Каркас парового котла

Современные мощ­ные котлы отечественного производства, как правило, выполняют с П-образной и Т-образ­ной компоновкой. Различие конструкций этих агрегатов и распределение нагрузки, вызы­ваемой их элементами, оказывают непосред­ственное влияние на конструкцию каркаса.

Рис. 21.2. Каркас прямоточного котла П-57 с самостоятельным фундаментом.

/ — колонна; 2 — вертикальная ферма; 3 — горизонтальная фер­ма; 4 — стоика; 5 — потолочное перекрытие; б —хребтовая бал­ка; 7 — щит наклонного потолка; 8 — балка; 9 — ферма вокруг топки; 10 — связи; // — башмак.

Каркас представляет собой металлическую конструкцию, предназначенную для установ­ки всех элементов котла: барабана, поверхно­стей нагрева и коллекторов, обмуровки, изо­ляции и обшивки, трубопроводов и коробов, помостов и лестниц обслуживания и др. Раз­личают каркасы с самостоятельным фунда­ментом, не связанным со строительной конст­рукцией здания, и каркасы, совмещенные с несущими конструкциями здания.

В конструкциях с самостоятельным фунда­ментом каркас воспринимает всю весовую нагрузку котла и передает ее на фундамент. Нагрузка на фундамент кладывается из мас­сы котла и его каркаса и массы рабочего тела — воды и пара. В южных районах, где по климатическим условиям допускают открытую или полуоткрытую компо­новку оборудования, каркас воспринимает еще ветровую а часто и сейсмическую на­грузку.

На рис. 21.2 показана схема не­совмещенного со зданием каркаса прямоточного котлапри Т-образной компо­новке. Каркас состоит из несущих вертикальных колонн, горизонталь­ных балок и опорных ферм, хребтовых балок, потолочного перекрытия, связей и стоек. Все соединения эле­ментов каркаса электросварные.

Число несущих колонн зависит от мощности агрегата. Обычно ко­лонны устанавливают только по уг­лам топочной камеры и конвектив­ного газохода. В агрегатах большой паропроизводительности с сильно развитыми поперечными размерами между угловыми устанавливают еще дополнительные колонны. Все колон­ны по высоте обвязаны поперечными балками или фермами. Они увеличи­вают устойчивость каркаса, предот­вращают продольный изгиб колонн служат для опоры барабана в бара­банном котле, подвески поверхностей нагрева и опорных конструкций для помостов обслу­живания и передают весовую нагрузку от последних на колонны. Вспомогательные стойки и горизонтальные балки имеют меньшее сечение и служат для придания каркасу большей жесткости и крепления топочных эк­ранов, коллекторов, коробов горячего воздуха и пр.

Колонны каркаса передают на фундамент весьма большую сосредоточенную нагрузку. Для уменьшения удельного давления па фундамент нижнюю часть колонн заканчивают опорными башмаками. Расход металла на каркас зависит от мощности агрегата и составляет 0,8—1,2 кг на 1 кг часовой паропроизводительности. Несущие колонны и балки необогреваемы. Этим облег­чаются условия работы металла и предупреждаются большие термические напряжения. Для изготовления каркасов применяют углеродистую сталь, главным обра­зом Ст. 3. В ограниченных количествах для изготовления вспомогательных не рассчитываемых элементов исполь­зуют также Ст. 0.

Применение газоплотных сварных экранов и облегченной обмуровки позволило резко (до30—50) уменьшить массу котла. Ё этих условиях каркас здания способен без особых усилений восприни­мать нагрузку от подвески к нему облегченного котла. Барабан и все поверхности нагрева топки и конвектив­ной шахты вместе с изоляцией, обшивкой и другими элементами подвешивают к мощным перекрытиям зда­ния со свободным расширением вниз.

