Паровой котёл — устройство, которое используется в быту и промышленности. Оно предназначено для превращения воды в пар. Полученный пар в дальнейшем применяют для обогрева жилья или вращения турбомашин. Какие бывают паровые машины и где они наиболее востребованы?

Паровой котёл — агрегат для производства пара. При этом устройство может давать 2 вида пара: насыщенный и перегретый. Насыщенный пар имеет температуру 100ºC и давление 100 кПа. Перегретый пар отличается повышенной температурой (до 500ºC) и высоким давлением (больше 26 МПа).

Примечание: Насыщенный пар используют в отоплении частных домов, перегретый — в промышленности и энергетике. Он лучше переносит тепло, поэтому использование перегретого пара повышает КПД работы установки.

Где используются паровые котлы:

1. В отопительной системе — пар является энергоносителем.
2. В энергетике — используются промышленные паровые машины (парогенераторы) для получения электроэнергии.
3. В промышленности — перегретый пар может быть использован для преобразования в механическое движение и перемещения транспортных средств.

Паровые котлы: сфера применения

Бытовые паровые устройства используются в качестве источника тепла для отопления дома. Они подогревают ёмкость с водой и гонят образовавшийся пар в трубы отопления. Часто такую систему обустраивают вместе с угольной стационарной печью или котлом. Как правило, бытовые приборы для отопления паром создают только насыщенный, неперегретый пар.

Для промышленного применения пар перегревают. Его продолжают греть после испарения, чтобы ещё больше поднять температуру. Такие установки требуют качественного исполнения, чтобы предупредить взрыв паровой ёмкости.

Перегретый пар из котла может расходоваться на образование электричества или механическое движение. Как это происходит? После испарения пар попадает в паровую турбину. Здесь поток пара вращает вал. Это вращение в дальнейшем перерабатывается в электричество. Так получают электрическую энергию в турбинах электростанций — при вращении вала турбомашин образуется электрический ток.

Кроме образования электрического тока, вращение вала может передаваться непосредственно на двигатель и на колёса. В результате чего паровой транспорт приходит в движение. Известный пример паровой машины — паровоз. В нём при сжигании угля нагревалась вода, образовывался насыщенный пар, который вращал вал двигателя и колёса.

Принцип работы парового котла

Источником тепла для нагрева воды в паровом котле может быть любой вид энергии: солнечная, геотермальная, электрическая, тепло от сгорания твёрдого топлива или газа. Образующийся пар является теплоносителем, он переносит тепло сгорания топлива к месту его применения.

В различных конструкциях паровых котлов используется общая схема подогрева воды и её превращения в пар:

• Вода очищается и подаётся в резервуар с помощью электронасоса. Как правило, резервуар расположен в верхней части котла.
• Из резервуара по трубам вода стекает вниз в коллектор.
• Из коллектора вода поднимается снова вверх через зону нагрева (горения топлива).
• Внутри водной трубы образуется пар, который под действием разницы давлений между жидкостью и газом поднимается вверх.
• Вверху пар проходит через сепаратор. Здесь он отделяется от воды, остатки которой возвращаются в резервуар. Дальше пар поступает в паропровод.
• Если это не простой паровой котёл, а парогенератор, то его трубы вторично проходят через зону горения и нагрева.

Устройство парового котла

Паровой котёл представляет собой ёмкость, внутри которой нагретая вода испаряется и образует пар. Как правило — это труба различного размера.

Кроме трубы с водой, в котлах имеется топочная камера (в ней сгорает топливо). Конструкция топки определяется видом топлива, для которого сконструирован котёл. Если это твёрдый уголь, дрова, то внизу топочной камеры есть колосниковая решётка. На ней располагают уголь и дрова. Снизу через колосники в топочную камеру проходит воздух. Для эффективной тяги (движения воздуха и горения топлива) вверху топки устраивают .

Если энергоноситель — жидкий или газообразный (мазут, газ), то в топочную камеру вводят горелку. Для движения воздуха также делают вход и выход (колосниковую решётку и дымоход).

Горячий газ от сгорания топлива поднимается к ёмкости с водой. Он нагревает воду и выходит через дымоход. Нагретая до температуры кипения вода начинает испаряться. Пар поднимается вверх и поступает в трубы. Так происходит естественная циркуляция пара в системе.

Классификация паровых котлов

Паровые котлы классифицируют по нескольким признакам. По виду топлива, на котором они работают:

• газовые;
• угольные;
• мазутные;
• электрические.

По предназначению:

• бытовые;
• промышленные;
• энергетические;
• утилизационные.

По конструктивным особенностям:

• газотрубные;
• водотрубные.

Давайте рассмотрим, чем отличается конструкция газотрубных и водотрубных машин.

Газо- и водотрубные котлы: отличия

Емкость для образования пара часто представляет собой трубу или несколько труб. Воду в трубах обогревают горячие газы, образующиеся при сгорании топлива. Устройства, в которых газы поднимаются к трубам с водой, называют газотрубными котлами. Схема газотрубного агрегата приведена на рисунке.

Схема газотрубного котла: 1- подвод топлива и воды, 2 — топочная камера, 3 и 4 — дымогарные трубы с горячим газом, который выходит дальше через дымоход (позиции 13 и 14 — дымоход), 5 — решётка между трубами, 6 — вход воды, выход обозначен цифрой 11 — её выход, кроме того на выходе есть устройство для измерения количества воды (обозначено цифрой 12), 7 — выход пара, зона его образования обозначено цифрой 10, 8 — сепаратор пара, 9 — наружная поверхность ёмкости, в которой циркулирует вода.

Есть другие конструкции, в которых газ двигается по трубе внутри ёмкости с водой. В таких устройствах водные ёмкости называют барабанами, а сами устройства — водотрубными паровыми котлами. В зависимости от расположения барабанов с водой, водотрубные котлы классифицируют на горизонтальные, вертикальные, радиальные, а также комбинации различных направлений труб. Схема движения воды по водотрубному котлу приведена на рисунке.

