Вспомогательными поверхностями нагрева котлоагрегатов называют поверхности нагрева, обеспечивающие передачу тепла от дымовых газов для подогрева питательной воды, воз­духа, подаваемого в топку для сжигания топлива, а также для перегрева насыщенного пара в случае необходимости повыше­ния его параметров.

Аппараты для подогрева питательной воды за счет тепла отходящих дымовых газов называют экономайзерами.

Использование тепла отходящих дымовых газов для подо­грева воздуха, поступающего в топку, осуществляется в воз­духоподогревателе.

Устройство для перегрева пара выше температуры кипения при котловом давлении называют пароперегревателем.

Наличие у котлоагрегата экономайзера и воздухоподогре­вателя повышает его экономичность, т. е. снижает расход топ­лива на выработку единицы тепловой энергии. В практике эксплуатации установок поверхности нагрева экономайзеров и воздухоподогревателей называют хвостовыми поверх­ностями нагрева.

Подогрев питательной воды перед ее поступлением в котел уменьшает механические напряжения в стенках барабанов и труб, возникающие от изменения температуры при подаче в них холодной воды и удлиняет срок службы котла. Подогрев воздуха, поступающего в топку, интенсифицирует горение топлива, повышает эффективность работы радиационных по­верхностей нагрева.

Пароперегреватель обеспечивает необходимое и обязатель­ное во многих случаях качество пара.

Анализ существующего котельного парка на предприятиях отрасли показал, что температура уходящих газов за котлами колеблется в очень широких пределах (от 150 до 400° С и выше), хвостовые поверхности нагрева котлов во многих слу­чаях отсутствуют. Поэтому потери тепла с уходящими газами являются большими и при сжигании высоковлажных древес­ных отходов могут достигать 20 % и выше.

Между тем экономия древесного топлива является актуаль­ной для лесопромышленных предприятий, так как во многих случаях для энергетических нужд используется стволовая дре­весина, которая должна применяться в технологических целях.

Как указано выше, снижение потерь тепла с уходящими газами и повышение КПД котлоагрегата обеспечивается уста­новкой хвостовых поверхностей нагрева: воздухоподогревателей или водяных экономайзеров.

Остановимся на описании некоторых элементов вспомога­тельных поверхностей нагрева.

Э к о н о м а й з е р ы. Водяные экономайзеры изготовляются двух типов: чугунные из ребристых труб и стальные гладко- трубные.

Чугунные экономайзеры собираются из чугунных ребристых труб и соединяются чугунными коленами (калачами) таким образом, чтобы питательная вода, поданная в одну из крайних нижних труб экономайзера, затем через соединительные калачи могла последовательно проходить снизу вверх по всем трубам. Затем вода, подогретая до необходимой температуры, по­ступает в котел.

Чугунные ребристые трубы по краям имеют прямоугольные фланцы, которые одновременно составляют стенки, ограничи­вающие газоход. Чтобы предупредить присос воздуха, щели между фланцами уплотняют асбестовым шнуром, укладывае­мым в особые канавки, находящиеся во фланцах. Две другие стенки экономайзера оборудуются изоляцией с обшивкой или кирпичной кладкой, которая выполняется красным кирпичом, толщиной в полтора-два кирпича, с целью уменьшения присоса, поскольку в газоходах экономайзера создаются значительные разрежения. На рис. 36 показаны блочные чугунные экономай­зеры.

Экономайзеры выпускаются отдельными блоками в облег­ченной обмуровке с металлической обшивкой. Они отличаются хорошей герметичностью. Блоки изготовляются одноколонко - вые (рис. 37, а) и двухколонковые (рис. 37,6). Число труб в горизонтальном ряду (от 2 до 9) определяется из условий получения требуемой скорости движения дымовых газов, кото­рая при нормальных условиях эксплуатации котлоагрегата должна быть равной: при сжигании газа и мазута 6...8 м/с; при сжигании твердого топлива 7... 10 м/с. Число горизон­тальных рядов определяется из условий получения требуемой поверхности нагрева экономайзера.

В двухколонковых экономайзерах между колонками уста­навливается металлическая перегородка. В этом случае поток воды по выходе из группы экономайзера, находящейся в одном газоходе, идет в нижнюю часть экономайзера, расположенную в другом газоходе.

Дымовые газы в экономайзерах обычно направляются сверху вниз, т. е. навстречу движению воды, благодаря чему создается противоток, что обусловливает лучший теплообмен между газами и водой.

