для чего нужны пароперегреватели котлов

Пароперегреватель котла: для чего нужен, принцип работы и разновидности устройства

Чтобы повысить КПД, используется пароперегреватель котла. Особенности конструкции устройства помогают поднять уровень температурных показателей парообразных масс до критического максимума, что оказывает положительное влияние на эффективность установки.

Конструкция пароперегревателя и для чего нужен

Пароперегреватель котла это устройство, основной задачей которого является перегрев пара выше точки насыщения. Такая особенность дает возможность поднять полезность от использования паровой машины.

Пароперегреватель представляет собой систему змеевиков, собранных в единую конструкцию. Для сборки применяют трубы небольшого диаметра. С обеих сторон металлических змеевиков располагают коллекторы, объединяющие трубы в единую конструкцию.

Различаются два типа сечения труб, используемых при конструировании коллекторов – прямоугольные и круглые. Помимо этого, по способу сборки их распределяют на:

Для повышения эффективности эксплуатации установка пароперегревателя парового котла производится в топочном отделе или газоходе котла, подвергаясь прямому нагреву. При таком способе использования повышается риск образования накипи на внутренних стенках трубопровода.

Чтобы снизить ее образование, пароперегреватель прямоточного котла расположен после паросепараторов. Каждый котел, благодаря этому изделию, может отделять мелкие частицы воды. Если этого не сделать, наслоения накипи будут способствовать перегреву и выгоранию отдельных частей парового устройства.

Первоочередное требование, предъявляемое к работе пароперегревателя, – промышленные паровые котлы должны быть герметичными. Это позволит снизить риск проникновения пара в газоходные каналы. Чтобы получить максимально герметичное соединение, змеевики на концах подвергают развальцовке внутри коллекторной трубы. Противоположная стенка коллектора имеет специальные люки, приспособленные для выполнения герметизации.

Внимание! Мощность котла определяет количество змеевиков в пароперегревателе.

Монтаж большого количества змеевидных отводков требует подготовки множества дополнительных отверстий, которые понижают прочностные качества коллектора. Поэтому при необходимости повышения мощности пароперегревателя монтируют дополнительные коллекторы, чтобы иметь возможность установки еще нескольких змеевиков.

Если котельное оборудование при его эксплуатации образует небольшое количество зольных остатков, расположение реберных отводков пароперегревателя может быть горизонтальным. Остальные варианты требуют вертикального расположения труб.

Проблемными участками устройства являются перемычки между реберными трубами. Эти места подвержены быстрой зашлаковке. Процесс чистки имеет свои сложности из-за затрудненности доступа к перемычкам.

Крепление прибора осуществляется на специализированные подвески с таким учетом, чтобы при расширении труб оставалось свободное пространство. В качестве подвесок используются специальные металлические изделия, выполненные из устойчивого к температурному расширению материала.

Принцип работы устройства

Работа паропрогревателя основана на нагреве пара продуктами сгорания. Вода, подаваемая в отдельно расположенную емкость, подвергается постоянному нагреву, в результате чего она переходит в парообразное состояние. Пар перемещается по трубам змеевика, где омывается горячими продуктами сгорания, смешанными с воздушными массами для более простого продвижения. В зависимости от необходимого количества получаемого разогретого пара, в камеру может быть установлено от одного до нескольких пароперегревателей.

Камера, где производится нагрев, имеет вход для продуктов сгорания и выход отработавших газов. Высота температуры перегретого пара зависит от направления его движения по отношению к продуктам горения. Так, если в системе установлены противоточные пароперегреватели, то выходная продукция имеет наибольшие показатели температуры.

Источник

Пароперегреватели. Устройство пароперегревателей.

Назначение пароперегревателя.

В процессе испарения воды в котле получается насыщенный пар, который содержит смесь сухого пара и воды во взвешенном состоянии. Если такой пар направить потребителю, то по пути следования он будет охлаждаться и частично превратится воду (конденсируется). Явления конденсации можно избежать, если насыщенный пар перегреть выше его температуры насыщения.

Чем выше температура перегретого пара, тем более он устойчив от конденсаций.

Принцип работы пароперегревателя.