Схема водотрубного котла: 1- подвод топлива, 2 — топка, 3 — трубы для движения воды; направление её движения обозначено цифрами 5,6 и 7, место входа воды — 13, место выхода воды — 11 и место слива — 12, 4 — зона, где вода начинает превращаться в пар, 19 — зона, где есть и пар, и вода, 18 — зона пара, 8 — перегородки, которые направляют движение воды, 9 — дымоход и 10 — дымовая труба, 14 — выход пара через сепаратор 15, 16 — наружная поверхность ёмкости для воды (барабан).

Газо- и водотрубные котлы: сравнение

Для сравнения газо- и водотрубных котлов приведём некоторые факты:

1. Размер труб для воды и пара: у газотрубных котлов трубы — больше, у водотрубных — меньше.
2. Мощность газотрубного котла ограничена давлением 1 МПа, и теплообразующей способностью — до 360 кВт. Это связано с большим размером труб. В них может образовываться значительное количество пара и высокое давление. Увеличение давления и количества образуемой теплоты требует значительного утолщения стенок. Цена такого котла с толстыми стенками будет неоправданно высока, экономически не выгодна.
3. Мощность водотрубного котла — выше, чем газотрубного. Здесь используются трубы небольшого диаметра. Поэтому давление и температура пара могут быть больше, чем в газотрубных агрегатах.

Примечание: Водотрубные котлы безопаснее, мощнее, производят высокую температуру и допускают значительные перегрузки. Это даёт им преимущество перед газотрубными агрегатами.

Дополнительные элементы агрегата

В конструкцию парового котла могут входить не только топочная камера и трубы (барабаны) для циркуляции воды и пара. Дополнительно используются устройства, которые увеличивают эффективность работы системы (поднимают температуру пара, его давление, количество):

1. Пароперегреватель — повышает температуру пара выше +100ºC. Это в свою очередь повышает экономичность и КПД работы машины. Температура перегретого пара может достигать 500 ºC (так работают паровые котлы в атомных станциях). Пар дополнительно нагревается в трубах, в которые он поступает после испарения. При этом он может иметь собственную топочную камеру или быть встроен в общий паровой котёл. Конструктивно различают конвекционные и радиационные пароперегреватели. Радиационные конструкции нагревают пар в 2-3 раза сильнее, чем конвекционные.
2. Сепаратор пара — удаляет из пара влагу и делает его сухим. Этим увеличивается эффективность работы устройства, его КПД.
3. Паровой аккумулятор — устройство, которое отбирает из системы пар, когда его много, и добавляет его в систему, когда его недостаточно, мало.
4. Устройство для подготовки воды — снижает количество растворённого в воде кислорода (что предупреждает коррозию), убирает растворённые в воде минералы (химическими реагентами). Эти меры предупреждают засорение труб накипью, которая ухудшает теплоотдачу и формирует условия для прогорания труб.

Кроме того, есть клапаны для слива конденсата, воздухоподогреватели, и обязательно — система контроля и управления. В неё входят включатель и выключатель горения, автоматические регуляторы расхода воды, топлива.

Парогенератор: мощная паровая машина

Парогенератор — это паровой котёл, который снабжён несколькими дополнительными устройствами. В его конструкцию входят один или несколько промежуточных пароперегревателей, которые увеличивают мощность его работы в десятки раз. Где используются мощные паровые машины?

Главное применение парогенераторы нашли в атомных электростанциях. Здесь с помощью пара энергия распада атома преобразуется в электричество. Опишем два способа подогрева воды и образования пара в реакторе:

1. Вода омывает корпус реактора снаружи, при этом она нагревается сама и охлаждает реактор. Таким образом, образование пара происходит в отдельном контуре (вода нагревается о стенки реактора и передаёт тепло в испарительный контур). В такой конструкции используется парогенератор — он выполняет роль теплообменника.
2. Трубы для нагрева воды проходят внутри реактора. При подаче труб в реактор он становится топочной камерой, а пар передаётся непосредственно в электрогенератор. Такая конструкция получила название кипящего реактора. Здесь парогенератор не нужен.

Промышленные паровые агрегаты — мощные машины, которые обеспечивают людей электричеством. Бытовые агрегаты — также работают на службе человека. Паровые котлы позволяют обогревать дом и выполнять различную работу, а также дают львиную долю электрической энергии для металлургических заводов. Паровые котлы — основа промышленности.

Цилиндрическая часть котла является продолжением топки и состоит из нескольких (обычно из трех) склепанных или сваренных между собой стальных барабанов. В ней размещают дымогарные и жаровые трубы. Материалом для барабанов служит котельная сталь. Толщина листов до 20 мм. Соединяются барабаны между собой несколькими способами:

а) ступенчатым, причем диаметр среднего барабана меньше диаметров двух крайних;

б) телескопическим, когда барабаны последовательно вставлены один в другой;

в) сварным — барабаны имеют один диаметр и приставляются встык один к другому (рис. 14).

В передней части цилиндрической части установлена передняя трубная решетка, которая предназначена для укрепления в ней передних концов дымогарных и жаровых труб. На современных паровозах передняя трубная решетка представляет собой диск, который вырезан из котельного железа. Передняя решетка крепится в барабане заклепочным или сварным швом (рис. 15).

На втором барабане установлен паровой колпак. Горячие газы из огневой коробки по трубам протекают в дымовую камеру, отдавая при этом часть своего тепла воде, которая омывает трубы снаружи, и пару, протекающему по элементам пароперегревателя.

