Что такое пароперегреватель котла
Пароперегреватель котла: для чего нужен, принцип работы и разновидности устройства
Чтобы повысить КПД, используется пароперегреватель котла. Особенности конструкции устройства помогают поднять уровень температурных показателей парообразных масс до критического максимума, что оказывает положительное влияние на эффективность установки.
Конструкция пароперегревателя и для чего нужен
Пароперегреватель котла это устройство, основной задачей которого является перегрев пара выше точки насыщения. Такая особенность дает возможность поднять полезность от использования паровой машины.
Пароперегреватель представляет собой систему змеевиков, собранных в единую конструкцию. Для сборки применяют трубы небольшого диаметра. С обеих сторон металлических змеевиков располагают коллекторы, объединяющие трубы в единую конструкцию.
Различаются два типа сечения труб, используемых при конструировании коллекторов – прямоугольные и круглые. Помимо этого, по способу сборки их распределяют на:
Для повышения эффективности эксплуатации установка пароперегревателя парового котла производится в топочном отделе или газоходе котла, подвергаясь прямому нагреву. При таком способе использования повышается риск образования накипи на внутренних стенках трубопровода.
Чтобы снизить ее образование, пароперегреватель прямоточного котла расположен после паросепараторов. Каждый котел, благодаря этому изделию, может отделять мелкие частицы воды. Если этого не сделать, наслоения накипи будут способствовать перегреву и выгоранию отдельных частей парового устройства.
Первоочередное требование, предъявляемое к работе пароперегревателя, – промышленные паровые котлы должны быть герметичными. Это позволит снизить риск проникновения пара в газоходные каналы. Чтобы получить максимально герметичное соединение, змеевики на концах подвергают развальцовке внутри коллекторной трубы. Противоположная стенка коллектора имеет специальные люки, приспособленные для выполнения герметизации.
Внимание! Мощность котла определяет количество змеевиков в пароперегревателе.
Монтаж большого количества змеевидных отводков требует подготовки множества дополнительных отверстий, которые понижают прочностные качества коллектора. Поэтому при необходимости повышения мощности пароперегревателя монтируют дополнительные коллекторы, чтобы иметь возможность установки еще нескольких змеевиков.
Если котельное оборудование при его эксплуатации образует небольшое количество зольных остатков, расположение реберных отводков пароперегревателя может быть горизонтальным. Остальные варианты требуют вертикального расположения труб.
Проблемными участками устройства являются перемычки между реберными трубами. Эти места подвержены быстрой зашлаковке. Процесс чистки имеет свои сложности из-за затрудненности доступа к перемычкам.
Крепление прибора осуществляется на специализированные подвески с таким учетом, чтобы при расширении труб оставалось свободное пространство. В качестве подвесок используются специальные металлические изделия, выполненные из устойчивого к температурному расширению материала.
Принцип работы устройства
Работа паропрогревателя основана на нагреве пара продуктами сгорания. Вода, подаваемая в отдельно расположенную емкость, подвергается постоянному нагреву, в результате чего она переходит в парообразное состояние. Пар перемещается по трубам змеевика, где омывается горячими продуктами сгорания, смешанными с воздушными массами для более простого продвижения. В зависимости от необходимого количества получаемого разогретого пара, в камеру может быть установлено от одного до нескольких пароперегревателей.
Камера, где производится нагрев, имеет вход для продуктов сгорания и выход отработавших газов. Высота температуры перегретого пара зависит от направления его движения по отношению к продуктам горения. Так, если в системе установлены противоточные пароперегреватели, то выходная продукция имеет наибольшие показатели температуры.
Пароперегреватели
Назначение и область применения
Пароперегреватель — устройство, предназначенное для получения перегретого пара с температурой выше, чем температура насыщения в барабане котла при том же давлении, что и в котле. Он является одним из наиболее ответственных элементов котельного агрегата, так как температура пара в нем достигает наибольших значений и металл перегревателя работает в условиях, близких к предельно допустимым. Змеевики пароперегревателя и коллекторы, выполненные из углеродистой стали, могут работать при температурах перегрева до 425 °С. В свою очередь, насыщенный перегретый пар значительно повышает коэффициент полезного действия котла.
По назначениям пароперегреватели делятся на основные, в которых перегревается пар высокого давления или сверх критического давления (СКД); промежуточные, в которых перегревается пар, частично отработавший в турбине.
Типы пароперегревателей:
Пароперегреватели по способу тепловосприятия подразделяются:
1. Конвективные пароперегреватели (располагаются в конвективном газоходе и получают теплоту конвекцией).