Перегрев пара осуществляется в особом аппарате, который называется пароперегревателем. Каждый котел может иметь отдельный пароперегреватель, или несколько котлов один — общий. Котлы небольшой мощности пароперегревателя часто не имеют.

Виды пароперегревателей.

Пароперегреватели разделяются на конвективные, радиационные и комбинированные. Широкое распространение получили конвективные и комбинированные пароперегреватели (рис. 1).

Змеевик пароперегревателя.

Рис. 1. Пакет пароперегревателя.

Конструкция пароперегревателя.

Современный пароперегреватель устанавливается в газоходе и представляет собой систему параллельно подключенных к коллекторам змеевиков из цельнотянутых труб небольшого диаметра. Газы продольным или поперечным движением омывают змеевики пароперегревателя снаружи. Пар входит в один коллектор пароперегревателя, проходит по змеевикам и выходит в другой.

Изготовление пароперегревателя.

Коллекторы пароперегревателей круглого или прямоугольного сечения изготовляются из углеродистой или легированной стали цельнотянутыми или сварными. Наиболее распространенным соединением змеевиков и пакетов пароперегревателя с коллектором является развальцовка концов труб пароперегревателя в коллекторе. Для этого с противоположной стороны коллектора делают групповые овальные или круглые люки (рис. 2). В современных котельных агрегатах при установке пароперегревателей широко применяется свободное — на верхнем креплении — подвешивание змеевиков. Такой метод не требует установки опорных балок.

Рис. 2. Крепление труб пароперегревателя в коллекторах:

а — овальный коллектор; б — круглый коллектор.

При использовании малозольного топлива применяется горизонтальное расположение змеевиков пароперегревателя (рис. 3) Такое расположение лучше обеспечивает спуск воды из пароперегревателя при остановке котла, но требует для подвешивания змеевиков в газоходах устройства специальных подвесок или чугунных футерованных кирпичом балок и стяжных болтов, соединяющих параллельные змеевики в жесткий пакет.

Рис. 3. Горизонтальное расположение пароперегревателя.

Конструкция подвесок для змеевиков и деталей для крепления пакетов должна обеспечить свободное удлинение отдельных змеевиков и механическую прочность подвесок в условиях высоких температур. Подвески и детали, соединяющие змеевики, изготовляют из жароупорной стали.

Источник

Назначение пароперегревателей котлов: типы, схемы

Для повышения коэффициента полезного действия котельного оборудования используется пароперегреватель котла. Благодаря своей конструкции устройство позволяет повысить температуру пара до критического предела. Это положительно влияет на эффективность установки.

Назначение пароперегревателя

Устройство, используемое для увеличения температуры насыщенного пара котла, называют пароперегревателем. Его конструкция позволяет сделать температуру пара выше, чем этот же показатель, необходимый для его насыщения.

При работе устройство подвергается высоким нагрузкам в связи с воздействием на его поверхности высокой температуры. Коллектор пароперегревателя нагревается до предельных показателей. Перегрев насыщенного пара значительно повышает эффективность работы котельного оборудования.

При работе котельного оборудования происходит образование насыщенного пара. При перемещении паровая масса частично конденсируется. Во избежание превращения большого количества воды из газообразного состояния в жидкое, пар нагревают до достижения им высокой температуры.

Конструкция пароперегревателя

Устройство располагается в газоходе или топке котла. Конструкция пароперегревателя парового котла представляет собой большое количество металлических змеевиков, изготовленных из труб маленького диаметра.
Концы змеевиков соединены между собой коллекторами. Пар попадает в змеевики, выходит из них через соединяющие коллекторы.

Устройство устанавливается в газоходе таким образом, чтобы продукты горения омывали его наружные поверхности.
Коллекторы представляют собой изделия с круглым или прямоугольным сечением, изготовленные из углеродистой стали.

Они могут быть двух типов:

Работа пароперегревателя требует герметичности соединений змеевиков с коллекторами. Это исключит утечку пара в газоход. Для получения герметичного соединения концы змеевиков развальцовывают внутри коллектора. Для этого на его противоположной стенке выполняют специализированные люки.
В зависимости от мощности котла конструкция перегревателя может представлять собой набор стальных змеевиков, расположенных в несколько рядов.