Пар, который образовался в котле, поднимается в верхнее не заполненное водой паровое пространство и паровой колпак. Высота парового пространства составляет 1/5 —1/7 диаметра котла. Чем больше паровое пространство, тем равномернее происходит процесс отбора пара из котла и спокойнее парообразование, следовательно, суше отбираемый пар.

Теплопередача в цилиндрической части котла менее интенсивна, чем в огневой коробке. Это связано с тем, что разность температур газов в топке и воды в котле выше, чем в трубчатой части. В топке тепло передается лучеиспусканием, а в трубчатой части за счет конвекции, т. е. соприкосновения горячих газов со стенками труб.

Дымогарные (рис. 16) и жаровые трубы служат для отвода продуктов сгорания из топки паровоза и одновременно образуют поверхность нагрева котла. Жаровые трубы служат также для размещения в них элементов пароперегревателя. Дымогарные и жаровые трубы изготовляют цельнотянутыми, бесшовными из малоуглеродистой стали. Для укрепления труб в решетках котла сверлят цилиндрические отверстия. При этом в передних решетках диаметры отверстий делают на 3—4 мм больше наружного диаметра труб, чем облегчается постановка и удаление труб во время ремонта. В задних же трубных решетках отверстия для труб делают меньше их наружного диаметра: у дымогарных—на 9—11 мм, а у жаровых — на 9—20 мм.

Перед постановкой труб в котел передние концы их раздают, а задние обжимают до размеров отверстий в трубных решетках. Обжатие задних концов труб улучшает циркуляцию воды у поверхности задней трубной решетки и позволяет лучше очищать ее от накипи при промывках котла. Раздача и обжатие отверстий для дымогарных и жаровых труб в передней и задней трубных решетках производятся с таким расчетом, чтобы трубы в котле расходились веером в сторону передней решетки вверх и в стороны от вертикальной оси. Это необходимо для того, чтобы обеспечить более свободное размещение труб в котле и улучшить выход газов из огневой коробки. Кроме того, из-за большего диаметра труб в передней части для их расположения требуется больше места.

Перед постановкой в котел дымогарные и жаровые трубы со стороны задней решетки обжимают двухступенчатым способом, а со стороны передней решетки раздают. Подробно о приемах обжатия, раздачи и применяемых инструментах будет сказано в разделе о ремонте паровозного котла.

Для лучшего укрепления концов дымогарных и жаровых труб в отверстия задней решетки ставят медные прокладные кольца и развальцовывают их, потом в отверстия вводят концы труб, которые также развальцовывают (рис. 17).

Затем концы труб, выходящие из решетки, отгибают на 45° и отбортовывают. Далее борты труб приваривают к решетке (рис. 18), когда котел наполнен подогретой до t = 40-60° С водой.

В передней решетке трубы устанавливают без медных прокладных колец, не отбортовывают и не обваривают; выступающие передние концы дымогарных и жаровых труб развальцовывают и отгибают на конце.

Дымогарные трубы на большинстве современных паровозов располагают в шахматном порядке по вершинам ромба вертикальными рядами, кроме того, их размещают между рядами жаровых труб и по краям решетки.

Паровой колпак (рис. 19) представляет собой резервуар, который является наивысшей точкой парового пространства, служит сборником наиболее сухого пара и установлен на втором барабане цилиндрической части котла. Из парового колпака пар отбирается в паровую машину. На паровозах Эм, паровой колпак изготовлялся клепаным, на паровозах, Э р изготовлен штампованным на прессе из цельного листа котельной стали толщиной от 15 до 20 мм. Сверху паровой колпак закрывают крышкой, которая ставится на медном прокладном кольце и укрепляется с помощью шпилек и гаек.

В целях уменьшения потерь от внешнего охлаждения паровозный котел, за исключением дымовой коробки, покрыт слоем теплоизоляции. Для изоляции паровозного котла применяют асбест, диатомит и известь, которые обладают низкой теплотворной способностью. Теплоизоляционный материал делают в виде плит толщиной от 40 до 60 мм. Крепят плиты к котлу с помощью проволочного каркаса, а зазоры между решетками заделывают вулкани-товой обмазкой.

Перед покрытием изоляционным материалом поверхность котла окрашивают. На наружную поверхность топки сначала наносят асбестовую подмазку, а затем кладут вулканитовые асбоцементные плиты. В местах, где нельзя уложить плиты, накладывают слой изоляционной обмазки при давлении пара в котле 0,2— 0,3 МПа.

Поверх изоляционного слоя паровозный котел покрывается обшивкой из листового железа толщиной до 1,5 мм. Обшивка котла защищает изоляционный слой от повреждения. Крепят обшивку стойками, приваренными к стенкам котла, а затем поясами из полосового железа и винтами.

Дымовая коробка (рис. 20) предназначена для размещения в ней конуса, паровпускных и паровыпускных труб, искрогасительтелных приборов, коллектора, пароперегревателя и сифона, а также является камерой, где образуется разрежение, необходимое для создания притока воздуха к колосниковой решетке и для интенсивного сгорания топлива.

Размеры дымовой коробки должны быть достаточными для размещения указанных элементов и, кроме того, оставался бы необходимый свободный объем для прохода газов и создания равномерной тяги.

Дымовая коробка —это сварная или клепаная конструкция и состоит из двух листов: верхнего толщиной 13 мм и нижнего толщиной 17 мм, образующих цилиндрический барабан. Нижняя часть дымовой коробки изготовлена из более толстых листов для придания опорной части котла прочности и жесткости. Для предупреждения коробления и прогорания нижнего листа дымовой коробки от скопления внизу ее изгари к нему приклепывается или приваривается предохранительный лист толщиной до 20 мм.

Спереди дымовая коробка закрыта фронтонным листом или передней стенкой, в которой имеется дверца диаметром до 1500 мм для производства текущего ремонта и осмотра размещенного в нем оборудования.