Поскольку водяной экономайзер, собираемый из ребристых труб, довольно быстро загрязняется золой и сажей, его необ­ходимо периодически обдувать паром или сжатым воздухом, что применяют также при водогрейных котлах. С этой целью экономайзеры снабжаются стационарными аппаратами с одной или двумя обдувочными каретками. Сопловой аппарат обеспе­чивает эффективную очистку до четырех рядов труб по верти­кали вверх и вниз.

Во избежание парообразования и гидравлических ударов конечная температура воды в чугунном отключаемом водя­ном экономайзере должна быть не менее чем на 40° С ниже температуры насыщенного пара в котле, а при наличии авто-

'//////л W /ІЇ'/// W/ІПШ g

2 Рис. 36, Чугунные блочные водяные экономайзеры:

А — одноколонковый; 6 — двухколонковый; в — компоновка блочного экономайзера с котлоагрегатом ДКВр-6,5-13; г — секция чугунного экономайзера; / — ребристые трубы; 2 — обдувочное устройство; 3 — изоляция; 4 — металлические перегородки; 5 — котел; 6 — газоход; 7 — экономайзер; 8 — выход дымовых газов

Матических устройств, регулирующих температуру подогрева воды в экономайзере, эта разность может быть снижена до 20° С.

Во избежание коррозии наружных поверхностей труб вода, поступающая в экономайзер, должна иметь температуру на
10е С выше температуры точки росы (температуры конденсации водяных паров) дымовых газов, что исключает возможность образования влаги на поверхности труб. Скорость воды в эко­номайзере должна быть в пределах 0,5 ... 1 м/с.

Чугунные водяные экономайзеры применяются для котель­ных агрегатов малой и средней мощности для давлений до 2,2 МПа. Они могут применяться и для нагревания сетевой

Выход

Газы

Рис. 37. Стальной гладкотрубный змеевиковый эко­номайзер: / — ннжннй коллек­тор; 2 — промежу­точный коллектор; 3 — змеевики; 4 — верхний коллектор; 5 — лаз

Вход Воды

Воды. В зависимости от назначения экономайзера изменяется схема соединения труб и экономайзеру присваивается ин­декс П (питательный) или Т (теплофикационный).

Температура газов за экономайзером для котлов ДКВр не должна превышать 180° С. Температура воды в экономайзере: питательной на выходе 100° С (но не ниже 70° С) и на вы­ходе 140... 155° С; сетевой на входе 70 и на выходе 101 ... 117° С.

Стальными гладкотрубными водяными экономайзерами

Укомплектовывают котлоагрегаты с давлением свыше 2,2 МПа. Их выполняют из стальных труб с наружным диаметром 28... ...32 мм, изогнутых в виде горизонтальных змеевиков (рис. 37). Концы труб приваривают к коллекторам.

Водяные экономайзеры из стальных труб бывают «кипя­щего» и «некипящего» типов. При кипящем типе между котлом
и экономайзером не устанавливают никаких запорных при­способлений и нет ограничения предела нагревания воды. Вода в нем может закипеть, причем количество пара, образующегося в экономайзере, допускается до 15% общей паропроизводи- тельности котла. В кипящем экономайзере должен предусмат­риваться беспрепятственный отвод пара в котел. Неболь­шие диаметры труб позволяют создать компактный эконо­майзер, работающий с высоким коэффициентом тепло­передачи.

Поверхность нагрева экономайзера разбивают по высоте на несколько пакетов высотой до 1,5 м, между которыми пре­дусматривается разрыв 600...800 мм. Такое разделение необ­ходимо для лучшего обслуживания экономайзера, производства ремонта и монтажа. Змеевики крепят на стойках, опирающихся на металлические балки каркаса экономайзера. Стальные водя­ные экономайзеры изготовляют из блоков и транспортируют в собранном виде.

Чугунные экономайзеры хорошо противостоят влиянию как внутренней, так и внешней коррозии. Стальные экономайзеры, наоборот, очень подвержены коррозии, поэтому в установках приходится особенно тщательно деаэрировать питательную воду, которая поступает в нижний коллектор экономайзера, проходит последовательно снизу вверх по всем змеевикам и выходит через верхний коллектор, направляясь в барабан котла. Дымовые газы в экономайзере движутся обычно сверху вниз, т. е. навстречу потоку воды. Скорость воды в некипящем экономайзере должна быть не менее 0,3... 0,4 м/с при номи­нальной нагрузке котла, а на выходе из кипящего экономай­зера— не менее 1 м/с.

При сжигании твердых видов топлива с большим количест­вом мелких фракций наблюдается большой золовый износ не­которых участков труб. Чтобы предохранить их от этого, в ме­стах, подверженных износу, устанавливают специальные за­щитные приспособления. Для предотвращения износа труб летучей золой минимальная скорость дымовых газов в эконо­майзере при сжигании твердого топлива должна быть не ниже 6 м/с, а по условиям золового износа труб змеевиков — не более 10 м/с.