При этом каркас котла служит лишь для обеспечения жесткости конструк­ции агрегата и его подвески к зданию. В таких кон­струкциях каркас обеспечивает жесткость сварных экранных панелей, воспринимает давление газового трак­та (в котлах с наддувом), служит опорой для помостов и лестниц. Пример одного из вариантов совмещенного со зданием каркаса показан на рис. 21.3. Подвеска кот­ла осуществляется только к хребтовым балкам главного здания, без связи с его стенами, что исключает

передачу деформаций здания на конструкции котла. Последний через межхребтовые балки монтируется на большом чис­ле подвесок, выбираемых в соответствии с размещением блоков поверхностей нагрева и поясов жесткости. По­верхности нагрева связаны с каркасом, и для предот­вращения температурных напряжений их температурные перемещения должны быть одинаковыми. Это обеспечи­вается с помощью «горячих» подвесок, выполненных из труб, по которым движется рабочая среда с температу­рой, равной или близкой к температуре среды в соответ­ствующих поверхностях нагрева. В котле с наддувом давление в газовом тракте воспринимается горизонталь­ными балками, установленными с шагом 2,5—3,0 м на всех стенах топки, конвективных и соединительных го­ризонтальных газоходов. Эти балки обеспечивают жест­кость стен котла.

Подвесные конструкции позволяют упраз­днить фундамент котла, освободить место под ним для размещения вспомогательного обору­дования, значительно экономить металл, рас­ходуемый на каркас, ускорить строительные работы.

В холодном состоянии котел и его элемен­ты имеют определенные габариты и занимают определенное пространственное положение, отвечающее температуре окружающего возду­ха. В рабочем состоянии габаритные характе­ристики и их местоположение в пространст­венной системе существенно изменяются. Пе­ремещения определяются температурой ме­талла в рабочем состоянии и длиной элемента от неподвижного места крепления. При вели­чине температурного коэффициента удлине­ния металлаперемещения мо­гут достигать 300 мм и более. На рис. 21.4 показаны тепловые расширения ряда элементов на примере подвесного котла ТГМП-204. Все отметки обозначены в холодном состоянии. Перемеще­ния подсчитаны по температуре металла в эксплуата­ции. Вертикальные перемещения обозначены черезгоризонтальные Соответствующие цифровые индексы для каждого элемента одинаковы. В приведенном при­мере горизонтальные перемещения обозначены только для общего короба топочной камеры и коллекторов регулирующей ступени промежуточного пароперегревате­ляи

Для предотвращения возникновения дополнительных напряжений, вызываемых тепловыми деформациями, кон­струкция котла должна предусматривать свободу тепло­вых расширений. Паровой котел связан с внешним обо­рудованием, обеспечивающим его работу: пылеприготовительной установкой, питательными трубопроводами. Он связан с турбиной паропроводами. Все эти трубопроводы обеспечивают свободу расширения котла обыч­но за счет их самокомпенсации. Исключение составляют пылеприготовительные установки с мельничными венти­ляторами, в которых нет пылепроводов достаточной про­тяженности, и мельницы непосредственно присоединены к горелкам. В этих условиях амбразуры горелок свобод­но перемещаются относительно плоскости неподвижных горелок, а зазоры между ними уплотняются (рис. 21.5). «Теплый ящик». В мощных паровых котлах через потолок наружу проходит огромное количество труб и подвесок поверхностей нагрева. Обеспечить достаточную плотность прохода через потолок всех элементов в газо­плотных котлах затруднительно. Поэтому потолок кот­лов покрывают герметичной стальной оболочкой, обра­зующей с ним «теплый ящик», заполняемый горячим воздухом от воздухоподогревателя. Давление воздуха в «теплом ящике» несколько выше давления продуктов сгорания в верхней части топки. Этим предотвращается проникновение через потолок продуктов сгорания на­ружу, но несколько увеличивается присос воздуха.

Количество проходов через «теплый ящик» наружу во много раз меньше, чем через потолок котла, — это

Рис. 21.5.Узел сочленения горелки и амбразуры. 1 — стенка топочной камеры; 2 — фланец амбразуры; 3 —уплот­нение пакетником; 4 — горелка.

главным образом внешние коммуникации и подвески коллекторов поверхностей нагрева. Перечисленные эле­менты конструкции выводятся через сильфоны.

При останове котла расхолаживание топочной каме­ры и газоходов для осмотра и ремонтных работ дости­гается через 5—6 ч. Достаточное естественное остывание «теплого ящика» для указанных целей наступает только через 20—30 ч. Для ускорения расхолаживания «теплый ящик» продувают холодным воздухом.