Для очистки дымовой коробки от изгари внизу устроена мусороочистительная труба 16 диаметром 180 мм с задвижкой, заключенной между фланцами трубы.

Дымовая коробка паровозов Л, Е а,м, Э р оборудована самоочищающимся искрогасительным устройством, где отводящие из дымогарных и жаровых труб газы, ударяясь о вертикальный отражательный щит, создают вихревое движение и, проходя через искрогасительную сетку, направляются в дымовую трубу. Крупные частицы изгари отбиваются от сетки и подвергаются дальнейшему размельчению в общем потоке газов, в результате чего поток газов как бы выметает мелкие частицы изгари.

Дымовая труба 5 установлена наверху дымовой коробки и служит для отвода продуктов сгорания и отработавшего пара в атмосферу.

Нижняя часть трубы, которая расположена в дымовой коробке, соединяется с расширяющимся книзу раструбом 3 для направления струн отработавшего пара и продуктов сгорания топлива. В барабане дымовой коробки предусмотрены специальные вырезы для установки дымовой трубы, конуса, паровпускных и паровыпускных труб.

Объем дымовой коробки влияет на пульсацию газов при выхлопах пара из конуса: чем больше объем, тем меньше пульсация, тем более равномерное горение топлива.

Дымовая коробка соединяется призониыми болтами с седлообразным фланцем цилиндрового блока и служит жестким креплением котла с рамой паровоза.

В дымовой коробке создается искусственная тяга газов за счет выпуска отработавшего пара в паровой машине через конус и дымовую трубу, поэтому герметичность камеры имеет исключительно важное значение.

Разгерметизация дымовой коробки определяется следующим образом: открывают сифон на полную мощность и с помощью факела обходят места возможного подсоса воздуха через неплотности. Такие места отмечают мелом и при ремонте паровоза устраняют с помощью заварки и замены неисправных болтов и деталей. Для герметизации большой дверцы между ней и обвязочным угольником дымовой коробки прокладывают асбестовый картон. Чтобы не было подсоса наружного воздуха в дымовую коробку, неплотности между парорабочими трубами и кромками отверстий в дымовой камере уплотняют стальными заделками с асбестовыми прокладками.

Плотность соединений паровпускных труб и элементов пароперегревателя с коллектором проверяют на горячем паровозе пуском пара, так как пропуск его ухудшает разрежение в дымовой коробке. Хорошая герметичность дымовой коробки способствует интенсивному горению топлива, экономному расходованию его и высокой паропроизводительности котла паровоза.

Здравствуйте! В зависимости от конструктивных особенностей парообразующих поверхностей нагрева различают газотрубные и водотрубные котельные агрегаты.

Газотрубный котлоагрегат представляет собой цилиндрический барабан, внутри которого параллельно оси размещаются 1-2 трубы диаметром d = 0,6-1 м (жаротрубные котлы) или большое количество труб малого диаметра d = 50-60 мм (котлы с дымогарными трубками). Дымовые газы из топки поступают внутрь труб, которые снаружи омываются кипящей водой. Образующийся водяной пар из верхней части барабана направляется в пароперегреватель или непосредственно потребителю. Эти котлоагрегаты имеют ряд существенных недостатков (большой удельный расход металла, ограниченная производительность, низкие параметры пара), поэтому применяются относительно редко.

Водотрубные котлы представляют собой водотрубные теплообменники с естественной или принудительной циркуляцией. Процесс парообразования в них происходит внутри труб, которые снаружи обогреваются дымовыми газами. Котлы с естественной циркуляцией выполняются главным образом в виде вертикально — водотрубных конструкций.

Особенностью этих установок является наличие одного или нескольких барабанов, к которым присоединяют вертикальные изогнутые трубы, образующие испарительные поверхности нагрева. Эти котлы имеют небольшой расход металла на единицу паропроизводительности и высокие параметры пара. На рис. 1. показан двухбарабанный вертикально — водотрубный котел ДКВР-2,5-13 с камерной топкой для сжигания природного газа.

Паропроизводительность котла 2,5 т/ч, давление пара 1,3 МПа, температура перегретого пара 350 °С.

Котлы этого типа имеют производительность от 2,5 до 35 т/ч, их устанавливают в котельных промышленных предприятий. Котел имеет верхний барабан 1 и нижний барабан 3, которые соединены вертикальными кипятильными трубами 2. В топочной камере 5 расположены два боковых экрана, которые образованы кипятильными трубами 6, соединяющими верхний барабан с нижними боковыми коллекторами 4.

Котельный агрегат высокого давления ПК-19 (паропроизводительность 120 т/ч, давление пара 10 МПа, температура пара 510 °С) предназначен для работы на антрацитовом штыбе и каменных углях (рис. 2.).

Особенность этого типа котлов состоит в том, что они имеют лишь один барабан с выносными циклонами для разделения воды и пара. Стены топки полностью покрыты экранными трубами.

Вода из барабана 1 и из выносных циклонов 2 опускается по трубам, расположенным снаружи обмуровки, в нижние коллекторы экранов. В конвективной шахте котельного агрегата, кроме двух ступеней водяного экономайзера 6, помещаются также две ступени воздухоподогревателя 7. Подаваемый вентилятором воздух проходит между трубами воздухоподогревателя последовательно через первую и вторую ступени, а газы - сверху вниз внутри труб. Подогретый воздух подается к горелкам, расположенным на боковых стенках топочной камеры. Сюда же вместе с первичным воздухом подается пыль из системы пылеприготовления.

Пароперегреватель котельного агрегата помещается в горизонтальном газоходе, соединяющем топку с конвективной шахтой. Пар из барабана котельного агрегата по трубам, идущим под потолочным перекрытием, направляется в пароохладитель 4 пароперегревателя 5, в котором за счет частичной конденсации пара питательной водой осуществляется регулирование температуры перегретого пара. Из пароохладителя пар поступает в змеевиковые трубы перегревателя и затем в выходной коллектор 3.