Основной задачей эксплуатации водяных экономайзеров при работе на твердом топливе является постоянная и система­тическая очистка их от внешних загрязнений. На рис. 39 пред­ставлены схемы включения водяных экономайзеров.

Установка водяного экономайзера обеспечивает экономию топлива от 5 до 12%. Для ориентировочных расчетов можно считать, что при охлаждении дымовых газов на 1°С вода в экономайзере подогревается на 0,5° С.

Воздухоподогреватели. Воздухоподогреватели пред­назначаются для подогрева воздуха, поступающего в топку котла теплом отходящих газов. Они подразделяются на два типа: рекуперативные и регенеративные.

Рекуперативные воздухоподогреватели. В рекуперативных подогревателях воздуха тепло дымовых газов передается воз­духу постоянно через разделяющую их стенку. Для котлов малой и средней производительности применяются стальные трубчатые и чугунные ребристые воздухоподогреватели. В на-

Рис. 38. Схемы включения водяных экономайзеров: А — некипящего типа; б — кипящего типа; 1 — запорная задвижка; 2 — обратный кла­пан; 3, 4 — задвнжкн для питания котла через экономайзер и помимо иего; 5 — пре­дохранительный клапан

Стоящее время изготовляются только стальные трубчатые воз­духоподогреватели, как наиболее дешевые и экономичные. По конструктивному выполнению трубчатые подогреватели делятся на вертикальные и горизонтальные, а по ходу газа — на одно - ходовые и двухходовые. В котлоагрегатах средней и большой мощности применяются только одноходовые подогреватели по газу и многоходовые — по воздуху.

Вертикальные трубчатые подогреватели собираются из от­дельных секций, состоящих из верхних и нижних трубных до­сок, в которые ввариваются в шахматном порядке стальные
трубы диаметром до 40 мм и толщиной стенки 1,5 мм. Дымо­вые газы проходят внутри труб сверху вниз, а воздух — между трубами (в поперечном направлении). Для обеспечения доста­точного обдува внутренних поверхностей труб от летучей зоны (при сжигании твердого топлива) скорость дымовых газов в воздухоподогревателе должна быть порядка 10... 14 м/с. Скорость воздуха принимается приблизительно в 2 раза мень­шей. Для ориентировочных расчетов можно принимать, что охлаждение дымовых газов в воздухоподогревателе на 1°С со­ответствует подогреву воздуха на 1,25°С для сухих и на 1,5° для влажных топлив.

Во избежание коррозии воздухоподо­гревателя минимальная температура его стенки в самом холодном месте (при входе воздуха) должна быть выше тем­пературы точки росы не менее чем на 10° С.

Для котельных агрегатов малой мощ­ности при сжигании высоковлажных дре­весных отходов устанавливаются двух­ходовые (по газовой стороне) трубчатые воздухоподогреватели, которые состоят из двух секций, перепускных воздушных коробов, опорной рамы.

Дымовые газы проходят по трубам сверху вниз, делают поворот на 180° и по второй секции движутся снизу вверх. Воз­дух движется горизонтально, переходя из одной секции в другую по специальному перепускному воздушному коробу. По­верхность нагрева этих подогревателей 85, 140, 233, 300 и 498 м3, скорость газов 10...12 м/с; воздуха 5...6 м/с. Подогрев воз­духа осуществляется до 250 °С. На рис. 39 представлен одно - ходовой трубчатый воздухоподогреватель.

Регенеративные воздухоподогреватели. Наиболее компакт­ными являются подогреватели воздуха регенеративного типа (рис. 40), идея которых заключается в следующем: пакет металлических волнистых пластин, сложенных таким образом, что газ может проходить между ними в вертикальном направ­лении, медленно вращается вокруг вертикальной оси, причем каждая половина пакета поочередно вводится то в струю от­ходящих газов, то в струю воздуха. Пластины нагреваются от газов и затем попадают в струю воздуха, нагревая который, они в свою очередь охлаждаются, чтобы затем снова вступить в область газового потока.

Газы

Выход - воздуха

Г

Вход ооздуха

Рис. 39. Трубчатый од - ноходовой воздухоподо­греватель: 1 — трубы; 2 — верхняя Трубная доска; 3 — пере­пускной воздушный короб; 4 — нижняя трубиая доска; 5 — промежуточная труб­ная доска

Пароперегреватели. Пароперегреватели — это тепло - обменные устройства, предназначенные для получения пере­гретого пара. Они являются одним из наиболее ответственных
элементов котла: температура рабочего агента в них больше, чем в других частях котлоагрегата, а поэтому стенки их труб нагреваются больше, чем трубы котла. Пароперегреватели, как правило, выполняют из высококачественной стали и поэтому стремятся к максимальному уменьшению поверхности их на­грева, что достигается установкой пароперегревателей воз­можно ближе к топочному устройству.