2. Радиационные пароперегреватели (устанавливаются на стенах топочной камеры и получают теплоту радиацией).
3. Ширмовые пароперегреватели, радиационно-конвективные (располагаются в верхней части топки и частично в горизонтальном газоходе между радиационными и конвективными поверхностями нагрева).
В котельных агрегатах низкого и среднего давлений используются конвективные пароперегреватели с вертикальным или горизонтальным расположением труб.
Для получения пара с температурой перегрева более 500 °С применяют ширмовые, комбинированные пароперегреватели, т.е. такие, в которых тепловосприятие в одной части поверхности происходит за счет излучения, а в другой — путем конвекции. Радиационная часть поверхности нагрева такого пароперегревателя расположена в виде ширм непосредственно в верхней части топочной камеры.
Устройство и принцип действия
1. Конвективные пароперегреватели
В зависимости от направления движения потоков пара и продуктов сгорания в пакетах конвективных пароперегревателей различают три схемы движения потоков:
Направление движения греющей и нагреваемой среды у прямоточного пароперегревателя совпадают, а у противоточного направлены в противоположные стороны.
Рис. 1 – 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.
По схеме противотока работают только конвективные поверхности, омываемые газами температурой не выше 600 – 850 °С в зависимости от качества металла.
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.
В смешанной схеме взаимного движения пара и продуктов сгорания достигаются оптимальные условия надежности и умеренной стоимости конвективного пароперегревателя.
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.
Рис. 2 – 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.
2. 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.
3. Ширмовые пароперегреватели
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, так как их тепловосприятие складывается из значительной доли радиационного излучения от ядра факела и раскаленных газов в объеме между ширмами и доли конвективного теплообмена.
Газы омывают ширмы продольно-поперечным потоком со скоростью 5 – 8 м/с.
Ширмовые перегреватели обычно получают 20 – 40% всего тепловосприятия пароперегревателя.
Ширмы могут изготавливаться из плавниковых труб. Они меньше шлакуются и легче очищаются от наружных загрязнений.
Пароперегреватели котлов
Получение перегретого пара из сухого насыщенного осуществляется в пароперегревателе отопительного котла. Пароперегреватель — один из наиболее ответственных элементов отопительного котла, так как из всех поверхностей нагрева он эксплуатируется в наиболее тяжелых температурных условиях. Змеевики пароперегревателя и коллекторы, выполненные из углеродистой стали, могут работать при температурах перегрева до 425 оС.
По способу тепловосприятия пароперегреватели подразделяются на конвективные, радиационно-конвективные и радиационные. В отопительных котлах низкого и среднего давлений используются конвективные пароперегреватели с вертикальным или горизонтальным расположением труб. Для получения пара с температурой перегрева более 500 °С в отопительных котлах применяют комбинированные пароперегреватели, т.е. такие, в которых тепловосприятие в одной части поверхности происходит за счет излучения, а в другой — путем конвекции. Радиационная часть поверхности нагрева пароперегревателя расположена в виде ширм непосредственно в верхней части топочной камеры.
В зависимости от направления движения газов и пара различают три основные схемы включения пароперегревателя в газовый поток: прямоточную (а) — газы и пар движутся в одном направлении; противоточную (б) — газы и пар движутся в противоположных направлениях; смешанную (в) — в одной части змеевиков пароперегревателя газы и пар движутся прямоточно, а в другой — в противоположных направлениях.
В случае прямоточной схемы пароперегревателя в отопительном котле наиболее высокая температура газов соответствует области наиболее низкой температуры пара. В принципе это должно обеспечивать низкие температуры металла пароперегревателя, однако при наличии капель котловой воды, поступающих с насыщенным паром из сепарационных устройств барабана, соли, содержащиеся в данных каплях, будут осаждаться на первых рядах змеевиков, приводя к резкому повышению температуры металла. Кроме того, при такой схеме движения теплоносителей температурный напор (усредненная по поверхности разность температур греющей и нагреваемой сред) минимален, что требует увеличения необходимой поверхности пароперегревателя.
При противоточной схеме движения в отопительном котле змеевики, обогреваемые продуктами горения с наиболее высокой температурой, встречают уже перегретый пар и охлаждаются при этом недостаточно. В результате, несмотря на то, что металл змеевиков пароперегревателя работает в наиболее тяжелых температурных условиях, температурный напор в этой схеме максимальный, а необходимая поверхность теплообмена минимальна, что позволяет делать пароперегреватели с такой схемой движения весьма компактными.