На рис. 3. представлена схема прямоточного двухкорпусного парогенератора сверхкритического давления марки ТПП-110 для блоков 300 тыс. кВт производительностью 950 т/ч с давлением пара 25 МПа, температурой перегретого пара 585 °С и промежуточным перегревом пара до 570 °С.

Котельный агрегат имеет П-образную компоновку и состоит из двух рядом стоящих корпусов, идентичных по размерам и конфигурации. Они отличаются один от другого только тем, что в одном корпусе размещена большая часть первичного пароперегревателя, а в другом- меньшая его часть и весь вторичный пароперегреватель.

Общая высота котлоагрегата составляет 50 м. Топка этого агрегата состоит из камеры горения 1 с жидким шлакоудалением и с футерованными экранами и из камеры догорания 2 с открытыми вертикальными экранами 3. Выйдя из топки, дымовые газы проходят через пароперегреватель, состоящий из радиационной части 4 и конвективной части 6, и далее через конвективные поверхности нагрева котла (переходную зону 7, водяной экономайзер 8 и воздухоподогреватель 9).

Пар, подлежащий вторичному перегреву, из турбины поступает в радиационную часть 4 вторичного пароперегревателя, расположенного во втором корпусе котлоагрегата, затем направляется в обогреваемый первичным паром теплообменник 5, предназначенный для регулирования температуры пара, далее в конвективную часть пароперегревателя 6 и в турбину. Дополнительное регулирование температуры перегретого пара осуществляется впрыскивающими пароохладителями, а также изменением распределения количества сжигаемого топлива по топкам обоих корпусов.

Крупным парогенератором является котельный агрегат типа ТПП-200 (таганрогский, прямоточный, пылеугольный, модель 200) паропроизводительностью 700 кг/с (2500 т/ч), спроектированный для сжигания пыли АШ или природного газа. Парогенератор предназначен для обеспечения паром турбоагрегата мощностью 800 МВт.

Основные данные технической характеристики котельного агрегата ТПП-200 (рис. 4.) следующие: давление пара 25 МПа, температура первичного перегрева пара 565 °С, вторичного - 570 °С, температура питательной воды 271 °С, расход топлива 75,5 кг/с.

Котлоагрегат выполнен из двух симметричных корпусов. Топочная камера каждого корпуса имеет призматическую форму и разделена по высоте пережимом, образованным трубами фронтового и заднего экранов, на две части: предтопок 1 и камеру охлаждения 3.

В нижней части - предтопке сжигается топливо, в верхней охлаждаются дымовые газы. На фронтовой и задней стенах предтопка в два ряда установлены 24 пылегазовые горелки 2. Объемное тепловое напряжение предтопка 460 кВт/м3, а всей топки - 160 кВт/м3. Все стены пред-топка и камеры охлаждения экранированы. В верхней части камеры охлаждения расположен ширмовой пароперегреватель высокого давления 5.

В каждом корпусе имеются четыре пароводяных потока. По ходу воды включены водяной экономайзер 4, разделительная стенка, подвесная система конвективной шахты и топочные экраны. Последние в свою очередь состоят из последовательно включенных поверхностей: подовых панелей, панелей нижней радиационной части, двухсветных топочных экранов и панелей верхней радиационной части.

Особенность данного парогенератора состоит в газовом регулировании температуры промежуточного перегрева пара с помощью байпасного газохода и последовательно-параллельном включении воздухоподогревателей. Конвективная шахта каждого корпуса в плане разделена на три параллельных газохода. В центральном газоходе (байпасном) расположены два пакета водяного экономайзера, а в боковых газоходах - последовательно по ходу газов конвективный пакет пароперегревателя высокого давления 6 и два пакета пароперегревателя низкого давления (промежуточного перегрева) 7.

В котлоагрегате предусмотрено жидкое шлакоудаление. Предварительная очистка газов от летучей золы производится в батарейных прямоточных циклонах, а окончательная - в электрофильтрах. Каркас котлоагрегата металлический. Обмуровка стен топочной камеры и конвективной шахты облегченная, многослойная.

Конструкция котельного агрегата разработана в блочном исполнении. Это означает, что на монтажную площадку поставляются заводские блоки, количество которых только для поверхностей нагрева составляет 856 штук при максимальной массе одного блока 24,7 т. Исп. литература: 1) Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Парогенераторы промышленных предприятий. –М.: Энергия, 1978. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.

Основным направлением деятельности ГК «КАНЕКС» является изготовление и поставка запасных частей к паровым котлам тепловых электростанций и другого котельно-вспомогательного оборудования и трубопроводов. Основными производственными площадками холдинга являются «Щекинский завод котельно-вспомогательного оборудования и трубопроводов», «Кыштымское машиностроительное объединение» и предприятие «Озерскхимпром».

Паровые котлы предназначены для работы в составе энергоблоков ТЭС и ТЭЦ. Срок службы узлов паровых котлов ограничен расчетным ресурсом и определяется условиями эксплуатации оборудования. Во время эксплуатации оборудования тепловых электростанций, периодически отдельные блоки и узлы котлов требуют замены. Это нормальная ситуация даже для самого высококачественного оборудования, ведь разные узлы могут иметь разный срок эксплуатации в силу объективных причин. Специально для таких случаев предприятия нашего холдинга выпускают запчасти и комплектующие для ремонта котлов, и предлагают различные варианты модернизации котельного оборудования.

Типы поставляемых комплектующих к паровым котлам:

1. Каркас котла.

