Специальные типы котлов, экономайзеры и пароперегреватели

Обзор специальных типов котлов и других специализированных элементов.

Для более широкого контекста посмотрите водотрубные котлы, тему перегретого пара и КПД котла и горение.

Парогенераторы

Во многих применениях:

• Требуемое количество пара слишком мало, чтобы оправдать использование жаротрубного котла, то есть менее 1 000 kg/h.
• Небольшой технологический процесс, потребляющий пар, работает только в дневную смену, поэтому установку приходится запускать каждое утро и останавливать каждый вечер.
• Капитальные затраты на обычный жаротрубный котёл отрицательно сказались бы на экономической эффективности процесса.
• Уровень квалификации персонала на площадке в вопросах котельного оборудования ниже, чем требовалось бы для более крупной паровой системы.

Для удовлетворения этих требований были разработаны два типа котлов.

Змеевиковый котёл Это прямоточный водотрубный котёл, который в некоторых нормативных документах называют «котлом без отчётливо выраженного уровня воды». Подача воды в такой котёл обычно на 10 - 15% превышает паропроизводительность, чтобы:

• Обеспечить отсутствие полного испарения всей воды и тем самым предотвратить образование перегретого пара.
• Обеспечить среду для выноса TDS питательной воды. Если бы этого не было, соли, содержащиеся в питательной воде, откладывались бы на внутренних поверхностях труб, ухудшая теплопередачу, вызывая перегрев и в конечном счёте разрушение труб. Поэтому сепаратор является обязательным элементом такого котла, удаляющим загрязнённую воду.

Поскольку это водотрубный котёл, он способен вырабатывать пар при очень высоких давлениях.

Типичные применения парогенераторов и змеевиковых котлов включают прачечные и швейные производства, где нагрузка невелика, а изменения расхода пара происходят медленно.

Вертикальный бездымогарный пакетный паровой котёл

Выпускаются различные модели с производительностью от 50 до 1 000 kg/h и рабочим давлением до 10 bar g. Высота котлов обычно изменяется примерно от 1,7 m до 2,4 m для производительности порядка 100 kg/h и 1 000 kg/h соответственно.

Поперечный разрез конструкции показан на Рисунке 3.4.2. Обратите внимание на нисходящее направление факела и его закручивание. Внизу котла поток тепла разворачивается, и горячие газы поднимаются вверх, отдавая тепло рёбрам.

Следует также отметить малое количество воды в котле. Это позволяет очень быстро вывести котёл на рабочую температуру, обычно примерно за 15 минут. Однако из-за малого водяного объёма запасённой энергии также немного, поэтому котёл плохо переносит резкие и длительные изменения нагрузки. Если изменение нагрузки происходит быстрее, чем может отреагировать котёл, давление внутри упадёт, и в пределе котёл начнёт уносить питательную воду вместе с паром. Это усугубляется малой площадью водяной поверхности, из-за чего скорость выделения пара высока. Однако пар движется вертикально вверх, удаляясь от поверхности воды, а не проходит горизонтально над ней, как в жаротрубном котле, что уменьшает этот эффект.

Экономайзеры

После прохождения через основной котёл и пароперегреватель дымовые газы всё ещё остаются горячими. Энергия этих газов может быть использована для повышения тепловой эффективности котла. Для этого дымовые газы пропускают через экономайзер. Экономайзер представляет собой теплообменник, через который прокачивается питательная вода. В результате вода поступает в котёл при более высокой температуре, чем без экономайзера. Для выработки пара требуется меньше энергии. Либо, если подводится то же количество энергии, можно получить больше пара. Это повышает КПД. В общем случае повышение температуры питательной воды на 10 °C даёт прирост КПД примерно на 2%.

Примечание: Поскольку экономайзер расположен на стороне высокого давления после питательного насоса, температура питательной воды может превышать 100 °C. Система регулирования уровня воды в котле должна быть модулирующего типа, а не вкл./выкл., чтобы обеспечивать непрерывный расход питательной воды через теплообменник.

Теплообменник не должен быть настолько большим, чтобы:

• Дымовые газы охлаждались ниже своей точки росы, так как образующийся конденсат может быть кислым и вызывать коррозию.
• Питательная вода закипала внутри теплообменника.

Пароперегреватели

Независимо от типа котла пар покидает воду с её поверхности и поступает в паровое пространство. Пар, образующийся над поверхностью воды в жаротрубном котле, всегда является насыщенным и не может перегреться внутри корпуса котла, так как постоянно находится в контакте с поверхностью воды.

Если требуется перегретый пар, насыщенный пар должен пройти через пароперегреватель. Это просто теплообменник, в котором к насыщенному пару подводится дополнительное тепло.

В водотрубных котлах пароперегреватель может представлять собой дополнительный подвесной пучок, расположенный в зоне топки, где горячие газы обеспечивают необходимую степень перегрева (см. Рисунок 3.4.4). В других случаях, например в схемах CHP, где выхлопные газы газовой турбины сравнительно холодные, может потребоваться отдельно отапливаемый пароперегреватель для подвода дополнительного тепла. Если требуется точное регулирование степени перегрева, например когда пар используется для привода турбин, после пароперегревателя устанавливают аттемператор (охладитель перегретого пара). Это устройство впрыскивает воду в перегретый пар, снижая его температуру.