Это требует изготовления большого количества отверстий в для крепления труб в коллекторе, что негативно влияет на его прочностные характеристики. В таких случаях могут быть установлены дополнительные коллекторы.
При использовании котельного оборудования, работающего на топливе, образующем небольшое количество золы, змеевики могут располагаться в горизонтальной плоскости.

В других случаях трубы для прохождения пара устанавливаются вертикально. Горизонтальное расположение змеевика пароперегревателя облегчает процедуру слива воды при остановке котла.
В зависимости от типа устройства коридоры между трубами могут подвергаться засорению шлаками. Чистка проемов, предназначенных для движения отработанных газов, затруднительна. В связи с этим конструкции, образующие узкие проходы, располагают на большем расстоянии друг от друга.
Монтаж устройства осуществляется с помощью специализированных подвесок. Их крепление осуществляется таким образом, чтобы обеспечить свободное перемещение труб для движения пара при их температурном расширении. Для изготовления подвесок используется металл, устойчивый к воздействию высокой температуры.

Принцип действия

Пароперегреватель используется для нагрева пара продуктами горения. В процессе работы наружная поверхность змеевиков омывается отработавшими газами, протекающими между трубами. Внутри змеевика перемещается пар.

В зависимости от направления пара по отношению к движению продуктов горения температура среды внутри труб может отличаться. Так наивысший показатель температуры наблюдается у пароперегревателей с противоточным направлением паровой среды.

В зависимости от типа устройства пароперегреватель может устанавливаться как в непосредственной близости к камере аккумулирующей перегретый пар, так и в топке. Для сохранения скорости перемещения пара независимо от изгибов трубы изделие устанавливают с наклоном в сторону выходного коллектора.
С целью увеличения коэффициента теплообмена устанавливают устройства радиационного типа на потолке топки или её стенках. Потолочный пароперегреватель позволяет повысить степень теплообмена до 40%.

В некоторых котлах конвективные и радиационные устройства устанавливаются вместе. Благодаря работе пароперегревателя можно:

Классификация пароперегревателей

Радиационный

Устройство работает под большой тепловой нагрузкой. Это обусловлено расположением радиационного пароперегревателя. Изделие устанавливается на потолке топки или её вертикальных стенках.

Тепло передается внешним поверхностям трубы в большей части от излучения, образующегося в результате горения топлива.
Температура нагрева пара у устройств радиационного типа превышает аналогичный показатель у конвективных конструкций. Иногда устройства обоих типов устанавливаются вместе.

Радиационный перегреватель осуществляет частичный прогрев, завершение процесса происходит в устройстве конвективного типа.

Конвективный

Установка конвективного пароперегревателя осуществляется в газоходе котла. Тепло передается наружным поверхностям труб от продуктов горения. Материалом для изготовления змеевиков являются стальные трубы. В зависимости от давления, для которого предназначен змеевик наружный диаметр и толщина стенки труб может отличаться.

При высокой мощности котельного оборудования трубы могут устанавливаться несколько рядов. Учитывая направление пара по отношению к отработавшим газам, устройства конвективного типа можно разделить на:

Противоточный

Перемещение пара в конвективном перегревателе данного типа осуществляется против движения отработавших газов. Конструкция отличается высокой эффективностью при использовании в газовой среде, температура которой не превышает 850 градусов.

Этот показатель может быть снижен в зависимости от характеристик металла для изготовления змеевиков.
Наиболее подвержены перегоранию трубы, находящиеся в конце хода пара и в начале движения продуктов горения. Это обусловлено наиболее высокой температурой обеих сред.

Небольшое видео с канала «Тверская Генерация»

Прямоточный

В конструкциях с прямоточным течением пар перемещается в ту же сторону, что и отработанные газы. Это снижает температурную нагрузку на металл труб, так как максимально разогретый пар в конце змеевика обогревается остывшими газами.

Смешанный

Конвективные пароперегреватели смешанного типа имеют оптимальные условия для использования стальных труб и получения массы пара высокой температуры.

Поток среды внутри труб осуществляется одновременно в одну и противоположную сторону с движением отработавших газов.

