Промежуточный перегрев пара Энергетика

Тепловые схемы с промежуточным перегревом пара (ППП)

В тепловых схемах КТЭУ с промежуточным перегревом пара пар, прошедший ряд ступеней турбины, направляется в промежуточный пароперегреватель котла, и после вторичного перегрева направляется обратно в турбину для окончательного расширения в оставшихся ступенях.

Существует два принципа промежуточного перегрева пара;

• газовый, при котором вторично перегреваемый пар воспринимает теплоту продуктов сгорания топлива в котле. Такой перегрев может осуществляться;

— в промежуточном пароперегревателе котла, расположенном в газоходе;

— в отдельной топке котла;

— в выносных пароперегревателях, оснащенных топками со сжиганием топлива в кипящем слое;

• паровой, при котором греющей средой является свежий пар, вырабатываемый котлом.

Применение газового перегрева пара позволяет довести температуру вторично перегретого пара до первоначальной, а при паровом перегреве — приблизительно до температуры насыщения греющего пара. Выбор способа перегрева пара зависит от начальных параметров пара, тепловой схемы установки и определяется технико-экономическими расчетами. В настоящее время в судовых КТЭУ применяется исключительно газовый перегрев пара в промежуточных пароперегревателях (котлы КВГ-80).

Тепловая схема простейшей установки с ППП (без использования регенерации) показана на рис. 81. Пар, вырабатываемый котлом, поступает в корпус ТВД. Расширившийся в ступенях ТВД пар направляется в промежуточный пароперегреватель котла, где происходит повышение его температуры (давление вторично перегреваемого пара при этом остается постоянным). После перегрева пар направляется в корпус ТНД, где окончательно расширяется и сбрасывается в главный конденсатор.

Термодинамический цикл КТЭУ с однократным промежуточным перегревом пара, включает следующие процессы;

— расширение пара в части ступеней турбины (ТВД);

— изобарный перегрев пара в промежуточном

— расширение пара в последующих ступенях турбины

— конденсация пара в главном конденсаторе;

— сжатие воды в насосе;

— подогрев питательной воды в котле до температуры

— испарение воды в котле;

— перегрев пара в пароперегревателе котла.

При рассмотрении цикла КТЭУ с промежуточным перегревом пара видно, что сложный цикл установки состоит из двух простых циклов; основного — 1 — 2 — 2′- 3 — 4 — 5 -1, и дополнительного (присоединенного) — 1′- 1ЯЯ — 2ПП — 2 -1′. Использование промежуточного перегрева в цикле КТЭУ сдвигает конечную точку расширения пара в турбине вправо, в область больших значений степени сухости пара — х (при одинаковых начальных параметрах пара). Этот фактор позволяет существенно повысить начальные параметры пара, подаваемого на турбину и, соответственно, повысить КПД установки, тогда как увеличение начальных параметров пара без промежуточного перегрева приводит к увеличению влажности пара в последних ступенях турбины. Высокая влажность пара отрицательно сказывается на КПД самой турбины (увеличиваются потери с влажностью пара) и приводит к эрозионным разрушениям деталей проточной части. Кроме того в тепловых схемах, выполненных с ППП, уменьшается расход пара на турбину (при равной

Мощности с турбиной без ППП), и следовательно количество пара, поступающего в главный конденсатор. Уменьшение расхода пара позволяет уменьшить площадь теплообмена и массогабаритные показатели главного конденсатора и приводит к снижению количества теплоты, отдаваемой забортной воде. При этом также уменьшаются диаметры паропроводов, габариты питательных насосов, площадь испарительной поверхности нагрева главных котлов.