І Выход Т Rni/hirn

Вход дымодых газов

Рис. 40. Регенератив­ный воздухоподогрева­тель:

I — короб для входа воз­духа; 2 — фиксированный подшипник; 3 — вал ротора; 4 — набивка; 5 —неподвиж­ный цилиндрический кор­пус; 6 — верхний подшипник вала; 7 — вертикальный ци­линдрический ротор; 8 — короб выхода нагретого воздуха; 9 — электропривод ротора; 10 — уплотнение; II — короб выхода дымо­вых газов

Изогнутых в виде петлеобразных змеевиков, развальцованных своими концами в коллекторах-паросборниках. Использование труб небольшого диаметра упрощает гибку змеевиков, увели­чивает коэффициент теплоотдачи от газов к стенке и умень­шает загрязнение поверхности нагрева (рис. 41). Существуют три типа пароперегревателей: конвективные, радиационные и комбинированные (сочетание конвективной части с радиационной). В котлоагрегатах низкого и среднего давления при температуре перегрева пара до 440° С применя­ются в основном только конвективные пароперегреватели. Они устанавливаются обычно за первым газоходом котла при вы­ходе дымовых газов из топки (где последние имеют наивысшую температуру) и отделяются от нее небольшим фестоном из

Конструкция пароперегревателей состоит из ряда парал­лельно включенных цельнотянутых труб диаметром 28 ... 42 мм,
труб заднего экрана или несколькими рядами кипятильных труб. Допускается как вертикальное, так и горизонтальное расположение змеевиков пароперегревателя. То и другое рас­положение имеет свои положительные стороны и недостатки.

Применение пароперегревателей с вертикальными змееви­ками упрощает их крепление, но при этом затрудняется удале­ние из них воды, что приводит к коррозии и увеличению вы­соты котла. Применение горизонтальных пароперегревателей

Рис. 41. Горизонтальный конвективный пароперегреватель: 1 — подвод насыщенного пара из барабана; 2 — поверхностный пароохладитель; 3 — змеевики пароперегревателя; 4 — тяга; 5 — подвеска; 6 — перегородка из пластин; 7 — коллектор перегретого пара; 8 — дренажные коллекторы

Устраняет эти недостатки, однако здесь наблюдается провиса­ние труб змеевиков в процессе эксплуатации, что приводит к ухудшению теплопередачи.

При конструировании пароперегревателей для котлоагре - гатов средней паропроизводительности скорость пара в них принимают в пределах 20... 25 м/с (исходя из условий надеж­ного охлаждения паром стенок труб во избежание их пере­грева), причем, чтобы не получить слишком больших гидрав­лических потерь, ее принимают тем меньше, чем больше давле­ние пара. Обычно перепад давления в пароперегревателе не должен превышать 10% рабочего давления пара.

Следует иметь в виду, что с понижением форсировки котла уменьшается и температура пара, а с повышением влажности топлива она возрастает, так как в этом случае за счет испаре­ния влаги увеличивается количество дымовых газов, что при­водит к увеличению их скорости при прохождении через паро­перегреватель и более интенсивной передаче тепла от газов к пару. Кроме того, постепенное загрязнение наружных и внут­ренних поверхностей труб пароперегревателей вызывает по­нижение температуры перегрева пара. Все это приводит к не­обходимости регулирования температуры перегретого пара, ко­торое в настоящее время осуществляется в основном путем его охлаждения. Для этого поверхность нагрева пароперегревателя определяют из расчета перегрева пара на 25...30° С больше, чем требуется по номиналу. Соответственно этому рассчиты­вают специальный пароохладитель.

В котельных агрегатах средней паропроизводительности применяется поверхностный пароохладитель, состоящий из кор­пуса, внутри которого расположен пучок стальных труб. По ним проходит питательная вода, а между ними — пар. Регули­рование температуры перегретого пара производится измене­нием количества питательной воды, пропускаемой по трубам. По отношению к потоку газов пароперегреватели могут вклю­чаться по прямоточной, противоточной, параллельной и смешан­ной схемам.

В пароперегревателе, кроме нагрева пара, происходит и не­которое испарение котловой воды, уносимой с насыщенным паром из барабана котла. Явление это нежелательное, так как вызывает появление в змеевиках накипи, очищать которую из-за сложной их формы затруднительно. Учитывая это, сле­дует очень тщательно следить за качеством котловой воды и работой паросепарационных устройств.