шлаку.

Застосування циклонного принципу спалювання дає можливість створити високовидатне й ефективне топкове обладнання для спалювання твердого палива у потужних установках, досягти високої інтенсифікації топкового процесу і максимального ступеня уловлювання в топці шлаку в рідкому стані. Останнім часом намітилась тенденція застосовувати циклонні передтопки також для спалювання рідкого палива.

Топки циклонного типу набули в нас поки що обмеженого застосування, але вони дуже перспективні.

2. Конструкції парових котлів і котельних агрегатів

2.1 Загальні відомості

Паровий котел - це елемент котельного агрегату, в якому вода перетворюється в насичену пару. На початковому етапі розвитку котельних конструкцій теплова схема котельних агрегатів була дуже примітивна, бо в котельних установках не застосовували перегрівники, водяні економайзери і повітропідігрівники. Агрегат складався з топки й котла, який виробляв насичену пару у наш час термін «паровий котел» застосовують як у власному (вузькому) розумінні, так і в широкому розумінні слова «котельний агрегат» і «парогенератор».

Сучасні котлоагрегати досить складні і різноманітні. Їх можна класифікувати за такими ознаками: а) виробність - агрегати малі (D<20 т/год), середні (D=20¸75 т/год), потужні (D³100 т/год), б) тиск - агрегати низького тиску (р < 30 бар), середнього (р = 30¸70 бар), високого (р>150 бар), надвисокого (р=150¸190 бар), надкритичного тиску (р>225 бар); в) конструктивне оформлення - котли барабанні (батарейні), жаротрубні, з димогарними трубами, комбіновані, водотрубні, спеціальних типів; г) розміщення поверхні нагріву - горизонтальне і вертикальне; д) число газоходів - одно-, дво-, три- і багатоходові; е) принцип дії - прямий і непрямий; є) призначення - енергетичні, промислові, транспортні, опалювальні; ж) циркуляція води - з природною циркуляцією, прямотокові, з багатократною примусовою циркуляцією.

Класифікація за видатністю і тиском в деякій частині орієнтовна і умовна. Ряд допоміжних класифікаційних ознак носить інший характер. Досить загальною класифікаційною ознакою є спосіб здійснення циркуляції. Тому розгляд котельних конструкцій зручно вести, користуючись ним.

2.2 Котли з природною циркуляцією

У котлах цього типу під час роботи внаслідок утворення пари, зривання парових бульбашок і їх скупчення відбувається рух води, який називається природною циркуляцією. В сучасних водотрубних котлах шлях води чітко виражений. У котлах старого типу рух неупорядкований, хаотичний, і тому ці котли іноді називають безциркуляційними.

Котли з природною циркуляцією більш поширені. Історію їх розвитку можна розбити на два періоди: початковий-від найпростішого котла до водотрубного і дальший - від водотрубного котла так званого заводського типу до сучасного потужного енергетичного котельного агрегату.

Перші парові котли мали вигляд горизонтального циліндричного барабана, заповненого до певного рівня водою, який обігрівався зовні. Такі котли були дуже металомісткими і маловидатними. Необхідність зменшити витрату металу на 1 м2 поверхні нагріву i на 1 т вироблюваної пари на годину, а також збільшити одиничну видатність котла зумовила пошуки більш досконалих конструкцій.

Розвиток конструкцій парових котлів у початковий період ішов у двох напрямках: а) розміщення у водяному просторі барабана внутрішніх поверхонь нагріву і б) приєднання до барабана додаткових зовнішніх поверхонь нагріву.

За першим варіантом внутрішні поверхні нагріву мали вигляд одної або двох труб великого діаметра (700 ¸ 1100 мм) - жарових труб. Котли цього типу, що дістали назву жаротрубних (однотрубні-корнвалійські, двотрубні-ланка-ширські), широко застосовувались у промислових установках; трапляються вони і тепер у малих котельних установках.

