ХВОСТОВЫЕ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА

Водяные экономайзеры

Экономайзер и воздухоподогреватель омываются газами сравнительно низкой температуры, т. к они расположены в котле последними на пути дымовых газов, поэтому их называют хвостовыми поверхностями нагрева.

Водяной экономайзер устанавливают за испарительными конвективными поверхностями нагрева котла или за пароперегревателем по ходу топочных газов. Он предназначается для подогрева питательной воды перед её поступлением в котел; при этом дополнительно используется тепло дымовых газов, что повышает экономичность котлоагрегатов. В котельных установках применяются в основном два типа экономайзеров: чугунные ребристые и стальные змеевиковые [9].

Стальные змеевиковые используются для котлов среднего и высокого давления. Они бывают отключаемыми и неотключаемыми. Неотключаемые экономайзеры составляют неотделимую часть котла; между ними и котлом нет арматуры.

На рис. 15 представлен общий вид чугунного ребристого экономайзера системы ВТИ. Он набирается из отдельных стандартных ребристых труб длиной 2 м с внутренним диаметром 50 мм и толщиной стенки 13 мм; форма рёбер – квадратная (140×140 мм). Ребра на трубах служат для увеличения поверхности нагрева и лучшей передачи тепла горячих газов воде. На конце каждой ребристой трубы имеется фланец прямоугольной формы размером 150×150 мм. Площадь нагрева одной трубой – 2,95 м².

Ребристые трубы соединяются между собой калачами 6, расположенными горизонтально и вертикально, чем обеспечивается проход воды последовательно через все горизонтальные трубы экономайзера.

Чтобы зола не накапливалась на трубах (во избежание тепловых ударов), применяется обдувка экономайзеров, которая производится сжатым воздухом или перегретым паром давлением не менее 8 атм.

Достоинство чугунных экономайзеров в том, что они более устойчивы (по сравнению со стальными) к внутренней и наружной коррозии. Кроме того, при ремонте калачи могут сниматься и трубы сравнительно легко очищаются от внутренних загрязнений.

Недостатками чугунных водяных экономайзеров являются их относительно большие габариты и невысокий коэффициент теплоотдачи, причина чего – немалые диаметры труб и низкие скорости газов, а также недостаточная устойчивость чугуна в случае гидравлических ударов. Поскольку чугунные экономайзеры являются отключаемыми, необходимо следить, чтобы вода в них не доходила до кипения.

Рис. 15. Чугунный ребристый экономайзер:

а – общий вид; б – ребристая труба; 1 – питательный клапан;

2 – запорная задвижка; 3 – обратный клапан; 4 – предохранительный

клапан; 5 – вход питательной воды; 6 – соединительные калачи;

7 – обдувочное устройство; 8 – ребристые трубы;

9 – горячая вода к барабану котла; 10 – ребра; 11 – фланец

 

На рис. 16 показана схема устройства водяного стального змеевикового экономайзера. Его конструкция аналогична конструкции пароперегревателя. Экономайзер состоит из водяных камер (коллекторов) 1 и 2 и змеевиков 4 из стальных труб с наружным диаметром 38–51 мм и толщиной стенок 3–5 мм в зависимости от давления. Концы змеевиков ввальцовывают в отверстия коллекторов или приваривают к штуцерам камеры. Подводящие и отводящие трубы экономайзера присоединяют к коллекторам путем сварки. Змеевики экономайзера обычно располагаются в шахматном порядке. В зависимости от размера экономайзеры по высоте делятся на отдельные пакеты, которые устанавливаются по ходу газов на некотором расстоянии один от другого. Пространство между пакетами используется для очистки от золы и ремонта экономайзера.

	Выход воды

Вход воды

Дымовые газы

В

В

 

Рис. 16. Стальной змеевиковый экономайзер:

1 – нижний коллектор (вход воды); 2 – верхний коллектор (выход воды);

3 – опорная стойка; 4 – змеевики; 5 – опорные балки (охлаждаемые);

6 – спуск воды

Воздухоподогреватели

Воздухоподогреватели служат для подогрева воздуха перед его поступлением в топку. Оптимальная величина подогрева воздуха в воздухоподогревателе зависит от рода сжигаемого топлива, его влажности и типа топочного устройства и достигает 200 °С для каменных углей, сжигаемых на цепной решетке (во избежание перегрева колосников), 250 °С для торфа, сжигаемого на тех же решетках, 350 – 450 °С при сжигании жид­кого и пылевидного топлива в камерных топках [9].

Для получения высокой температуры подогрева воздуха применяется двухступенчатый подогрев. Для этого воздухонагреватель делится на две части, между которыми («врассечку») устанавливается часть водяного экономайзера.