Каркасом котлоагрегата называют металлическую конструкцию, воспринимающую нагрузку от барабана, поверхностей нагрева, обмуровки, площадок и лестниц и других элементов котельного агрегата и передающую ее на фундамент или на строительные кон­струкции здания. Каркас современного котлоагрегата большой паропроизводительности имеет сложную конструкцию и состоит из вертикальных колонн, соединяющих их горизонтальных ферм, балок и диагональных связей. Верх колонн соединяют опорная (хребтовая) балка и потолочное перекрытие. Почти все элементы каркаса: колонны, фер­мы, балки и связи соединяют сваркой, что обеспечивает устойчивость и прочность кар­каса. Только балки, могущие при тепловом расширении или изгибе создавать значитель­ные дополнительные напряжения в колоннах, свободно опираются на каркас и прикреп­ляются болтами через овальные отверстия.

2. Барабан котла.

В котле с естественной или принудительной циркуляцией образование пара происходит в барабане, который представляет собой цилиндрический сосуд диаметром до 1,8 м при толщине стенки до 100 мм и более и длине до 30 м. К барабану присоединено большое количество подъемных и опускных труб циркуляционного контура, подводится питательная вода и присоединяется пароперегреватель. Барабан крепят на каркасе котла с использованием роликовых опор, обеспечивающих свободное расширение барабана при нагревании. Устройства для сепарации пара размещаются внутри барабана.

3. Водоопускные трубы.

Служат для подачи воды в экранные трубы топки из барабана котла. Для изготовления водоопускных труб в основном применяют трубы стали марки 20 диаметром 83-159 мм.

4. Топочные экраны.

Являются составляющими элементами топочной камеры. Топочные экраны имеют одновременно двойное назначение: выполняют роль ограждающих поверхностей и поверхностей нагрева. Экраны котлоагрегатов выполняются обычно из гладких труб, соединенных при помощи сварки. Кроме того, что экраны воспринимают теплоту из топки, они защищают обмуровку стен топки от разрушающего влияния высокой температуры и химического воздействия жидкого шлака. Температура обмуровки за трубами экранов в современных котлоагрегатах не превышает 500 ⁰С, что позволяет облегчить обмуровку и увеличить срок ее службы. Трубы экранов современных котлоагрегатов высокого давления с естественной циркуляцией имеют наружный диаметр 60 мм, котлоагрегатов среднего давления - 83 мм, просвет между трубами - соответственно 4 и 19 мм. Концы экранных труб привариваются к штуцерам горизонтальных коллекторов круглого сечения, изготовляемых из толстостенных труб, или непосредственно к коллектору.

5. Потолочный пароперегреватель.

Является частью конструкции котла. Его относят к радиационным поверхностям нагрева, которые воспринимают теплоту от газов, главным образом за счет излучения. Выполняется из стальных труб диаметром 32-60 мм и толщиной стенки 4-6 мм.

Радиационная часть пароперегревателя, расположенная на стенах и потолке топочной камеры, воспринимает лучистую теплоту и по конструкции мало чем отличается от экранов - состоит из труб, приваренных к коллекторам круглого сечения. В каждой пане­ли радиационной части пароперегревателя пар движется по трубам сначала сверху вниз, а затем через нижний коллектор поступает в другие трубы, по которым направляется вверх. В нескольких местах по высоте труб устанавливают направляющие опоры, прикрепляемые к балкам каркаса; эти крепления не препятствуют вертикальному перемещению труб при изменении их температуры. Крепление горизонтальных потолочных труб также не должно препятствовать их тепловому удлинению. Эти трубы подвешиваются на тягах к потолочному перекрытию каркаса.

6. Ширмовой пароперегреватель.

Это устройство, предназначенное для нагрева пара до температуры сверх насыщения за счет восприятия радиационного тепла из топочной камеры. Конструктивно блок ШПП выполнен в виде многорядных пакетов (ширм), изготовленных из гнутых стальных труб (диаметр труб 32-38 мм), объединенных входной и выходной камерой.

Полурадиационная часть пароперегревателя (ширмы), расположенная в верхней части топки и в горизонтальном газоходе, воспринимает как лучистую теплоту за счет радиации, так и теплоту, передаваемую конвекцией.На пылеугольных котлоагрегатах устанавливают вертикальные ширмы, менее подверженные шлакованию, а на газомазутных - горизонтальные.

7. Конвективный пароперегреватель.

Это устройство, предназначенное для перегрева пара до необходимой температуры за счет восприятия конвективного тепла из топочной камеры. Конструктивно блок КПП представляет собой систему стальных труб (змеевиков), объединенных в входной и выходной камерой. КПП является одним из самых ответственных узлов котла и работает в тяжелых температурных условиях. В зависимости от выходных параметров перегретого пара КПП изготавливается из легированной или высоколегированной стали.

Конвективная часть пароперегревателя расположена в горизонтальном газоходе и в конвективной шахте. В котлоагрегатах среднего давления, в которых на перегрев пара расходуется только 20% всей теплоты, весь пароперегреватель размещается в горизонтальном газоходе.

8. Микроблоки.

Относятся к конвективной части котла и служат для перегрева пара до необходимой температуры за счет восприятия конвективного тепла из топочной камеры. Конструктивно микроблоки представляют собой систему стальных змеевиков объединенных, входной и выходной камерой. Обычно для изготовления микроблоков служат трубы стали марки 12Х1МФ, 12Х18Н12Т.

9. НРЧ, СРЧ, ВРЧ прямоточных котлов.

В прямоточных котлах принято различать в экранах нижнюю (НРЧ), среднюю (СРЧ) и верхнюю (ВРЧ) радиационные части. Для изготовления экранов прямоточных котлов обычно используют трубы с наружным диаметром 32, 38 и 42 мм. Применяют как панели с прямыми вертикальными трубами, так многопетлевые панели. Широкое распространение получили в современных прямоточных котлах одноходовые и многоходовые трубные панели. Нижняя радиационная часть (НРЧ), расположенная в зоне ядра факела, где следует особенно опасаться неравномерного обогрева отдельных труб, выполнена из одноходовых панелей. Верхние ярусы экранов (СРЧ, ВРЧ) имеют многоходовые панели.