Комбинированный

Ширмовый пароперегреватель представляет собой конструкцию, изготовленную из большого количества стальных труб, расположенных вертикально.

Они образуют плоские панели, в проём между которыми протекают продукты горения. Передача тепла поверхностям ширмового перегревателя осуществляется как радиационным, так и конвективным путем.

Продукты горения перемещаются вдоль лент и передают тепло их наружным поверхностям. Во избежание засорения шлаком коридоров между лентами ширмового пароперегревателя их располагают на расстоянии от 55 до 70 сантиметров.

Чтобы отдельные трубы не выходили за пределы ленты, их перевязывают между собой в горизонтальной плоскости специализированными вставками. Они крепятся крайним трубам ширмы и предотвращают выхождение элементов, находящихся в середине за пределы ленты.
Нагрев среды, находящейся внутри труб ширмового перегревателя, осуществляется радиационным излучением и раскаленными продуктами горения. Существует ширмы, изготовленные из труб, боковые поверхности которых имеют выступы.

Такие конструкции менее подвержены загрязнениям наружной поверхности. Боковые выступы не позволяют трубам выходить из своего ряда.

Расчет пароперегревателя

Проведение расчетов бывает конструктивным или поверочным. В первом случае расчеты проводятся перед изготовлением нового котла. Во второй ситуации расчет осуществляется в процессе эксплуатации оборудования.

При этом учитываются место расположения устройства, температура пара и отработавших газов, способ регулировки перегрева и другие факторы.
Пароперегреватель котла необходим для нагрева массы пара до более высокой температуры. Его наличие позволяет увеличить коэффициент полезного действия котельного оборудования.

В зависимости от конструкции устройств их технические характеристики отличаются.

Источник

Пароперегреватели

Назначение и область применения

Пароперегреватель — устройство, предназначенное для получения перегретого пара с температурой выше, чем температура насыщения в барабане котла при том же давлении, что и в котле. Он является одним из наиболее ответственных элементов котельного агрегата, так как температура пара в нем достигает наибольших значений и металл перегревателя работа­ет в условиях, близких к предельно допустимым. Змеевики пароперегревателя и коллекторы, выполненные из углеродистой стали, могут работать при температурах перегрева до 425 °С. В свою очередь, насыщенный перегретый пар значительно повышает коэффициент полезного действия котла.

По назначениям пароперегреватели делятся на основные, в которых перегревается пар высокого давления или сверх критического давления (СКД); промежуточные, в которых перегревается пар, частично отработавший в турбине.

Типы пароперегревателей:

Пароперегреватели по способу тепловосприятия подразделяются:

1. Конвективные пароперегреватели (располагаются в конвективном газоходе и получают теплоту конвекцией).

2. Радиационные пароперегреватели (устанавливаются на стенах топочной камеры и получают теплоту радиацией).

3. Ширмовые пароперегреватели, радиационно-конвективные (располагаются в верхней части топки и частично в горизонтальном газоходе между радиационными и конвективными поверхностями нагрева).

В котельных агрегатах низкого и среднего давлений используются конвективные пароперегреватели с вертикальным или горизонтальным расположением труб.

Для получения пара с температурой перегрева более 500 °С применяют ширмовые, комбинированные пароперегреватели, т.е. такие, в которых тепловосприятие в одной части поверхности происходит за счет излучения, а в другой — путем конвекции. Радиационная часть поверхности нагрева такого пароперегревателя расположена в виде ширм непосредственно в верхней части топочной камеры.

Устройство и принцип действия

1. Конвективные пароперегреватели

В зависимости от направления движения потоков пара и продук­тов сгорания в пакетах конвективных пароперегревателей различают три схемы движения потоков:

Направление движения греющей и нагреваемой среды у прямоточного пароперегревателя совпадают, а у противоточного направлены в противоположные стороны.

Рис. 1 – Схемы движения пара и продуктов сгорания в конвективных пароперегревателях:

а – прямоточное; б – противоточное; в – смешанное.

В противоточном пакете паропе­регревателя достигается максимальный температурный напор между продуктами сгорания и паром, что уменьшает поверхность нагрева и расход металла.