Температура поступающего воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, должна быть не менее чем на 10 – 15 °С выше точки росы дымовых газов во избежание коррозии холодного конца воздухоподогревателя в результате конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах (при их соприкосновении с относительно холодными стенками воздухоподогревателя), а также забивания проходных каналов налипающей на влажные стенки золой.

Эти условия можно соблюсти двумя путями: повышением температуры уходящих газов и потерей тепла, что экономически невыгодно, либо установкой специальных устройств для подогрева воздуха перед его поступлением в воздухоподогреватель. Для этого применяются специальные калориферы, в которых воздух подогревается отборным паром от турбин или отработанным паром от питательных насосов. В некоторых случаях подогрев воздуха осуществляется путем ре­циркуляции, т. е. часть нагретого в воздухоподогревателе воздуха возвращается через всасывающий патрубок к дутьевому вентилятору и смешивается с холодным воздухом.

При малых нагрузках котлоагрегата предварительный подогрев воздуха (при прочих равных условиях) должен быть несколько выше, чем при нормальной нагрузке, что объясняется более низкой температурой дымовых газов.

По принципу работы воздухоподогреватели делятся на рекуперативные и регенеративные (вращающиеся).

В рекуперативных происходит непрерывная передача тепла дымовых газов воздуху через стенку поверхности нагрева, разделяющую обе эти среды.

Рекуперативные воздухоподогреватели бывают трубчатыми, пластинчатыми и чугунными ребристыми (рис. 17). Наибольшее распространение получили трубчатые воздухоподогреватели. Они состоят из отдельных кубов, набираемых из стальных труб с толщиной стенки 1,5 мм, длиной от 2 до 10 м и наружным диаметром 41 – 51 мм. Концы труб привариваются к верхней и нижней трубным доскам.

Внутри труб в вертикальном направлении движутся дымовые газы (черные стрелки). Снаружи трубы омываются воздухом (контурные стрелки), который движется в горизонтальном направлении, снизу вверх, перпендикулярно трубам. Движение газов и воздуха в воз­духоподогревателе, как правило, осуществляется по принципу противотока.

Трубчатые воздухоподогреватели имеют высокий коэффициент теплопередачи (15 – 18 ккал/м²·ч·гр). Они просты в изготовлении и надежны в эксплуатации.

 

Выход

Выход

Выход дымовых газов

Вход дымовых газов

 

Рис. 17. Трубчатый воздухоподогреватель: 1 – трубы; 2 – нижняя трубная доска; 3 – перепускной короб для воздуха; 4 – люк; 5 – компенсатор;

6 – опорная рама

В регенеративных воздухоподогревателях теплообмен происходит в результате попеременного нагревания и охлаждения в газовом и воздушном потоках вертикальных гофрированных пластин, укрепленных на медленно вращающемся роторе (от 3 до 8 оборотов в минуту). При этом тепло, аккумулированное пластинами во время их омывания горячими газами, передается воздуху при последующем прохождении пластин через воздушный поток. Регенеративный воздухоподогреватель (рис. 18) состоит из неподвижного цилиндрического кор­пуса 6, разделенного на две части. В одну из них по коробу 5 поступает воздух, а в другую по коробу 4 – газы. Движение газов и воздуха осуществляется противотоком. На рис. 18 направление движения газов показано черными стрелками, а движения воздуха – контурными.

 

 

Рис. 18. Регенеративный воздухонагреватель (общий вид):

1 – приводная шестерня; 2 – редуктор; 3 – электродвигатель;

4 – присоединительный газовый короб; 5 – присоединительный воздушный короб; 6 – корпус; 7 – сектор-разделитель; 8 – зубчатая шестерня; 9 – кожух ротора; 10 – пластинчатая секция (пакет ротора);

11 – опорная рама с присоединительными коробами

Ротор компонуется из отдельных секций (пакетов), которые набираются из металлических нагревательных пластин (плоских и зубчатых).

Приводное устройство состоит из большой шестерни 8, закрепленной на наружной стенке кожуха 9 ротора, которая сцеплена с шестерней 1, приводимой в движение электродвигателем 3 через редуктор 2.

Достоинства регенеративного подогревателя заключаются в его компактности и малом весе. Недостатками являются более высокая чем у трубчатого воздухоподогревателя, трудоемкость изготовления, а также трудность создания надежных уплотнений, препятствующих перетеканию воздуха в газовую сторону воздухоподогревателя и дымовых газов помимо насадки. По этой причине присос воздуха в регенеративном воздухоподогревателе оказывается большим, чем в трубчатом.