10. Водяной экономайзер.

Это элемент котла, предназначенный для предварительного подогрева котловой воды за счет тепла уходящих дымовых газов. ВЭК представляет собой блочную конструкцию, состоящую из рядов пакетов змеевиков, входной и выходной камеры. В современных котлоагрегатах применяют водяные экономайзеры кипящего типа, в которых вода не только доводится до температуры кипения, но и частично превращается в насыщенный пар. Экономайзеры выполняют в виде трубных пакетов, устанавливаемых в конвективной шахте котлоагрегата по ходу дымовых газов за конвективным паропере­гревателем. Пакеты состоят из змеевиков, изготовляемых из труб наружным диаметром от 25 до 42 мм, привариваемых к штуцерам или непосредственно к коллектору.

11. Воздухоподогреватель.

Это устройство, предназначенное для предварительного подогрева воздуха, подаваемого в топку котла для повышения эффективности горения топлива, а соответственно повышения КПД котла. В котлах, работающих на пылевидном топливе, также происходит сушка горячим воздухом из ВЗП. Воздухоподогреватели делятся на два типа: рекуперативные (трубчатые) и регенеративные (вращающиеся).

11.1. Трубчатый воздухоподогреватель.

Трубчатый воздухоподогреватель состоит из отдельных элементов (кубов), в которых вертикальные прямые стальные трубы 51×1,5 или 40×1,5 мм, расположенные в шахматном порядке, приварены своими концами к горизонтальным трубным доскам. Внутри труб движутся дымовые газы, а между трубами в горизонтальном направлении проходит воздух. Обычно по ширине котлоагрегата устанавливают несколько колонок воздухоподогревателя, а по вертикали - по нескольку кубов. Из одного куба в другой воздух переходит по перепускным коробам. Для компенсации теплового расширения воздухоподогревателя устанавливают наружный линзовый компенсатор, привариваемый внизу к верхнему кубу, а вверху - к обшивочной раме. В воздухоподогревателях высотой более 3 м устанавливают дополнительно боковые компенсаторы между верхними трубными досками и наружными стенами конвективной шахты.

11.2. Регенеративный воздухоподогреватель.

На современных котлоагрегатах устанавливаются два или большее число аппаратов регенеративного воздухоподогревателя диаметром 6,8 или 9,8 м, включаемых параллель­но. Каждый аппарат регенеративного воздухоподогревателя состоит из: корпуса, цилиндрического ротора, медленно вращающегося вокруг вертикальной оси воздушных и газовых патрубков, подводящих и отводящих воздух и дымовые газы.

Находящиеся в роторе вертикальные стальные пластины при вращении ротора попе­ременно нагреваются проходящим между ними потоком дымовых газов, а затем в воз­душном потоке охлаждаются и отдают воздуху полученную ими ранее теплоту. Ротор со­стоит из большого числа клиновидных секций, содержащих вертикальные пластины, скрепленные рамкой. Форма пластин обеспечивает образование между ними щелей для прохода попеременно дымовых газов и воздуха. Электродвигатель приводит во вращение ротор через редуктор и цевочное колесо, которое представляет собой расположенные по окружности ротора вертикальные валики (цевки). Такое цевочное зацепление, не являясь жестким, может надежно работать при наличии некоторых неточностей в изготовлении ротора. Во избежание перетекания воздуха в дымовые газы аппарат имеет кольцевое периферийное уплотнение, кольцевое внутреннее уплотнение вокруг вертикального вала и радиальные уплотнения между газовым и воздушным коробами. Все эти уплотнения установлены как в верхних, так и в нижних частях ротора.

12. Конденсационная установка.

Конденсационные котлы работают по принципу, который был известен более ста лет назад. Эффективное использование этого метода началось совсем недавно. Появилась возможность применения при изготовлении котлов отопления сплавов, которые не подвержены коррозии, а также использования различных марок нержавеющей стали.

Вентилятор установлен перед горелкой, который высасывает из газопровода газ, смешивает с воздухом и направляет в горелку рабочую топливную смесь. Удаление дымовых газов осуществляется через коаксиальные дымоходы «труба в трубе», которые выполнены из термостойкого пластика. Управляемый автоматикой насос оптимизирует мощность системы отопления, экономит электроэнергию и снижает шум от циркулирующего в отопительной системе теплоносителя.

13. Пароперепускные трубы.

Являются трубными элементами, работающими под давлением. Изготавливаются из труб диаметром 108-133 мм. Марка применяемой стали и толщина стенки трубы зависят от тех параметров, при которых работает данная труба. Обычно для изготовления пароперепускных труб служат стали марок: 20, 12ХМФ, 12Х1МФ, 15ГС и им подобные.

14. Коллекторы.

Это элементы котла, предназначенные для сбора или раздачи рабочей среды, представляют собой стальную толстостенную сварную цилиндрическую конструкцию и объединяют группу труб. По своему назначению коллекторы разделяются на паровые, водяные, коллекторы пароперегревателя и коллекторы малых диаметров, применяемые, как правило, для экономайзеров. Коллекторы изготавливаются из труб марок сталей: 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф.

15. Пароохладители.

Представляют собой теплообменные системы, предназначенные для понижения температуры перегретого пара в котлоагрегате или перед турбиной.

Пароохладители обычно устанавливают в промежуточном коллекторе. В зависимости от места расположения пароохладителей в котле и от вида теплообмена, осуществляющегося в нем, различают радиационные, конвективно-радиационные, ширмовые и конвективные пароохладители. Все пароохладители в зависимости от принципа охлаждения пара подразделяются на поверхностные и впрыскивающие.