Недос­татком схемы является опасность пережога последних по ходу пара участков змеевиков, так как здесь пар наиболее высокой температуры встречается с продуктами сгорания, также имеющими наибольшую тем­пературу и металл труб находится в тяжелых температурных условиях.

По схеме противотока работают только конвективные поверхности, омываемые газами температурой не выше 600 – 850 °С в зависимости от качества металла.

При прямотоке темпе­ратурный напор получается меньше, чем при противотоке и, соответст­венно, увеличивается необходимая поверхность нагрева. Однако усло­вия работы металла лучше, так как участки змеевиков с наибольшей температурой пара обогреваются продуктами сгорания, уже частично охлажденными.

В смешанной схеме взаимного движения пара и продуктов сгорания достигаются оптимальные условия надежности и умеренной стоимости конвективного пароперегревателя.

Конвективные пароперегревате­ли выполняют из стальных труб наружным диаметром 32— 42 мм для высокого и сверхкрити­ческого давления и толщиной стен­ки 5—7 мм. Различают змеевики одно- и многорядные. Они отличаются числом рядов параллельных труб, выходящих из коллектора.

При большой тепловой мощности котла змеевики паропере­гревателя выполняют обычно в три-четыре ряда труб, при этом затруд­няются условия для приварки концов труб в коллекторе, увеличивается число сверлений в нем и уменьшается его прочность.

Рис. 2 – Схема вертикального конвективного пароперегревателя:

1 – барабан котла; 2 – главная паровая задвижка; 3 – выходной коллектор перегретого пара; 4 – промежуточный коллектор с поверхностным пароохладителем; 5 – балка для подвески змеевиков; 6 – подвеска змеевиков; 7 – змеевик первой ступени пароперегревателя; 8 – дистанционная планка; 9 – дистанционная гребенка; 10 – змеевик второй ступени пароперегревателя; ПГ – продукты горения.

2. Радиационные пароперегревате­ли

При небольшой поверхности ра­диационный пароперегреватель ба­рабанного парового котла обычно занимает потолок топки, а если этого недостаточ­но, то его размещают и на верти­кальных ее стенах.

На­стенные перегреватели, выполнен­ные в виде панели на всю высоту топки, оказываются менее надежными и так отвод теплоты от ме­талла к пару во много раз слабее, чем к кипящей воде. Особенно тя­желый режим имеет металл труб настенного перегревателя при сни­женных нагрузках, когда расход па­ра в трубах заметно снижается.

3. Ширмовые пароперегреватели

Ширмовые пароперегреватели представляют собой систему труб, образующих плоские плотные панели с входными и выходными коллекторами.

Ширмы размещают в верхней части топки на расстоя­нии 600 – 1000 мм одна от другой вертикально или горизонтально.

Они являются радиационно-конвективными поверхностями, так как их тепловосприятие складывается из значитель­ной доли радиационного излучения от ядра факела и раскаленных га­зов в объеме между ширмами и до­ли конвективного теплообмена.

Газы омывают ширмы продоль­но-поперечным потоком со скоро­стью 5 – 8 м/с.

Ширмовые перегре­ватели обычно получают 20 – 40% всего тепловосприятия пароперегре­вателя.

Ширмы могут изготавливаться из плавниковых труб. Они меньше шла­куются и легче очищаются от наруж­ных загрязнений.

Источник

Пароперегреватели котлов

Получение перегретого пара из сухого насыщенного осуществляется в пароперегревателе отопительного котла. Пароперегреватель — один из наиболее ответственных элементов отопительного котла, так как из всех поверхностей нагрева он эксплуатируется в наиболее тяжелых температурных условиях. Змеевики пароперегревателя и коллекторы, выполненные из углеродистой стали, могут работать при температурах перегрева до 425 оС.

По способу тепловосприятия пароперегреватели подразделяются на конвективные, радиационно-конвективные и радиационные. В отопительных котлах низкого и среднего давлений используются конвективные пароперегреватели с вертикальным или горизонтальным расположением труб. Для получения пара с температурой перегрева более 500 °С в отопительных котлах применяют комбинированные пароперегреватели, т.е. такие, в которых тепловосприятие в одной части поверхности происходит за счет излучения, а в другой — путем конвекции. Радиационная часть поверхности нагрева пароперегревателя расположена в виде ширм непосредственно в верхней части топочной камеры.