За другим варіантом внутрішні поверхні виконувались у вигляді багатьох труб малого діаметра (60-100 мм) - димогарних труб, що обмиваються зсередини димовими газами, а зовні - водою. Такі котли мають назву котлів з димогарними трубами. У чистому вигляді вони не знайшли помітного поширення, але стали основним елементом комбінованих котлів, у тому числі локомобільних, суднових, паровозних. Іноді їх застосовують як утилізаційні котли малої потужності для використання теплоти відпрацьованих газів промислових печей.

Більш плодотворним виявився другий шлях розвитку - приєднання до барабана зовнішніх поверхонь нагріву, що привів до створення сучасних котлоагрегатів.

Першим етапом цього шляху було приєднання до основного барабана одного або двох барабанів досить великого діаметра (кілька сот міліметрів). Котли цього типу, що дістали назву барабанних (батарейних), давно втратили своє значення.

Другим етапом розвитку зовнішніх поверхонь нагріву було приєднання до основного барабана багатьох труб малого діаметра (70-100 мм) - кип'ятильних труб, що обмиваються всередині водою, а зовні - димовими газами. Котли з кип'ятильними трубами дістали назву водотрубних.

У перших конструкціях водотрубних котлів до барабана приєднувались проміжні елементи - камери, а до них - кип'ятильні труби (водотрубні котли заводського типу). Цей тип котлів можна вважати кінцевим підсумком першого періоду розвитку котельних конструкцій і разом з тим вихідним типом наступного періоду розвитку конструкцій сучасних котельних агрегатів з природною циркуляцією.

Загальним результатом розвитку котлів у перший період було істотне поліпшення техніко-економічних показників порівняно з вихідним - простим циліндричним котлом: вага металу, а також площі і об'єму, віднесених до 1 м2 поверхні нагріву. При цьому найкращі показники мали водотрубні котли. В той же час розвиток котельних конструкцій характеризувався зростанням відношення  - поверхні нагріву до водяного об'єму - i зменшенням ролі барабана як поверхні нагріву. В сучасних агрегатах барабан взагалі не є поверхнею нагріву.

Водотрубні котли можна поділити на дві групи: горизонтально-водотрубні (при невеликому куті нахилу кип'ятильних труб до горизонту) і вертикально-водотрубні (при куті нахилу труб понад 45°).

Горизонтально-водотрубні котли в свою чергу залежно від конструкції проміжних елементів між барабанами і кип'ятильними трубами поділяються на камерні і секційні.

У свій час існувало багато варіантів камерних котлів, камери яких мали вигляд плоских коробок значної ширини і висоти, але малої глибини. Укріплені анкерними в'язями камери приклепували до барабанів. Прямі кип'ятильні труби приєднувались до камер розвальцьовкою.

У нашій країні в свій час набули поширення камерні котли системи Лукіна, заводу Фіцнер і Гампер, а також котли системи Шухова, камери яких мали вигляд коротких циліндрів (головок, колекторів) із загальним люком. Це була оригінальна і для свого часу вдала і дешева конструкція, в якій стандартизувалися основні елементи.

Пізніше (в середині 30-х років) котли Шухова реконструювали і почали випускати котли Шухова-Берліна, які мали кращі показники щодо ваги і вартості, ніж котли Шухова.

Камерні котли мають багато недоліків - велика металомісткість, непридатність для високих тисків і великих потужностей, вони дорогі та ін. Тому виробництво таких котлів давно припинено.

Кроком уперед у розвитку горизонтально-водотрубних котлів було застосування замість суцільних камер окремих секцій коробчастої або циліндричної форми. Звичайно застосовувались коробчасті секції змієвидної форми з близьким до шахового розміщення труб у пучку. У горизонтальному перерізі секції майже квадратні, їх розміри невеликі. Коробчасті і циліндричні секції можна застосовувати для підвищених і високих тисків. Секційні котли Бабкок-Вількокс Ленінградського Металічного заводу (ЛМЗ), Таганрозького котельного заводу (ТКЗ) були досить поширені у нашій країні. Помітним етапом у розвитку секційних котлів був перехід до поперечного розміщення барабана. Це дало можливість підвищити одиничну потужність агрегату, спростити його конструктивну схему і здешевіти їх виготовлення.

