Классификация котельных установок

Схема современного котельного агрегата

Работа любого котельного агрегата характеризуется уровнем его экономичности или КПД. Для обеспечения экономичной работы необходимо по возможности более полно использовать теплоту дымовых газов, т.е. максимально снизить их температуру. В современном котельном агрегате это достигается развитием так называемых хвостовых поверхностей нагрева.

1. 
   барабан котла;
   
2. 
   фестон (разреженный пучок труб);
   
3. 
   пароперегреватель;
   
4. 
   водяной экономайзер;
   
5. 
   воздухоподогреватель;
   
6. 
   экранные поверхности;
   
7. 
   горелка
   

Топливо вместе с воздухом подается через горелки в топочную камеру, где сжигается факельным способом. На стенках топочной камеры расположены экраны, состоящих из большого количества вертикальных труб, а на выходе из топки – фестон, который является продолжением заднего экрана топки. Экранные трубы и фестон образуют испарительные поверхности нагрева, которые получают часть теплоты продуктов сгорания. Теплота продуктов сгорания передается испарительным поверхностям за счет излучения. Поэтому эти поверхности называются радиационными.
Передача теплоты излучением на порядок эффективнее передачи тепла конвекцией. Поэтому стены топочной камеры стремятся закрыть как можно более плотно. Радиационные поверхности нагрева так же защищают или экранируют внутреннею поверхность обмуровки от высоких температур и химического воздействия шлаков. Температура газов на выходе из топочной камеры снижается до 1000-1100 градусов Цельсия. Выбор этой температуры обусловлен температурой застывания частичек шлака, летящих в потоке топочных газов. Это исключает налипание вязкого тестообразного шлака на трубы поверхности нагрева, расположенные в горизонтальном газоходе. Этот газоход заполнен пучками труб малого диаметра 30-50 мм, образующих конвективные поверхности нагрева. Проходя между трубками, газы остывают до температуры 500-600 градусов и поворачивают выпускной газоход. В этом газоходе газы последовательно отдают свою теплоту экономайзеру и воздухоподогревателю. Температура газов после экономайзера составляет 300-400 градусов С, а после воздухоподогревателя она снижается до 120-160 градусов С и с этой температурой через золоуловитель, дымосос и дымовую трубу выбрасывается в атмосферу. Откачивая газы из котлоагрегата, дымосос поддерживает в топочной камере и газоходах разряжение. В топке оно составляет от 5 до 30 мм водного столба, а в газоходе за котлом до 200 мм водного столба. Таким путем предотвращается попадание продуктов сгорания из топки и газоходов в помещение котельной, но создается возможность присоса холодного воздуха в топочную камеру и газоходы. Для предотвращения присосов обмуровку тщательно уплотняют. Воздух, необходимый для горения топлива, затягивается дутьевым вентилятором через воздухозаборную шахту и подается через воздухоподогреватель в топку. Питательная вода, прошедшая предварительную химическую очистку и, как правило, подогретая в регенеративных подогревателях, поступает в водяной экономайзер, где подогревается до температуры насыщения, и далее подается в барабан котла. В барабане питательная вода смешивается с котловой водой. Из барабана котловая вода поступает в опускные трубы, далее в нижний коллектор и через экранные испарительные тубы снова возвращается в барабан.. Этот замкнутый контур: барабан, опускные трубы, нижний коллектор, испарительные трубы, фестон и снова барабан называется циркуляционным контуром котла.
Принцип работы циркуляционного контура
Движение воды в опускных и пароводяной смеси в испарительных обогреваемых трубах происходит за счет разности плотностей воды и пароводяной смеси.

В циркуляционном контуре вода находится в состоянии насыщения. Высота контура для котлов различной производительности сильно отличается. Для котлов низкой производительности она составляет от 3 до 5 м, для котлов средней производительности до 12 м и котлов высокой производительности 30-40 м. в результате такой значительной высоты вода в нижней части контура имеет некоторый недогрев за счет статического давления столба воды.

ПРИМЕР. Котел с давлением 13 атм, высота контура 10 м . Значит давление в нижней части будет 14 атм. Давлению 13 атм соответствует температура насыщения 194 градуса С, а давлению 14 атм – 197 градусов С. Таким образом, в нижнем коллекторе температура котловой воды будет на 3 градуса ниже температуры насыщения. Поэтому в нижней части подъемных труб происходит нагрев воды до температуры насыщения. Испарения здесь не происходит и поэтому эту часть называют экономайзерной частью. По высоте обогревательных труб становится меньше, а паросодержание растет.
Движущая сила естественной циркуляции определяется:
S_дв = H*( ρ¹ – ρ_пв)*g
H-высота контура;
ρ¹- плотность воды в опускных трубах;
ρ_пв- средняя плотность пароводяной смеси
Напор естественной циркуляции может достигать до 0,5-0,8 атм. Котлы, работающие за счет разности плотностей воды и пароводяной смеси, называются котлами с естественной циркуляцией. Если движущей силы циркуляции не достаточно для обеспечения заданной кратности в котле, то тогда в циркуляционный контур устанавливают дополнительный циркуляционный насос. Такие котлы называются котлами с многократно принудительной циркуляцией. В тех случаях, когда в котлах очень высокое давление и разность плотностей воды и пароводяной смеси становится незначительной, а высокая температура не позволяет использовать циркуляционный насос для получения пара, используют прямоточные котлы, в которых отсутствует контур циркуляции.