Газотрубные котлы-утилизаторы

При использовании теплоты высокотемпературных отходящих газов (Т_г > 300-600 °С) устанавливаемые для этого котлы-утилизаторы (КУ) содержат обычно экономайзерные и испарительные поверхности нагрева и пароперегреватель. Глубина охлаждения отходящих газов в КУ зависит от соотношения D/G_г, где D – паропроизводительность котла, кг/ч; G_г – расход греющего газа теплоносителя, м³/ч. С уменьшением начальной температуры греющих газов Т_г существенно увеличивается расход газа-теплоносителя, необходимого для выработки единицы пара, а соотношение D/G_г (при D = const) соответственно уменьшается. Так, если для обычных паровых котлов на органическом топливе параметр D/G_г » 1, то для получения пара при использовании низкотемпературных отходящих газов (Т_г = 400-600 °С) он составляет 0,12-0,15 [4,5].

Газотрубные КУ широко распространены во многих от­раслях промышленности. Продукты сгорания (отходящие технологические газы) в этих КУ проходят внутри труб, размещенных в водяном объеме барабана. Эти котлы не требуют специальной обмуровки, характеризуются высокой газоплотностью, простотой изготовления, монтажа, обслуживания и пониженными требованиями к питательной воде.

К основным недостаткам КУ подобного типа относятся низкий коэффициент использования теплоты отходящих от технологических агрегатов газов (50—60 %), высокий удельный расход металла на выработку пара (до 8 кг/(кг×ч)). К недостаткам следует также отнести низкий предел давления вырабатываемого пара (всего 1,5-2,0 МПа) из-за наличия барабана большого диамет­ра, ограниченный пропуск отходящих газов — не более 30-40 тыс. м³/ч. Кроме того, внутренние поверхности труб, газотрубных котлов быстро заносятся уносом, поэтому необходимо применять частые чистки труб. Применение газотрубных котлов для использования теплоты низкотемпературных производственных газов целесообразно для установок небольшой мощности, особенно тогда, когда греющие газы имеют повышенное давление или содержат взрывоопасные или ядовитые компоненты.

В зависимости от конструктивного оформления газотрубные котлы делят на горизонтальные и вертикальные. Основные теплотехнические и конструктивные характеристики одно- и двухбарабанных газотрубных КУ приведены в табл. 5.

В типоразмерах газотрубных котлов буквы означают: Г - горизонтальный; В - вертикальный; Б - с дополнитель­ным барабаном-сепаратором; И - с испарительным предвключенным пучком; Э - с экономайзером; П - с пароперегревателем. Для газотрубных энерготехнологических агрегатов буквы дополнительно обозначают: Т - с топкой; Ц - с циклонной камерой сгорания. Цифра после букв Г и В означает площадь основной испарительной поверхности нагрева газотрубного котла, м².

К газотрубным горизонтальным однобарабанным КУ относятся агрегаты типов Г-250, Г-250П, Г-345, Г-345П, Г-550П и др., предназначенные для выработки насыщенного, а при наличии пароперегревателя — перегретого пара за счет использования теплоты технологических газов.

Таблица 5

Основные технические характеристики котлов-утилизаторов

На рис. 10 показан котел Г-250 с пароперегревателем, с площадью испарительной поверхности нагрева котла 250 м². Отходящие газы технологического агрегата поступают во входную камеру, проходят через трубы и через выходную камеру удаляются в атмосферу. Испарительная поверхность нагрева выполнена из труб диаметром 50 мм с толщиной стенки 3 мм. В верхней части барабана расположено сепарационное устройство, представляющее собой пароприемный короб и дырчатые листы.

К группе газотрубных горизонтальных двухбарабанных с вынесенным барабаном-сепаратором котлов-утилизаторов относят Г-145Б, Г-330БИ, Г-445БИ, Г-660БИ, Г-1030Б и др., предназначенные для выработки насыщенного пара за счет использования теплоты технологических и отходящих газов.

Рис. 10. Котел-утилизатор Г-250:

1 - входная камера; 2 - трубы пароперегревателя; 3 – трубы испарителя; 4 - паросепарационное устройство; 5 - подвод питательной воды; 6 – паровой коллектор, 7 – испарительный барабан; 8 – выходная камера

На рис. 11 показан Г-330БИ. В этом котле основные испарительные поверхности выполнены из труб диаметром 50×3 мм и расположены в нижнем барабане. К торцам испарительного барабана на сварке крепятся входная и выходная газовые камеры. В верхнем барабане-сепараторе размещено сепарационное устройство, состоящее из дырчатых листов, расположенных в два ряда, и пароприемного потолка. Сепарационный и испарительный барабаны соединены между собой по пару и воде. Предвключенная испарительная

Рис. 11. Котел-утилизатор Г-330БИ:

1 - входная газовая камера; 2 - испарительный барабан; 3 - барабан сепаратора;

4 - сепарационное устройство; 5 - трубы основного испарителя; 6 - выходная камера;

7 - предвключенная испарительная поверхность

поверхность выполнена из труб диаметром 38 мм и подключена к выносному сепарационному циклону диаметром 377 мм.

К горизонтальным газотрубным двухбарабанным котлам относится и котел Г-420БПЭ, предназначенный для выработки перегретого пара за счет использования теплоты нитрозных газов в схеме получения слабой азотной кислоты (рис. 12). Поверхность нагрева (трубы диаметром 50 мм, толщиной стенки 3 мм) расположена в нижнем барабане, который по греющим газам является двухходовым. К испарительному барабану крепятся входная, поворотная и выходная газовые камеры. В верхнем барабане имеется паросепарационное устройство. Верхний и нижний барабаны соединены между собой по воде и пару. Пароперегреватель расположен в конусном переходе, по которому к котлу подводятся нитрозные газы. На наружной поверхности поворотной и входной газовых камер установлены змеевики, предназначенные для разогрева металла паром, во избежание конденсации из нитрозных газов азотной кислоты во время пуска и останова КУ. Экономайзер устанавливается отдельно.

Котлы-утилизаторы типов В-90Б, В-460Б, Н-89, Н-180, Н-433 предназначены для использования теплоты конвертированных газов и выработки насыщенного пара для технологических и бытовых нужд завода (см. табл. 5). Котлы В-90Б и В-460Б — газотрубные, с естественной циркуляцией, вертикальные с вынесенным паросборником. Испарительная часть котла В-460Б (рис. 13) представляет собой барабан с плоскими отбортованными днищами и приваренными к ним испарительными трубками.

Рис. 12. Котел-утилизатор Г-420БПЭ:

1 - газотрубная поверхность нагрева; 2 - нижний барабан; 3 - входная газовая камера;

4 - поворотная камера; 5 - выходная газовая камера; 6 - верхний барабан;

7 - пароперегреватель; 8 - змеевики для разогрева при пуске

Для улучшения естественной циркуляции барабан устанавливают под уклоном 10° относительно вертикальной оси. Для подвода и отвода газов предусмотрены газовые патрубки, приваренные к верхнему и нижнему днищам барабана. В сепарационном барабане размещено сепарационное устройство в виде дырчатых листов и отражателя. Питательная вода поступает в верхний барабан, а из него по трем опускным трубам — в испарительный барабан. Пароводяная смесь по подъемным трубам направляется в сепарационный барабан.

Рис. 13. Котел-утилизатор В-460Б:

1 – нижнее днище; 2 – опоры; 3 – испарительный барабан; 4 – опускные трубы;

5 – сепарационный барабан