Компоновка, тепловая схема и задачи теплового расчета

Компоновка, тепловая схема и задачи теплового расчета

Компоновка котла - взаимное расположение его ра-диационных и конвективных газоходов (рис. 112). Котлы имеют П-, Т-, U-, башенную и многоходовую компоновки. В отечественной энергетике наибольшее распространение получили П- и Т- образные компоновки (рис. 112, а, б). Топка в них занимает подъемный (радиационный) газоход. В соединительном (горизонтальном) и опускном (конвективном) газоходах расположены перегреватели, экономайзеры, выносные переходные зоны, трубчатые воздухоподогреватели. Для котлов типа Е возможна компоновка с совмещением стен радиационного и конвективного газоходов. Преимуществом П- и Т-образных компоновок является возможность размещения тяжелого тягодутьевого оборудования на нулевой отметке. В результате каркас котла или здания освобождается от вибрационных нагрузок, возникающих при работе дымососов и вентиляторов. Для очистки поверхностей нагрева, расположенных в опускном газоходе, от загрязнений может быть применена дробеочистка.

П-образная компоновка, по сравнению с Т-образной, позволяет получить несколько меньшую в плане площадь котельной ячейки, металлоемкость каркаса и расход теплоизоляции на обмуровку, более простую схему трассировки паро- и водопроводов. Благодаря меньшей поверхности стен опускного конвективного газохода облегчается его газоплотное исполнение. Основным недостатком П-образной компоновки является существенная неравномерность полей концентрации золы и скорости в конвективном газоходе при повороте потока газов. С увеличением высоты соединительного газохода эта неравномерность возрастает. В связи с этим для твердых топлив область применения П-образной компоновки ограничена паропроизводительностью котла D с 1000 т/ч, а при многозольных и абразивных топливах D < 420/670 т/ч.

Т-образная компоновка при такой же, как у П-образной компоновки, средней скорости газов позволяет вдвое уменьшить высоту соединительного газохода и снизить тем самым неравномерность полей скорости и концентрации золы после поворота потока. При этом несколько сокращается высота котла и соответственно здания котельной. Облегчаются условия компоновки поверхностей нагрева перегревателей и экономайзера. Область применения - пылеугольные котлы паропроизводительностью D ^ 670 т/ч.

Башенная компоновка (рис. 112, в) наиболее эффективна при сжигании под наддувом газа, мазута и многозольных углей. Отличается удобством обслуживания горелок и минимальными (в плане) размерами котельной ячейки. Скоростные и золовые поля равномерны по сечению газохода, нет зон с повышенным локальным абразивным износом труб ввиду отсутствия поворота потока продуктов сгорания. К недостаткам следует отнести: резкое увеличение высоты котла; усложнение монтажа; наличие ничем не занятого опускного газохода большой длины и размеров; дополнительные статические и динамические нагрузки от тягодутьевых машин на каркас котла; несколько большую протяженность паро- и водопроводов. Очистка поверхностей нагрева от загрязнений водяная или паровая. Такую компоновку применяют для котлов паропроизводительностью D < 300 т/ч или D < 500 т/ч. Многоходовая компоновка (рис. 112, г) котла является конструктивно более сложной и оправдана лишь при сжигании многозольных низкокалорийных топлив типа сланцев.

U-образная компоновка (рис. 112,5) позволяет создать условия хорошего заполнения топки факелом. Вследствие низкого расположения перегревателей протяженность паропроводов до турбины минимальна. К недостаткам такой компоновки следует отнести то, что дымососы, вентиляторы крепятся к каркасу котла, топливо необходимо подавать на большую высоту. U-образная компоновка применяется на котлах паропроизводительностью D ≤ 670 т/ч.

Тепловая схема котла - совокупность технических решений по последовательности расположения в газовом тракте поверхностей нагрева, организации движения в них продуктов сгорания, рабочего тела, воздуха и выбору способа регулирования температуры перегрева пара. На рис. 113 приведена тепловая схема котлов с естественной циркуляцией и прямоточного на сверхкритическое давление перегретого пара для различных топлив. Из приведенных данных видно, что при определенном типе котла, росте параметров пара, наличии промежуточного перегрева, числе ступеней подогрева воздуха тепловая схема подвергается существенному влиянию. На размещение поверхностей нагрева, температурный уровень в них газов влияют свойства топлива и условия работы труб. Определенному влиянию подвержена не только тепловая схема, но и принятый способ поддержания постоянства температуры перегрева.

Задачи теплового расчета котла могут быть двух видов: конструкторские и поверочные. Задачи теплового расчета различаются поо целям, исходным и искомым величинам. При конструкторском расчете в соответствии с принятой тепловой схемой котла искомой является площадь поверхности нагрева. При этом из условия надежной и экономичной работы котла и каждого его элемента принимаются температуры продуктов сгорания (газов) рабочего тела и воздуха. Предварительно задается компоновка трубных поверхностей нагрева (продольный и поперечный шаг, диаметр d трубы), скорости газа wr, воздуха и»в, массовая скорость рабочего тела pw.

Задачи теплового расчета служат исходными данными для проведения прочностных, аэродинамических и гидравлических расчетов, выбора вспомогательного оборудования. При поверочном расчете котла промежуточные температуры газа и рабочего тела, включая температуру θ_ух уходящих газов и trn горячего воздуха, неизвестны. Величиной θ_ух предварительно задаются. Затем рассчитывают воздухоподогреватель, топку, пароперегреватели, экономайзер. При двухступенчатом подогреве воздуха рассчитывают последовательно первые ступени воздухоподогревателя, экономайзера и вторую ступень воздухоподогревателя. Полученная температура газов перед воздухоподогревателем не должна отличаться больше, чем на ±10 °С от принятой температуры. В противном случае задачи теплового расчета повторяются с новым принятым значением θ_ух. Поверочный и конструкторский расчеты ведутся в соответствии с нормативным методом расчета котлов.