В регенеративном воздухоподогревателе можно нагревать воздух до 200 – 250° С. Преимущественная область их применения – котельные агрегаты большой мощности, в частности предназначенные для сжигания газа и мазута. К котлу устанавливают два или более воздухоподогревателя, включенных параллельно.

 

 

Дымовые трубы

Чтобы в топке котельного агрегата горело топливо, в нее необходимо подавать воздух. Для удаления газо­образных продуктов сгорания и перемещения их через систему поверхно­стей нагрева котельного агрегата должна быть осуществлена тяга. Подача воздуха в топку и тяга могут быть естественными, когда она создается дымовой трубой, а воздух поступает в топку вследствие разрежения, создаваемого в топке, и искусственными, когда воздух подается дутьевыми вентиляторами, а тяга осуществляется дымососами [9].

Явление самотяги определяется тем, что движение газов в системах каналов и газоходов связано с параметрами окружающей воздушной среды. Характер этого влияния заключается в том, что подъем некоторого объема воздуха или другого газа, дви­жущегося в каналах или газоходах, с начального уровня на некоторую вы­соту сопровождается опусканием такого же объема атмосферного воздуха с этой высоты до начального уровня. В результате затрата полезной работы на подъем воздуха (или другого газа) в системе каналов или газоходов на заданную высоту сопровождается получением работы от спуска такого же объемного количества атмосферного воздуха с той же высоты [4].

Когда в системе каналов перемещается воздух, имеющий температуру окружающей среды, затрата полезной работы на подъем воздуха, перемещаемого в каналах, в точности компенсируется полезной работой при спуске соответствующего количества атмосферного воздуха с соответствующей высоты, вследствие чего полезная результирующая работа подъема воздуха оказывается равной нулю.

Если в системе воздуховодов или газоходов перемещается воздух или дымовые газы, у которых температура выше температуры атмосферного воздуха, а поэтому плотность меньше, работа, затрачиваемая на подъем воздуха или дымовых газов, становится меньше работы, развиваемой при спуске такого же объема атмосферного воздуха. В результате избыточная часть работы опускающегося атмосферного воздуха может быть затрачена на перемещение воздуха или дымовых газов в воздуховодах или газоходах и преодоление аэродинамического сопротивления элементов воздушного или газового тракта.

Дымовые трубы выполняют кирпичными, железобетонными и стальными. Из кирпича обычно сооружают трубы высотой до 80 м; более высокие трубы сооружают из железобетона. Стальные трубы устанавливают на вертикально-цилиндрических или водогрейных котлах большой теплопроизводительности башенного типа. Так как дымовая труба – дорогостоящее сооружение, то обычно её строят общей для всей котельной или для группы из двух-трех котельных агрегатов.

Принцип действия дымовой трубы одинаков как для установок с есте­ственной и с искусственной тягой. При естественной тяге расчетные параметры дымовой трубы должны быть такими, чтобы можно было преодолеть сопротивление всей котельной установки. При искусственной тяге назначение дымовой трубы сводится к выносу дымовых газов в более высокие слои атмосферы, а тяга, которую она создает, становится добавлением к напору дымососа. Назначение дымовой трубы – рассеивание вредных выбросов в атмосфере. Работа дымовой трубы основана на принципе самотяги: разность весов столба более горячих дымовых газов в трубе и такой же высоты столба более холодного воздуха в окружающей атмосфере приводит к возникновению движению потока дымовых газов в газоходах котла и соответствующему разрежению в топке.

Диаметр устья трубы при естественной тяге выбирается с таким расчетом, чтобы скорость дымовых газов на выходе из трубы была не менее 4 м/с. При нормальной работе скорость дымовых газов в трубе допускается до 20 м/с.

Высоту дымовой трубы при искусственной тяге выбирают, исходя из санитарных требований отвода газов на необходимую высоту. Из этих же соображений проверяют и минимально допустимую высоту трубы при естественной тяге. Для котельных, предназначаемых для работы на газообразном топливе, высоту трубы выбирают по конструктивным соображениям, но не ниже 20 м.

Контрольные вопросы к главе 5

1. Что называют хвостовыми поверхностями нагрева?

2. Каково назначение экономайзера? Виды.

3. Для чего служит воздухоподогреватель?

4. На какие типы делятся воздухоподогреватели по принципу работы? В чем их различия?

5. В чем достоинства и недостатки разных типов воздухоподогревателей?

6. Какие виды тяги вы знаете?

7. Дайте определение термина самотяги.

8. Какие бывают дымовые трубы?

9. Опишите принцип действия дымовой трубы.

10. Каково назначение дымовой трубы?