Секційні горизонтально-водотрубні котли з поперечним розміщенням барабана і циліндричними секціями виготовлялись у нас до війни на параметри p == 35 бар, tn.п = 425° С і D = 160¸200 т/год. Вони були в той час найбільшими енергетичними котлоагрегатами. секційного

Проте горизонтально-водотрубні котли навіть найкращої конструкції складні і дорогі. Тому після війни виробництво їх було припинено.

У вертикально-водотрубних котлах кип'ятильні труби приєднують безпосередньо до барабанів. Проміжних елементів (камер, секцій) у цих котлах нема, що спрощує конструктивну схему. Верхні барабани таких виконують роль камер для приєднання труб і парозбірників - сепараторів, нижні барабани - камер і грязьовиків, з яких періодичним продуванням видаляють шлаки. Замість великої кількості (десятків і сотень) дрібних люків, що встановлювали у горизонтально-водотрубних котлах, у вертикально-водотрубних котлах передбачено декілька великих лазів, (не менше ніж 300´400 мм), крізь які можна проникнути в барабани. Розміщення барабанів, як правило, поперечне. Пучки кип'ятильних труб розміщують з великим нахилом до горизонту або вертикально. Труби приєднують до барабанів розвальцьовкою. Розвальцьовка їх у гніздах стінок барабанів робиться зсередини. На відміну від горизонтально-водотрубних котлів кип'ятильні трубки виконуються гнутими.

Вихідним типом сучасних вертикально-водотрубних котлів, стали котли Стерлінга з гнутими трубами, хоч у їх первісній, конструкції було багато недоліків: значна кількість барабанів. (три- і п'ятибарабанні) при малій одиничній видатності, багато рядів труб, розмішених по ходу димових газів, велика витрата металу і висока вартість котла.

Розвиток вертикально-водотрубних конструкцій характеризувався зменшенням кількості барабанів - найтяжчих і найдорожчих деталей котла - від п'яти до одного при одночасному збільшенні в десятки разів одиничної потужності котла, відмовленням від неактивно діючих, розміщених у зоні низьких температур газів, пучків котельних труб, спрощенням і поліпшенням конструктивної і циркуляційної схеми котла.

Конструкція двобарабанного агрегату ЦКТІ - ТКЗ це енергетичний агрегат середнього тиску (р = 36 бар) на той час великої видатності (D = 140 т/год). Конструктивна схема котла досить проста: верхній і нижній барабани, огріваний підйомний пучок труб, неогріваний опускний пучок і розвинена система топкових екранів, що є ефективною випарною поверхнею нагріву. За котельним пучком по ходу газів розміщені пароперегрівник, водяний економайзер і повітропідігрівник. Компоновка агрегата П-подібна.

Останнім часом будують тільки невеликі двобарабанні вертикально-водотрубні котли.

Транспортабельний (щодо можливості транспортування в складеному вигляді залізницею) котел ДКВ (двобарабанний котел вертикальний) з двома вподовж розміщеними барабанами. Котли цього типу (ДКВР) дещо модернізовані випускає тепер Бійський котельний завод. Їх виробність 2 т/год на тиск 8 бар без перегрівників і 4; 5; 6; 10; 20 т/год на тиск 13 бар і температуру перегрітої пари 350° С.

Після війни у нашій країні почали випускати потужні агрегати високого тиску однобарабанної конструкції екранного типу з розміщеним у верхній частині топки фестоном - три - або чотирирядним розрідженим пучком, утвореним розводкою труб заднього екрана. У великих котельних агрегатах, що випускаються останнім часом, у верхній частині топкової шахти встановлюють виступи («носки»), однорядні фестони і ширмові пароперегрівники у вигляді вертикальних ширм.

