Назначение пароперегревателей котлов: типы, схемы
Для повышения коэффициента полезного действия котельного оборудования используется пароперегреватель котла. Благодаря своей конструкции устройство позволяет повысить температуру пара до критического предела. Это положительно влияет на эффективность установки.
Назначение пароперегревателя
Устройство, используемое для увеличения температуры насыщенного пара котла, называют пароперегревателем. Его конструкция позволяет сделать температуру пара выше, чем этот же показатель, необходимый для его насыщения.
При работе устройство подвергается высоким нагрузкам в связи с воздействием на его поверхности высокой температуры. Коллектор пароперегревателя нагревается до предельных показателей. Перегрев насыщенного пара значительно повышает эффективность работы котельного оборудования.
При работе котельного оборудования происходит образование насыщенного пара. При перемещении паровая масса частично конденсируется. Во избежание превращения большого количества воды из газообразного состояния в жидкое, пар нагревают до достижения им высокой температуры.
Конструкция пароперегревателя
Устройство располагается в газоходе или топке котла. Конструкция пароперегревателя парового котла представляет собой большое количество металлических змеевиков, изготовленных из труб маленького диаметра.
Концы змеевиков соединены между собой коллекторами. Пар попадает в змеевики, выходит из них через соединяющие коллекторы.
Устройство устанавливается в газоходе таким образом, чтобы продукты горения омывали его наружные поверхности.
Коллекторы представляют собой изделия с круглым или прямоугольным сечением, изготовленные из углеродистой стали.
Они могут быть двух типов:
- Сваренные.
- Цельнометаллические.
Работа пароперегревателя требует герметичности соединений змеевиков с коллекторами. Это исключит утечку пара в газоход. Для получения герметичного соединения концы змеевиков развальцовывают внутри коллектора. Для этого на его противоположной стенке выполняют специализированные люки.
В зависимости от мощности котла конструкция перегревателя может представлять собой набор стальных змеевиков, расположенных в несколько рядов.
Это требует изготовления большого количества отверстий в для крепления труб в коллекторе, что негативно влияет на его прочностные характеристики. В таких случаях могут быть установлены дополнительные коллекторы.
При использовании котельного оборудования, работающего на топливе, образующем небольшое количество золы, змеевики могут располагаться в горизонтальной плоскости.
В других случаях трубы для прохождения пара устанавливаются вертикально. Горизонтальное расположение змеевика пароперегревателя облегчает процедуру слива воды при остановке котла.
В зависимости от типа устройства коридоры между трубами могут подвергаться засорению шлаками. Чистка проемов, предназначенных для движения отработанных газов, затруднительна. В связи с этим конструкции, образующие узкие проходы, располагают на большем расстоянии друг от друга.
Монтаж устройства осуществляется с помощью специализированных подвесок. Их крепление осуществляется таким образом, чтобы обеспечить свободное перемещение труб для движения пара при их температурном расширении. Для изготовления подвесок используется металл, устойчивый к воздействию высокой температуры.
Принцип действия
Пароперегреватель используется для нагрева пара продуктами горения. В процессе работы наружная поверхность змеевиков омывается отработавшими газами, протекающими между трубами. Внутри змеевика перемещается пар.
В зависимости от направления пара по отношению к движению продуктов горения температура среды внутри труб может отличаться. Так наивысший показатель температуры наблюдается у пароперегревателей с противоточным направлением паровой среды.
В зависимости от типа устройства пароперегреватель может устанавливаться как в непосредственной близости к камере аккумулирующей перегретый пар, так и в топке. Для сохранения скорости перемещения пара независимо от изгибов трубы изделие устанавливают с наклоном в сторону выходного коллектора.
С целью увеличения коэффициента теплообмена устанавливают устройства радиационного типа на потолке топки или её стенках. Потолочный пароперегреватель позволяет повысить степень теплообмена до 40%.
В некоторых котлах конвективные и радиационные устройства устанавливаются вместе. Благодаря работе пароперегревателя можно:
- увеличить коэффициент полезного действия работы котельного оборудования;
- рационально использовать тепло отработавших газов;
- передавать массу пара на большое расстояние.
