Топочные экраны, испарительные поверхности котлов

Поверхность нагрева – это элемент котла, служащий для передачи тепла к рабочей среде или воздуху. Поверхность нагрева расположенная в топке и получающая тепло при помощи излучения называется радиационной поверхностью. Поверхность нагрева, в которой преобладает теплообмен путем соприкосновения с дымовыми газами, называется конвективной.

Экран – это поверхность нагрева, расположенная в топке и служащая для получения пара из воды, циркулирующей по трубам этого экрана и защищающие обмуровку котла от непосредственного воздействия пламени. Двухсветный экран – экран, получающий теплоту с двух сторон.

Фестон – это система кипятильных труб, расположенная на выходе газов из топки с большим шагом, как по ширине, так и по глубине газоходов.

Парообразующие поверхности котлов раз­личных систем отличаются друг от друга, но всегда они располагаются в основном в то­почной камере и воспринимают теплоту ра­диацией. Топочные экраны воспринимают 35—40% полного количества теплоты, выде­ляемой в топочной камере. Это обстоятельст­во в свою очередь оказывает сильное влияние на распределение теплоты между различными поверхностями нагрева. Так, при среднем давлении 4 МПа теплоты, получае­мой радиацией, недостаточно для покрытия полной потребности на парообразование (62%), в связи с чем, часть теплоты, затрачиваемой на испарение воды, передают в эко­номайзер. Поэтому в барабанных котлах среднего давления обычно экономайзер выпол­няют кипящего типа, т. е. таким, в котором питательная вода не только подогревается до насыщения, но и частично превращается в пар.

Таблица 2.1 - Распределение теплоты между поверхностями нагрева

В барабанных котлах высокого давле­ния (14 МПа и выше) доля теплоты, исполь­зуемая на парообразование, в значительной мере снижается, и теплоты, пе­редаваемой в топочной камере, становится достаточно для образования требуемого коли­чества пара, поэтому экономайзер вы­полняют не кипящего типа. Прямоточные кот­лы также имеют не кипящие экономайзеры, из которых вода переходит в па­рообразующие трубы через распределитель­ный коллектор. Подача в коллектор не воды, а пароводяной смеси вызвала бы резко нерав­номерное ее распределение по параллельным трубам.

В барабанных котлах среднего давления, кроме кипящих экономайзеров, для покрытия недостающей парообразующей поверхности нагрева иногда применяют конвективные па­рообразующие поверхности нагрева — конвек­тивные пучки. Конвективной парообразующей поверхностью нагрева в прямоточных котлах является переходная зона, вынесенная в кон­вективный газоход,— вынесенная переходная зона, по конструкции напоминающая змеевиковый экономайзер; ее располагают между пароперегревателем и экономайзером. В переходной зоне заканчивается парообразование, и пар доводится до слабого перегрева (на 10—20°С).

Парообразующие поверхности при давле­нии выше 14 МПа для котлов всех систем почти исключительно располагают в топочной камере в виде топочных экранов, воспринима­ющих лучистую теплоту.

Парообразующие поверхности располагаются в виде топочных настенных экранов. При этом различают экраны:

- гладкотрубные – в них трубы располагаются с небольшим зазором – 4-6 мм;

- газоплотные (мембранные) – состоящие из панелей, изготовленных из плавниковых труб, или из гладких труб с приваренными к ним ребрами прямоугольного сечения.

Рисунок 2.29 – Типы экранов

а – гладкотрубный;

б – газоплотный из плавниковых труб;

в – то же с приварными ребрами прямоугольного сечения;

г – то же с наплавкой металла между трубами.

Гладкотрубные экраны применяют в котлах всех систем, работающих под разряжением (с уравновешенной тягой). При естественной циркуляции топочные экраны располагаются почти вертикально.

Преимуществом котельных агрегатов с газоплотными экранами является:

1. При их применении уменьшаются присосы воздуха в топку, что увеличивает КПД котельного агрегата за счет снижения потерь q₂ – потери теплоты с уходящими газами.

2. Наличие газоплотных панелей позволяет заменить толстостенную обмуровку толщенной d до 500 мм, так называемой надтрубной обмуровкой (изоляцией).

Для образования в топке зоны устойчивого воспламенения топлив с малым выходом летучих и их интенсивного горения экраны всех типов в области горелок снабжаются шипами и покрываются огнеупорной массой – футерованные экраны

Для создания футерованного экрана приваривают к трубам контактной сваркой шипы (прутки диаметром 10 – 12 и высотой 15 – 20 мм).Шипы являются каркасом для крепления карбидокремниевой набивной массы из огнеупорного материала. Теплопроводность набивной массы должна быть достаточной для отвода воспринимаемой теплоты.

Рисунок 2.30 – Конструкции футерованных экранов

а – настенный гладкотрубный; б – настенный мембранный; в – двухсветный; 1 – шипы; 2 – труба; 3 – обшивка; 4 – пластичная хромированная масса; 5 – карборунд; 6 – мембрана.

Отвод теплоты связан также с плотностью расположения шипов, под которой понимают сумму их торцевых сечений, приходящуюся на 1 м² поверхности экранных труб. Чем больше плотность шипования, тем надежнее охлаждение набивной массы.

Экраны, покрытые шипами, работают в тяжелых температурных условиях, приводящих к обгоранию огнеупорной массы и самих шипов. Длительность службы футерованных экранов зависит от температуры в топке, геометрических параметров и материала шипов и т.п.