В зависимости от направления движения газов и пара различают три основные схемы включения пароперегревателя в газовый поток: прямоточную (а) — газы и пар движутся в одном направлении; противоточную (б) — газы и пар движутся в противоположных направлениях; смешанную (в) — в одной части змеевиков пароперегревателя газы и пар движутся прямоточно, а в другой — в противоположных направлениях.

В случае прямоточной схемы пароперегревателя в отопительном котле наиболее высокая температура газов соответствует области наиболее низкой температуры пара. В принципе это должно обеспечивать низкие температуры металла пароперегревателя, однако при наличии капель котловой воды, поступающих с насыщенным паром из сепарационных устройств барабана, соли, содержащиеся в данных каплях, будут осаждаться на первых рядах змеевиков, приводя к резкому повышению температуры металла. Кроме того, при такой схеме движения теплоносителей температурный напор (усредненная по поверхности разность температур греющей и нагреваемой сред) минимален, что требует увеличения необходимой поверхности пароперегревателя.

При противоточной схеме движения в отопительном котле змеевики, обогреваемые продуктами горения с наиболее высокой температурой, встречают уже перегретый пар и охлаждаются при этом недостаточно. В результате, несмотря на то, что металл змеевиков пароперегревателя работает в наиболее тяжелых температурных условиях, температурный напор в этой схеме максимальный, а необходимая поверхность теплообмена минимальна, что позволяет делать пароперегреватели с такой схемой движения весьма компактными.

Оптимальной по условиям надежности работы является смешанная схема включения пароперегревателя, при которой первая по ходу пара часть пароперегревателя выполняется противоточной, а завершение перегрева пара происходит во второй его части при прямоточном движении теплоносителей. При этом в части змеевиков, расположенных в области наибольшей тепловой нагрузки пароперегревателя (в начале газохода), будет умеренная температура пара, а завершение процесса его перегрева происходит при меньшей тепловой нагрузке. Соотношение противоточной и прямоточной частей пароперегревателя выбирается из условия одинаковых температур металла в начале и в конце змеевика его прямоточной части.

Вертикальный конвективный пароперегреватель обычно устанавливают в горизонтальном соединительном газоходе между топкой и конвективной шахтой котла. Такой пароперегреватель изготовляют из цельнотянутых труб внутренним диаметром 20. 30 мм, образующих змеевики, ввальцованные или приваренные к круглым коллекторам. Насыщенный пар из барабана (1) котла по потолочным трубам поступает в змеевики первой ступени пароперегревателя. На этой ступени пар вначале движется противоточно, а затем прямоточно по отношению к дымовым газам. Из первой ступени частично перегретый пар направляется в промежуточный коллектор (4), в котором расположен поверхностный пароохладитель (регулятор перегрева пара). В змеевики регулятора перегрева пара подается питательная вода, а в межтрубное пространство — пар, который частично охлаждается, омывая более холодные поверхности труб.

Регулирование перегрева пара осуществляется изменением количества питательной воды, пропускаемой через пароохладитель. Из регулятора перегрева пара пар поступает в змеевики (10) второй ступени пароперегревателя, в которой движется сначала противоточно, а затем противоточно по отношению к газовому потоку. Перегретый пар из второй ступени пароперегревателя направляется в выходной коллектор (3), на котором установлена главная паровая задвижка (2).

Змеевики пароперегревателя с помощью подвесок (6) подвешиваются к потолочным балкам (5). Заданное расстояние между отдельными змеевиками поддерживается с помощью дистанционных планок (8) и дистанционных гребенок (9).

Температуру пара в котлах с давлением до 2,4 МПа не регулируют, а в котлах с давлением 3,9 МПа и выше регулируют следующими способами: впрыском конденсата в пар; в поверхностных пароохладителях; с помощью газового регулирования путем изменения расхода продуктов горения через пароперегреватель либо перемещения положения факела в топке с помощью поворотных горелок.

Пароперегреватель должен быть оборудован манометром, предохранительным клапаном, запорным вентилем для отключения пароперегревателя от паровой магистрали, прибором для измерения температуры перегретого пара.

Источник