Оптимальной по условиям надежности работы является смешанная схема включения пароперегревателя, при которой первая по ходу пара часть пароперегревателя выполняется противоточной, а завершение перегрева пара происходит во второй его части при прямоточном движении теплоносителей. При этом в части змеевиков, расположенных в области наибольшей тепловой нагрузки пароперегревателя (в начале газохода), будет умеренная температура пара, а завершение процесса его перегрева происходит при меньшей тепловой нагрузке. Соотношение противоточной и прямоточной частей пароперегревателя выбирается из условия одинаковых температур металла в начале и в конце змеевика его прямоточной части.
Вертикальный конвективный пароперегреватель обычно устанавливают в горизонтальном соединительном газоходе между топкой и конвективной шахтой котла. Такой пароперегреватель изготовляют из цельнотянутых труб внутренним диаметром 20. 30 мм, образующих змеевики, ввальцованные или приваренные к круглым коллекторам. Насыщенный пар из барабана (1) котла по потолочным трубам поступает в змеевики первой ступени пароперегревателя. На этой ступени пар вначале движется противоточно, а затем прямоточно по отношению к дымовым газам. Из первой ступени частично перегретый пар направляется в промежуточный коллектор (4), в котором расположен поверхностный пароохладитель (регулятор перегрева пара). В змеевики регулятора перегрева пара подается питательная вода, а в межтрубное пространство — пар, который частично охлаждается, омывая более холодные поверхности труб.
Регулирование перегрева пара осуществляется изменением количества питательной воды, пропускаемой через пароохладитель. Из регулятора перегрева пара пар поступает в змеевики (10) второй ступени пароперегревателя, в которой движется сначала противоточно, а затем противоточно по отношению к газовому потоку. Перегретый пар из второй ступени пароперегревателя направляется в выходной коллектор (3), на котором установлена главная паровая задвижка (2).
Змеевики пароперегревателя с помощью подвесок (6) подвешиваются к потолочным балкам (5). Заданное расстояние между отдельными змеевиками поддерживается с помощью дистанционных планок (8) и дистанционных гребенок (9).
Температуру пара в котлах с давлением до 2,4 МПа не регулируют, а в котлах с давлением 3,9 МПа и выше регулируют следующими способами: впрыском конденсата в пар; в поверхностных пароохладителях; с помощью газового регулирования путем изменения расхода продуктов горения через пароперегреватель либо перемещения положения факела в топке с помощью поворотных горелок.
Пароперегреватель должен быть оборудован манометром, предохранительным клапаном, запорным вентилем для отключения пароперегревателя от паровой магистрали, прибором для измерения температуры перегретого пара.
Пароперегреватель
Полезное
Смотреть что такое «Пароперегреватель» в других словарях:
пароперегреватель — пароперегреватель … Орфографический словарь-справочник
Пароперегреватель — паровоза. Вид спереди (со стороны выхода дымовых газов) … Википедия
ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ — элемент парового котла, повышающий температуру пара сверх температуры насыщения (для увеличения кпд паросиловой установки). Состоит из стальных труб, укрепляемых на потолке топки (радиационные пароперегреватели), на выходе из топки (ширмовые) и в … Большой Энциклопедический словарь
ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ — ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ, пароперегревателя, муж. (тех.). Прибор для получения перегретого пара. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ — (Steam superheater) часть парового котла, в которой происходит перегрев насыщенного или влажного пара до требуемой температуры. П. состоит из двух или более коллекторов, к которым присоединен вальцовкой или сваркой ряд стальных трубок, сообщающих … Морской словарь
ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ — дополнительная установка к паровому котлу, служащая для осушения и перегрева влажного насыщенного пара, поступающего из котла. В котлах паровозов применяют след. типы П.: 1) жаротрубные, в к рых элементы П. помещаются в жаровых трубах; 2)… … Технический железнодорожный словарь
пароперегреватель — сущ., кол во синонимов: 1 • пароподогреватель (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
пароперегреватель — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN superheaterSH … Справочник технического переводчика
пароперегреватель — я; м. Устройство для получения перегретого пара. Радиационные пароперегреватели. Ширмовые пароперегреватели. * * * пароперегреватель элемент парового котла, повышающий температуру пара сверх температуры насыщения (для увеличения кпд паросиловой… … Энциклопедический словарь
Пароперегреватель — 47. Пароперегреватель устройство, предназначенное для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле. Источник: Постановление Госатомнадзора РФ N 4, Госгортехнадзора РФ N 98 от 19.06.2003 Об утверждении… … Официальная терминология
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.