Для потужніших агрегатів ТП-90 виробністю 500 т/год і ТП-100 видатністю 640 т/год (для блоків 150 Мвт і 200 Мвт) на параметри пари р = 143 бар, tп. п = 570° С з проміжним перегрівом пари до 570° С ТКЗ застосовують нову Т-подібну компоновку. За такої компоновки топкова камера розміщується посередині у вихідному газоході, а конвективні елементи - у двох симетричних бічних опускних газоходах. Поряд з деякими перевагами Т-подібна компоновка разом з тим мала багато недоліків, через що пізніше їх не випускали. Схема власне котла в агрегатах ТП-90 і ТП-100 взагалі аналогічна схемі котла в агрегаті ТП-80.

У зв'язку з повним екрануванням топкових камер (f @ 1), зменшенням із зростанням тиску теплоти пароутворення r, підвищенням температури димових газів перед пароперегрівником, викликаним зростанням температури перегрітої пари, в агрегатах високого тиску відпала потреба в конвективних котельних пучках. У котлоагрегатах високого тиску вода перетворюється в насичену пару практично повністю в топкових екранах. При надвисоких тисках (180-190 бар) поверхня нагріву пароутворювальних екранів стає недостатньою для охолодження продуктів згоряння в топці до потрібної (щоб уникнути шлакування; температури. Тому

додатково в топці розміщують настінні екрани, які служать радіаційними пароперегрівниками.

У старих котельних конструкціях низького тиску котел був єдиною поверхнею нагріву. З ростом тиску і температури пари, застосуванням пароперегрівників і водяних економайзерів роль котла в загальному вбиранні теплоти безперервно зменшувалась. При тисках 180-190 бар основним у вбиранні теплоти і найважливішим (за умовами роботи) елементом став пароперегрівник. Помітно зросла також роль водяного економайзера. Так зростання параметрів пари істотно змінило профіль котельних агрегатів.

Агрегати з природною циркуляцією будуть для тисків до 190 бар. Це зумовлено тим, що при вищих, близьких до критичних тисках густина води і густина пари стають близькими за своїми значеннями, у зв'язку з чим дуже утруднюється організація надійної природної циркуляції і сепарації води від пари.

2.3 Прямоточні парогенератори

Принцип прямотоковості стосовно до парових котлів полягає в тому, що в елемент, який нагрівається (трубу, змійовик, ряд паралельно включених змійовиків), подається насосом стільки води, скільки в ньому утворюється пари. Найпростіший прямотоковий котел являє собою змійовик, в один кінець якого надходить вода, а з другого - виходить перегріта пара. Щоб дістати в потужних прямотокових котлах прийнятний гідравлічний опір котла, поверхні нагріву роблять у вигляді великого числа (кількох десятків) паралельних витків. Прямотокові котлоагрегати вигідно відрізняються від котлів з природною циркуляцією відсутністю важких і дорогих елементів - барабанів, системи неогрівних опускних труб і колекторів.

Прямотокові котли - єдино можливий тип котлів для вироблення пари близькокритичного і накидного тиску. Компоновка котла подібна, аналогічна до компоновки котлів з природною циркуляцією.

Живильна вода подається насосом у конвективний економайзер, звідки вона надходить у нижню радіаційну частину агрегату, виконану у вигляді стрічки, яка складається з 44 паралельно включених витків. У котлах Рамзіна застосовується горизонтальна навивка екранних труб. На фронтальній і бічних стінках топки стрічки розміщуються горизонтально, на задній - з нахилом, який дорівнює ширині стрічки. Нижня і середня частини радіаційної поверхні нагріву - радіаційний економайзер і котел.

З радіаційного котла пароводяна суміш з 20%-ним вмістом води надходить у конвективну перехідну зону, де закінчується перетворення всієї води в пару, яка перегрівається приблизно на 20-30° С. Потім пара надходить у радіаційний пароперегрівник, розміщений у верхній частині топки, і з нього - в конвективний пароперегрівник, в якому перегрівається до заданої температури 510° С.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6