Назначение и классификация пароперегревателей

Пароперегреватель устройство, предназначенное для получения перегретого пара с температурой выше, чем температура насыщения в барабане при том же давлении, что и в котле Он является одним из наиболее ответственных элементов котла, так как температура пара здесь достигает наибольших значений, и металл перегревателя работа­ет в условиях, близких к предельно допустимым.

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

По виду тепловосприятия пароперегреватели разделяют на конвективные – располагаются в конвективном газоходе и получают теплоту конвекцией; радиационные – устанавливаются на стенах топочной камеры и получают теплоту радиацией; ширмовые (полурадиационные) – располагаются в верхней части топки и частично в горизонтальном газоходе между радиационными и конвективными поверхностями нагрева.

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.

В зависимости от направления движения потоков пара и продук­тов сгорания в пакетах перегревате­ля различают прямоточные, противоточные и смешанные схемы дви­жения.

Рисунок 2.31 – 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.

Рисунок 2.32 – 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.

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. Оптимальных усло­вий надежности и умеренной стои­мости конвективного пароперегрева­теля достигают в смешанной схеме взаимного движения. По схеме противотока работают только конвективные поверхности, омываемые газами температурой не выше 600 – 850 °С в зависимости от качества металла. Наибольшая ско­рость пара и, следовательно, наибо­лее интенсивное охлаждение метал­ла предусматриваются в выходных по пару змеевиковых пакетах.

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.

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, их тепловосприятие складывается из значитель­ной доли радиационного излучения от ядра факела и раскаленных га­зов в объеме между ширмами и до­ли конвективного теплообмена, так как газы омывают ширмы продоль­но-поперечным потоком со скоро­стью 5 – 8 м/с. Ширмовые перегре­ватели обычно получают 20 – 40% всего тепловосприятия пароперегре­вателя. Ширмы из плавниковых труб меньше шла­куются, легче очищаются от наруж­ных загрязнений.