Классификация пароперегревателей
В зависимости от конструктивных особенностей устройства делят на три типа - радиационный, конвективный и ширмовый - смешанный. В некоторых случаях возможно комбинирование разных типов устройств для одного и того же котла.
Радиационный
Устройство работает под большой тепловой нагрузкой. Это обусловлено расположением радиационного пароперегревателя. Изделие устанавливается на потолке топки или её вертикальных стенках.
Тепло передается внешним поверхностям трубы в большей части от излучения, образующегося в результате горения топлива.
Температура нагрева пара у устройств радиационного типа превышает аналогичный показатель у конвективных конструкций. Иногда устройства обоих типов устанавливаются вместе.
Радиационный перегреватель осуществляет частичный прогрев, завершение процесса происходит в устройстве конвективного типа.
Конвективный
Установка конвективного пароперегревателя осуществляется в газоходе котла. Тепло передается наружным поверхностям труб от продуктов горения. Материалом для изготовления змеевиков являются стальные трубы. В зависимости от давления, для которого предназначен змеевик наружный диаметр и толщина стенки труб может отличаться.
При высокой мощности котельного оборудования трубы могут устанавливаться несколько рядов. Учитывая направление пара по отношению к отработавшим газам, устройства конвективного типа можно разделить на:
- прямоточные;
- противоточные;
- смешанные.
Противоточный
Перемещение пара в конвективном перегревателе данного типа осуществляется против движения отработавших газов. Конструкция отличается высокой эффективностью при использовании в газовой среде, температура которой не превышает 850 градусов.
Этот показатель может быть снижен в зависимости от характеристик металла для изготовления змеевиков.
Наиболее подвержены перегоранию трубы, находящиеся в конце хода пара и в начале движения продуктов горения. Это обусловлено наиболее высокой температурой обеих сред.
Небольшое видео с канала "Тверская Генерация"
Прямоточный
В конструкциях с прямоточным течением пар перемещается в ту же сторону, что и отработанные газы. Это снижает температурную нагрузку на металл труб, так как максимально разогретый пар в конце змеевика обогревается остывшими газами.
Смешанный
Конвективные пароперегреватели смешанного типа имеют оптимальные условия для использования стальных труб и получения массы пара высокой температуры.
Поток среды внутри труб осуществляется одновременно в одну и противоположную сторону с движением отработавших газов.
Комбинированный
Ширмовый пароперегреватель представляет собой конструкцию, изготовленную из большого количества стальных труб, расположенных вертикально.
Они образуют плоские панели, в проём между которыми протекают продукты горения. Передача тепла поверхностям ширмового перегревателя осуществляется как радиационным, так и конвективным путем.
Продукты горения перемещаются вдоль лент и передают тепло их наружным поверхностям. Во избежание засорения шлаком коридоров между лентами ширмового пароперегревателя их располагают на расстоянии от 55 до 70 сантиметров.
Чтобы отдельные трубы не выходили за пределы ленты, их перевязывают между собой в горизонтальной плоскости специализированными вставками. Они крепятся крайним трубам ширмы и предотвращают выхождение элементов, находящихся в середине за пределы ленты.
Нагрев среды, находящейся внутри труб ширмового перегревателя, осуществляется радиационным излучением и раскаленными продуктами горения. Существует ширмы, изготовленные из труб, боковые поверхности которых имеют выступы.
Такие конструкции менее подвержены загрязнениям наружной поверхности. Боковые выступы не позволяют трубам выходить из своего ряда.
Расчет пароперегревателя
Проведение расчетов бывает конструктивным или поверочным. В первом случае расчеты проводятся перед изготовлением нового котла. Во второй ситуации расчет осуществляется в процессе эксплуатации оборудования.
При этом учитываются место расположения устройства, температура пара и отработавших газов, способ регулировки перегрева и другие факторы.
Пароперегреватель котла необходим для нагрева массы пара до более высокой температуры. Его наличие позволяет увеличить коэффициент полезного действия котельного оборудования.
В зависимости от конструкции устройств их технические характеристики отличаются.