В поверхностных пароохладителях используется охлаждение пара путем отвода от пара тепла питательной водой, которая пропускается по трубкам теплообменного аппарата.

Во впрыскивающих пароохладителях используется охлаждение пара путем отвода от пара тепла питательной водой, которая непосредственно впрыскивается в аппарат.

16. Блочные автоматизированные горелочные устройства.

Характеризуются широким диапазоном теплопроизводительности - 10...20000 кВт и предназначены для работы на природном и сжиженном газе, легких жидких топливах и мазуте. В комбинированных горелках сжигаются как газообразные, так и жидкие топлива.

Горелочное устройствопредназначено для сжигания природного и сжиженного газа и оснащено следующей арматурой: шаровым краном для подачи газа; реле давления газа; многофункциональным газовым мультиблоком, в котором имеются фильтр (грязеуловитель), два магнитных клапана, регулятор давления газа. По присоединительному каналу газ поступает в пламенную трубу.

17. Амбразуры горелок.

Являются конструктивной составляющей стен топочных блоков. Выполняют роль конструкции для размещения горелочного устройства котла.

18. Гарнитура котлов.

В газоходах за каждым котлом устанавливают дымовые заслонки (шиберы), с помощью которых регулируют тягу. Люки и лазы служат для осмотра, ремонта или очистки внешних и внутренних поверхностей нагрева. В верхней части топки или газохода котлов, работающих на газообразном или жидком топливе, устанавливают взрывные клапаны, которые служат для предохранения обмуровки топки и котла от разрушения при взрыве.

Контакты:

Элемент стационарного котла, предназначенный для сбора и раздачи рабочей среды, объединяющий группу труб, называют коллектором.

Элемент котла, предназначенный для сбора и раздачи рабочей среды, для отделения пара от воды, очистки пара и для запаса воды в котле, называют барабаном .

Элемент котла, предназначенный для передачи теплоты к рабочей среде или воздуху, называют поверхностью нагрева .

Поверхность нагрева котла, получающую теплоту в основном излучением, называют радиационной поверхностью нагрева .

Поверхность нагрева котла, получающую теплоту в основном конвекцией, называют конвективной поверхностью нагрева .

Поверхность нагрева стационарного котла, расположенную на стенах топки и газоходов и ограждающую их от воздействия высоких температур, называют экраном .

Группу труб конвективной парообразующей поверхности стационарного котла, соединенных общими коллекторами или барабанами, называют котельным пучком .

Трубу котла, по которой циркулирующая вода поступает в раздающий коллектор подъемных труб или нижний барабан, называют опускной трубой .

Трубу котла, по которой пароводяная смесь отводится из коллектора экрана в барабан или выносной циклон, называют отводящей трубой экрана .

Необогреваемую трубу, по которой рабочая среда перепускается из одного элемента поверхности нагрева в другой, называют перепускной трубой .

Трубу, по которой производится продувка или удаление воды и пара из элементов поверхностей нагрева котла, называют продувочной трубой .

Устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле, называют пароперегревателем.

Устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для подогрева или частичного парообразования воды, поступающей в котел, называют экономайзером.

Устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания топлива перед подачей в топку котла, называют воздухоподогревателем .

Устройство котла, предназначенное для отделения воды от пара, называют сепарационным устройством.

Устройство для понижения температуры перегретого пара называют пароохладителем.

Несущую металлическую конструкцию, воспринимающую нагрузку от массы котла, с учетом временных и особых нагрузок и обеспечивающую требуемое взаимное расположение элементов котла, называют каркасом .

Устройство котла, предназначенное для сжигания органического топлива, частичного охлаждения продуктов сгорания и выделения золы, называют топкой.

Топку котла, предназначенную для сжигания твердого кускового органического топлива в слое, называют слоевой топкой .

Слоевую топку котла, в которой загрузка топлива и удаление шлака и золы частично механизированы, называют полумеханической топкой.

Слоевую топку котла, в которой загрузка топлива и удаление шлака и золы производятся вручную, называют ручной тропкой .

Слоевую топку котла, в которой загрузка топлива и удаление шлака и золы полностью механизированы, называют механической топкой .

Топку котла, в которой пылевидное, жидкое или газообразное топливо сжигается в факеле, называют камерной топкой .

Камерную топку котла с многократной циркуляцией топливовоздушной смеси, которая достигается специальной формой стен топки, компоновкой горелок и способом подачи топлива и воздуха, называют вихревой топкой .

Камерную топку котла, в которой основная масса топлива сжигается во вращающемся топливно-воздушном потоке, называют циклонной топкой .

Топку котла, в которой часть твердого топлива сжигается в слое, а мелкие фракции и горючие газы – в струе воздуха над слоем, называют факельно-слоевой топкой .

Часть топки котла, в которой происходит воспламенение и горение основной массы топлива, называют камерой горения .

Часть топки котла, в которой происходит догорание топлива и частичное охлаждение продуктов сгорания, называют камерой охлаждения .

Местное сужение поперечного сечения топки котла, называют пережимом топки .

Часть топки, в которой происходит подогрев, подсушка топлива, а иногда его воспламенение и горение, называют предтопок .

Нижнюю часть камерной топки котла, предназначенную для отвода твердого шлака, называют холодной воронкой .

Нижнюю часть топки котла, образованную горизонтальными и слабонаклонными поверхностями или экранами, называют подом.

Канал, предназначенный для направления продуктов сгорания топлива и размещения поверхностей нагрева котла, называют газоходом .

Нижнюю часть газохода котла, предназначенную для сбора золы, выпадающей из потока продуктов сгорания топлива, называют золовым бункером .

Бункер для сбора твердого шлака, расположенный под холодной воронкой стационарного котла, называют шлаковым бункером .

Устройство для сбора и удаления расплавленного шлака, расположенное под топкой стационарного котла, называют шлаковой ванной.