Вместе с тем, использование промежуточного перегрева пара приводит;

— к значительному усложнению конструкции парового котла, имеющего в своем составе дополнительные пароперегревательные поверхности нагрева;

— усложнению системы главного пара и применению дополнительных протяженных паропроводов, направляющих пар от турбины к промежуточному пароперегревателю котла и обратно в турбину;

Читайте также:  Инструменты для нарезки резьбы

— повышенным потерям давления пара в дополнительных паропроводах;

— усложнению системы автоматического регулирования КТЭУ;

— повышению стоимости изготовления установки;

— невозможности использования в составе установки реверсивных турбин; реверс в КТЭУ с ППП возможно осуществлять только за счет установки ВРШ. Трудность обеспечения реверса связана с тем, что при использовании ТЗХ трубная система пароперегревателя оставалась бы без охлаждения (пар при работе ТЗХ через промежуточный пароперегреватель не проходит), что привело бы к перегоранию трубной системы промежуточного пароперегревателя, находящейся в зоне высоких температур дымовых газов.

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.

  • 1 Назначение пароперегревателя
  • 2 Конструкция пароперегревателя
  • 3 Принцип действия
  • 4 Классификация пароперегревателей
    • 4.1 Радиационный
    • 4.2 Конвективный
    • 4.3 Комбинированный
  • 5 Расчет пароперегревателя

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:

  1. Сваренные.
  2. 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.

Читайте также:  Как работает бутылочный домкрат

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.

Читайте также:  Какие передние пружины лучше поставить на ваз 2107, замена, снятие и установка, инструкции с фото и

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.

Пароперегреватели. Устройство пароперегревателей.

Назначение пароперегревателя.

В процессе испарения воды в котле получается насыщенный пар, который содержит смесь сухого пара и воды во взвешенном состоянии. Если такой пар направить потребителю, то по пути следования он будет охлаждаться и частично превратится воду (конденсируется). Явления конденсации можно избежать, если насыщенный пар перегреть выше его температуры насыщения.

Чем выше температура перегретого пара, тем более он устойчив от конденсаций.

Принцип работы пароперегревателя.

Перегрев пара осуществляется в особом аппарате, который называется пароперегревателем. Каждый котел может иметь отдельный пароперегреватель, или несколько котлов один — общий. Котлы небольшой мощности пароперегревателя часто не имеют.

Виды пароперегревателей.

Пароперегреватели разделяются на конвективные, радиационные и комбинированные. Широкое распространение получили конвективные и комбинированные пароперегреватели (рис. 1).

Змеевик пароперегревателя.

Рис. 1. Пакет пароперегревателя.

Конструкция пароперегревателя.

Современный пароперегреватель устанавливается в газоходе и представляет собой систему параллельно подключенных к коллекторам змеевиков из цельнотянутых труб небольшого диаметра. Газы продольным или поперечным движением омывают змеевики пароперегревателя снаружи. Пар входит в один коллектор пароперегревателя, проходит по змеевикам и выходит в другой.

Изготовление пароперегревателя.

Коллекторы пароперегревателей круглого или прямоугольного сечения изготовляются из углеродистой или легированной стали цельнотянутыми или сварными. Наиболее распространенным соединением змеевиков и пакетов пароперегревателя с коллектором является развальцовка концов труб пароперегревателя в коллекторе. Для этого с противоположной стороны коллектора делают групповые овальные или круглые люки (рис. 2). В современных котельных агрегатах при установке пароперегревателей широко применяется свободное — на верхнем креплении — подвешивание змеевиков. Такой метод не требует установки опорных балок.

Рис. 2. Крепление труб пароперегревателя в коллекторах:

а — овальный коллектор; б — круглый коллектор.

При использовании малозольного топлива применяется горизонтальное расположение змеевиков пароперегревателя (рис. 3) Такое расположение лучше обеспечивает спуск воды из пароперегревателя при остановке котла, но требует для подвешивания змеевиков в газоходах устройства специальных подвесок или чугунных футерованных кирпичом балок и стяжных болтов, соединяющих параллельные змеевики в жесткий пакет.

Рис. 3. Горизонтальное расположение пароперегревателя.

Конструкция подвесок для змеевиков и деталей для крепления пакетов должна обеспечить свободное удлинение отдельных змеевиков и механическую прочность подвесок в условиях высоких температур. Подвески и детали, соединяющие змеевики, изготовляют из жароупорной стали.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector