Прямоточные паровые котлы

В применяемых на конденсационных тепловых электростанциях прямоточных паровых котлах отсутствует барабан. Питательная вода в них, как и в барабанных котлах, последовательно проходит экономайзер 1(см. рис. 3.1, в), испарительные 5 и перегревательные 6 поверхности. Движение рабочей среды в поверхностях нагрева однократное и создается питательным насосом. Из испарительной поверхности выходит пар. Надежное охлаждение металла труб испарительной поверхности обеспечивается соответствующими скоростями движения рабочей среды. В прямоточных котлах нет четких границ между экономайзерной, испарительной и пароперегревательной поверхностями. Изменение параметров питательной воды (температуры, давления), характеристик топлива, воздушного режима приводит к изменению соотношения площадей этих поверхностей. Так, при снижении давления в котле уменьшаются размеры экономайзерного участка (зона подогрева), увеличивается испарительная зона (ввиду роста теплоты парообразования) и несколько сокращается зона перегрева.

Прямоточные котлы по сравнению с барабанными имеют значительно меньший аккумулирующий объем рабочего тела. Поэтому при их работе необходима четкая синхронизация подачи воды, топлива и воздуха.

Прямоточные котлы могут быть как докритического, так и сверхкритического давления. Требования к качеству питательной воды у них значительно выше, чем у барабанных. Даже когда содержание солей в ней измеряется миллионными долями грамма, вследствие постоянного роста отложений в трубах прямоточные котлы приходится периодически останавливать и подвергать кислотной промывке. Наиболее интенсивное отложение солей происходит при завершении испарения влаги и начале перегрева пара, что может привести к пережогу труб. Поверхность нагрева, в которой происходит этот процесс, называют переходной зоной. В котлах докритического давления эту зону размещают в конвективной шахте в области умеренных температур. При сверхкритическом давлении переходная зона менее выражена и ее не выделяют в отдельную поверхность нагрева.

Появление прямоточных котлов связано со стремлением упростить конструкцию, отказаться от громоздкого барабана. Создание прямоточных котлов в нашей стране связано с именем профессора Л. К. Рамзина. В котле Рамзина (рис. 3.11) вода из экономайзера 5 обычной конструкции направляется по необогреваемым трубам во входные коллектора радиационной части, разделенной по высоте на нижнюю, среднюю и верхнюю радиационные части.

Рис. 3.11. Схема прямоточного котла Рамзина

Нижняя радиационная часть (НРЧ) 1 выполнена в виде ленты труб с горизонтально-подъемной навивкой по стенам топки. В НРЧ вода нагревается до кипения и примерно 80 % ее испаряется. Из НРЧ пароводяная смесь направляется в переходную зону 4, расположенную в конвективном газоходе. В некоторых котлах пар после переходной зоны увлажняют путем впрыска воды. Соли, растворенные в паре, частично переходят в воду и удаляются вместе с ней. Затем пар поступает в СРЧ 2 – первую ступень радиационного перегревателя, и дальше в ВРЧ – вторую ступень радиационного перегревателя, в потолочные трубы и выходной конвективный перегреватель 3, а оттуда к потребителю.

 

 

Обмуровка котлов

 

Обмуровка парового и водогрейного котла служит для ограждения топочной камеры и газоходов от окружающей среды. Обмуровка паровых и водогрейных котлов работает при достаточно высоких температурах и резком их изменении, а также под химическим воздействием газов, золы и шлаков.

Конструкция обмуровки должна обеспечивать минимальные потери теплоты в окружающую среду, быть плотной, противостоять длительному воздействию высоких температур, химическому воздействию продуктов сгорания, золы и шлаков, быть механически прочной, легкой, простой, дешевой и доступной для ремонта, способствовать выполнению блочного монтажа парового или водогрейного котла.

Обмуровку котлов принято условно разделять на тяжелую, облегченную и легкую. Тяжелая обмуровка применялась в парогенераторах старых конструкций. В новых конструкциях парогенераторов и водогрейных котлов применяют облегченные и легкие обмуровки. Масса 1 м³ тяжелых обмуровок доходит до 1800 кг, а легких не превышает 1000 кг.

Разрушение обмуровки прежде всего зависит от температуры, при которой она работает. С увеличением температуры интенсивность разрушения обмуровки возрастает. Чем больше неровностей на обмуровке, обращенной внутрь газохода, и чем толще ее швы, тем больше она изнашивается и истирается. Химическое воздействие шлаков приводит к размягчению, оплавлению и нарушению структуры обмуровки.

Вертикальные стены обмуровки топочной камеры и газоходов могут выполняться из различных материалов: огнеупорного, строительного и теплоизоляционного кирпича, огнеупорных, жароупорных и теплоизоляционных бетонов, температуроустойчивой изоляции. Обмуровка обычно состоит из двух слоев: внутреннего, обращенного к газоходу, и наружного. Внутренний слой называют футеровкой, а наружный – облицовочным слоем. Футеровка выполняется из огнеупорного материала, а облицовка – из материала низкой теплопроводности.

На рис. 3.12 показаны узлы облегченной обмуровки парогенератора ДЕ-16-14ГМ. Футеровка парогенератора выполнена с применением легковесного шамотного кирпича, огнеупорного бетона, огнеупорной хромомагнезитовой обмазки. В качестве изоляции применен диатомитовый кирпич и асбестовермикулитовые плиты. Снаружи обмуровка обшита металлическим листом.

 

Рис. 3.12. Узлы обмуровки парогенератора ДЕ-16-14ГМ: 1 – труба поверхности нагрева;
2 – легковесный шамотный кирпич; 3 – асбестовермикулитовые плиты; 4 – металлический лист;
5 – труба обдувочного аппарата; 6 – огнеупорный бетон

 

На рис. 3.13 показана обмуровка экранов топочной камеры водогрейного котла КВ-ГМ. Огнеупорная футеровка выполнена из шамотобетона, а изоляционный слой – из минераловатных матов, на которые нанесена магнезиальная обмазка. Шамотобетон наносится на металлическую плетеную сетку, которая натягивается на штыри с резьбой на конце. Штыри привариваются к шайбам, которые приварены к экранным трубам.

Для парогенераторов производительностью
50 – 75 т/ч применяют обмуровку, называемую накаркасной. Пример накаркасной обмуровки для вертикальных стен топочной камеры парогенератора производительностью 75 т/ч показан на рис. 3.14. Она состоит из слоя огнеупорного кирпича и изоляции, выполненной из диатомитового кирпича и совелитовых плит. Через каждые 2,5 – 3 м установлены разгрузочные кронштейны, на которые опирается обмуровка. Такая конструкция уменьшает напряжения от собственной массы обмуровки и обеспечивает возможность ремонта любого пояса. Крепление обмуровки производится стяжными крюками, которые с одной стороны зацепляются за трубу, приваренную к обшивке каркаса, а с другой свободно входят в пазы фасонного огнеупорного кирпича. Снаружи накаркасная обмуровка обшита металлическим листом, что обеспечивает необходимую плотность.

Для повышения устойчивости работы пылеугольных топок при сжигании влажных углей боковые экраны в районе установки горелок закрывают слоем огнеупорного материала. В старых конструкциях парогенераторов зажигательный пояс выполнялся из фасонного огнеупорного кирпича. В современных конструкциях к трубам в месте установки пояса привариваются шипы, на которые наносится карборундовая или хромитовая масса.

Плотность любого парового или водогрейного котла зависит от уплотнения обмуровки в местах прохождения экранных и других труб к коллекторам.

Надежность и долговечность обмуровки в значительной мере зависят от правильности размещения и качества температурных швов, предназначенных для компенсации температурных расширений обмуровки. Температурные швы могут быть вертикальными и горизонтальными. Они выполняются только в огнеупорном слое обмуровки: вертикальные швы обычно в углах, где сопрягаются стены обмуровки, горизонтальные – у разгрузочных кронштейнов. Если разгрузочные кронштейны отсутствуют, то кладку из огнеупорной обмуровки опирают на наружный слой огнеупорного кирпича. Для этого в наружный слой выпускается несколько рядов огнеупорного кирпича.

Уплотнение температурных швов производится шнуровым асбестом несколько большего диаметра, чем ширина шва. Поверхность асбестового шнура, обращенную к топке, промазывают жидким раствором огнеупорной глины или графитом.

Внешняя температура обмуровки не должна превышать температуру окружающего воздуха более чем на 25 – 30 °С.

Фундаменты и каркасы

 

Фундамент воспринимает массу парогенератора или водогрейного котла, его обмуровки, каркаса и передает ее на грунт. Опорная площадь фундамента определяется из условия допустимого давления на основании и зависит от характера грунта. Фундамент парогенератора или водогрейного котла обычно не связывают с фундаментом здания, чтобы каждый из них имел независимую осадку. Глубина закладки фундамента выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить его устойчивость и минмальную осадку.

Высота фундамента может быть различной. Для парогенераторов горизонтальной компоновки фундамент чаще всего доводят до уровня земли. Для парогенераторов вертикальной компоновки – чаще всего до уровня второго этажа (площадка обслуживания). Выступающая из земли до второго этажа часть фундамента выполняется в виде рамной железобетонной конструкции. Под парогенератором размещают тягодутьевые устройства, газоходы и систему шлакозолоудаления.

Каркасом называют металлическую конструкцию, предназначенную для поддержания барабана и трубной системы с водой, а иногда и обмуровки парогенератора и для передачи их массы на фундамент. В настоящее время чаще всего применяют опорные (несущие) и обвязочные каркасы. Парогенераторы и водогрейные котлы малой мощности обычно имеют обвязочные каркасы, служащие для укрепления обмуровки, гарнитуры и других деталей. Масса металлической части парового или водогрейного котла через специальные стойки или рамы, а также обмуровки передается непосредственно на фундамент.

Парогенераторы вертикальной компоновки большой мощности обычно имеют несущий каркас, разделенный на несколько частей, относящихся к топке, конвективной поверхности нагрева, хвостовым поверхностям нагрева. Каждая из частей представляет собой металлическую конструкцию, опирающуюся на фундамент и жестко связанную с другими частями.

 

На рис. 3.15 показан постамент под металлическую часть парогенератора типа ДКВР. Коллекторы боковых экранов опираются на раму, установленную на фундаменте. Нижний барабан опирается на раму, установленную на металлических колоннах, через башмаки которых (узел 1 на рис. 3.15) нагрузка передается на фундамент. Слоевая топка и шлаковый бункер имеют свою раму, опирающуюся на фундамент. Башмак колонны состоит из стальной плиты с отверстиями под анкерные болты и косынок, приваренных к концу колонны. Анкерные болты после выверки каркаса заливаются в фундаменте цементом.

При тепловом расширении верхний барабан парогенератора перемещается вверх и по горизонтали, от фронта вдоль своей оси. Боковые коллекторы и нижний барабан могут перемещаться только в горизонтальном направлении.

На рис. 3.16 показан несущий каркас парогенератора экранного типа вертикальной компоновки. Каркас состоит из колонн, установленных на фундаменте. Колонны связаны между собой системой горизонтальных балок ферм и диагональных связей. Стойки каркаса, горизонтальные несущие и обвязочные балки выполняют из двойных швеллеров и двутавров, связанных накладками из полосового и листового железа.

Несущие элементы каркаса (колонны, балки) во избежание нагрева располагают снаружи обмуровки. Основную нагрузку на каркас дает барабан и подвешенная на нем система труб экранов и конвективной поверхности нагрева. Соответственно эта часть каркаса выполняется для усиления с дополнительными колоннами.

Колонны каркаса передают на фундамент значительные сосредоточенные нагрузки. Для снижения давлений на фундамент несущие колонны снабжают башмаками (см. узел 1 на рис. 3.15). Основные элементы каркаса изготовляют из Ст3, а вспомогательные (косынки, планки) – из Ст0.

Водогрейные котлы КВ-ГМ и КВ-ТС запроектированы без несущего каркаса. Нагрузка от котла передается на нижние продольные камеры, имеющие опоры. Опоры, расположенные на стыке топочной камеры и конвективной поверхности нагрева, выполнены неподвижными. В башмаках подвижных опор предусмотрены овальные отверстия, обеспечивающие перемещение котла вследствие теплового расширения. Опоры котла устанавливаются на закладные листы фундамента и крепятся болтовыми соединениями.

На каркасе парового или водогрейного котла устанавливаются лестницы и площадки, необходимые для обслуживания агрегата. В соответствии с действующими правилами Госгортехнадзора лестницы и площадки должны изготовляться из несгораемых материалов и обеспечивать удобный доступ к арматуре, контрольно-измерительным приборам, регулирующим и продувочным устройствам и другим элементам, требующим систематического обслуживания.

Площадки и лестницы изготовляют из листовой рифленой или полосовой стали с ячейкой 30×30 мм. Площадки состоят из металлических рам, опирающихся на каркас через укосины. Площадки должны иметь ширину для свободного прохода 600 – 800 мм. Лестницы устраивают шириной не менее 600 мм с углом наклона не более 50° при высоте лестницы, превышающей 1500 мм. Верхняя часть обмуровки, площадки и лестницы снабжаются перилами высотой не менее 1000 мм и сплошной обшивкой по низу стальным листом высотой 100 мм.

 

 

Водяные экономайзеры

Водяной экономайзер является неотъемлемой частью современного парогенератора. Экономайзер благодаря применению труб небольшого диаметра является недорогой и компактной поверхностью нагрева, в которой эффективно используется теплота уходящих газов. В связи с этим у современных парогенераторов водяной экономайзер воспринимает до 18 % общего количества теплоты, переданной через поверхности нагрева парогенератора.

В водяных экономайзерах в зависимости от вида топлива и КПД парогенератора при нагреве воды на 1 К продукты сгорания охлаждаются на 2 – 3 К.

В зависимости от температуры, до которой вода подогревается в экономайзере, их делят на некипящие и кипящие.

Некипящими называют экономайзеры, в которых по условиям надежности их работы подогрев воды производится до температуры на 40 К меньшей, чем температура насыщения в барабане парогенератора. В кипящих экономайзерах происходит не только подогрев воды, но и частичное ее испарение. Массовое содержание пара в смеси на выходе из кипящего экономайзера доходит до 15 %, а иногда и более. Гидравлическое сопротивление водяного экономайзера по водяному тракту для парогенераторов среднего давления не должно превышать 8 % рабочего давления в барабане.

В зависимости от металла, из которого изготовляются экономайзеры, их разделяют на чугунные и стальные. Чугунные экономайзеры изготовляются для работы при давлении в барабане парогенератора до 2,4 МПа, а стальные могут применяться для любых давлений.

Чугунный водяной экономайзер состоит из ребристых чугунных труб. Труба выпускаемых в настоящее время экономайзеров конструкции ВТИ показана на рис. 3.17, а. Трубы соединяются между собой посредством калачей, как показано на рис. 3.17, б. Питательная вода последовательно проходит по всем трубам снизу вверх, что обеспечивает удаление воздуха из экономайзера. Продукты сгорания проходят через зазоры между ребрами труб.

Рис. 3.17. Чугунный экономайзер: а – труба; б – компоновка; 1 – обдувочное устройство; 2 – соединительный калач; 3 – труба экономайзера; 4 – трубопровод питательной воды; 5 – предохра- нительный клапан; 6 – гильза для термометра; 7 – манометр

 

На рис. 3.17 показан общий вид экономайзера, собранного из описанных чугунных труб. Число труб в ряду выбирается из условия получения скорости продуктов сгорания в экономайзере в пределах 6 – 9 м/с при номинальной паропроизводительности парогенератора.

Число горизонтальных рядов в экономайзере выбирается из условия получения необходимой поверхности нагрева.

В чугунных водяных экономайзерах недопустимо кипение воды, так как это приводит к гидравлическим ударам и разрушению экономайзера. Поэтому чугунные экономайзеры всегда работают как некипящие.

Продукты сгорания в экономайзере целесообразно направлять сверху вниз для создания противоточной схемы движения воды и газов, при которой обеспечиваются лучшие условия теплообмена и минимальная поверхность нагрева экономайзера.

Компоновка поверхности нагрева чугунного водяного экономайзера может производиться в одну или две колонки. При компоновке не рекомендуется принимать к установке в одном ряду менее трех и более восьми труб. Для обеспечения удовлетворительной наружной очистки поверхности нагрева водяного экономайзера обдувочный аппарат не должен обслуживать более четырех труб в горизонтальном ряду и более восьми горизонтальных рядов. Через каждые восемь рядов следует предусматривать разрыв между трубами не менее 600 мм для установки обдувочного аппарата, осмотра и ремонта экономайзера.

Стальные экономайзеры изготовляются из труб диаметром от 28 до 38 мм, которые изгибаются в змеевики. Змеевики водяного экономайзера обычно размещают в опускном газоходе при поперечном смывании их продуктами сгорания. Расположение змеевиков чаще всего шахматное, но может быть и коридорное.

Коллекторы водяного экономайзера имеют круглую форму, и в промышленных котлах их обычно размещают за пределами газохода, укрепляя на опорах. Для разгрузки мест присоединения змеевиков к коллекторам от веса самих змеевиков, заполненных водой, их обычно подвешивают с помощью специальных подвесок к каркасу котла или опирают на каркас с помощью опорных стоек. Для сохранения шага между змеевиками к опорным стойкам приваривают гребенки.

На рис. 3.18 показана компоновка стального водяного экономайзера.

 

 

Рис. 3.18. Компоновка стального экономайзера: 1 – коллекторы; 2 – змеевик;
3 – опорная балка; 4 –дистанционная гребенка

 

Питательная вода поступает в нижний коллектор, и, пройдя по параллельно включенным змеевикам, направляется в промежуточный коллектор экономайзера для выравнивания распределения воды по отдельным змеевикам. Установка промежуточных коллекторов особенно необходима, если в экономайзере происходит частичное парообразование, так как перемешивание должно производиться до начала парообразования. При этом недогрев воды на входе в кипящую часть поверхности нагрева экономайзера должен составлять не менее 40 К.

Для облегчения монтажа экономайзера отдельными блоками, удобства выполнения ремонтных работ и облегчения очистки поверхности нагрева от летучей золы поверхность разбивается на отдельные части (пакеты). Высота пакета не превышает 1,5 м при редком расположении труб и 1 м – при тесном. Между пакетами предусматриваются разрывы
600 – 800 мм.

При сжигании газообразного топлива для конденсации водяных паров из продуктов сгорания (используется теплота, выделяющаяся при конденсации водяных паров) применяют контактные экономайзеры. Нагрев воды в них осуществляется за счет непосредственного контакта нагреваемой воды с продуктами сгорания. Контактный экономайзер располагается после всех поверхностей нагрева котлоагрегата. Вода, нагреваемая в нем, должна деаэрироваться и может быть использована для технологических нужд или горячего водоснабжения.

При сжигании твердых многозольных топлив наблюдается золовый износ змеевиков стальных водяных экономайзеров, который особенно значителен в местах повышенных скоростей и концентраций уноса в продуктах сгорания. Для защиты стальных экономайзеров от золового износа при сжигании высокозольных топлив в местах, подверженных износу, устанавливают накладки или защитные манжеты.

При наиболее часто применяемой П-образной компоновке котла и сжигании твердого топлива змеевики водяного экономайзера рекомендуется располагать параллельно задней стене котла. Это облегчает ремонт змеевиков, так как износу подвергаются не все змеевики, а только прилегающие к внешней стене шахты, потому что повышенные скорости и концентрации золы будут на внешней образующей поворота. Поперечное расположение змеевиков допускается при сжигании жидких, газообразных и малозольных твердых топлив.

Для смывания пузырьков воздуха с внутренней поверхности змеевиков скорость воды в трубах некипящей ступени должна быть не менее 0,3 м/с и не более 1,5 м/с во избежание чрезмерного сопротивления экономайзера. В кипящей ступени экономайзера скорость воды должна быть не менее 1 м/с.

При питании экономайзера водой с низкой температурой (близкой к температуре точки росы) происходит коррозия наружной поверхности вследствие конденсации водяных паров из продуктов сгорания. Однако исследования коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева показали, что концентрация SО_х в продуктах сгорания и температура точки росы не определяют однозначно скорости коррозии, хотя и влияют на нее. Исследования, выполненные ВТИ, показали, что на скорость коррозии влияют также аэродинамические факторы.

Основными путями уменьшения низкотемпературной коррозии водяных экономайзеров являются: повышение температуры стенки поверхности нагрева, применение присадок (жидких, минеральных или газообразных), ведение процесса горения с минимальными коэффициентами избытка воздуха, систематическая очистка поверхности нагрева от золовых отложений, ликвидация застойных зон и равномерное омывание поверхности нагрева продуктами сгорания. Повышение температуры стенки труб экономайзера осуществляется путем подачи деаэрированной воды с температурой
103 – 104 °С. При установке вакуумных деаэраторов температура воды, поступающей в экономайзер, не должна быть ниже 70 °С.

При наличии растворенного в питательной воде кислорода или углекислого газа происходит интенсивная коррозия внутренней поверхности нагрева экономайзера. Особенно быстро выходят из строя вследствие коррозии стальные экономайзеры, имеющие небольшую толщину стенки труб по сравнению с чугунными. Интенсивность коррозии возрастает при пониженных нагрузках котла вследствие уменьшения скорости воды в трубах экономайзера. Коррозии подвергаются в первую очередь участки, на которых имеются местные сопротивления (повороты, прикипевший шлам, колечки сварочного грата). Для предотвращения коррозии внутренней поверхности нагрева водяных экономайзеров содержание растворенного в питательной воде кислорода не должно превышать
20 – 50 мкг/дм³.

Схемы включения некипящих и кипящих водяных экономайзеров в общий водяной тракт парогенератора различны. В соответствии с требованием правил Госгортехнадзора чугунные экономайзеры должны быть отключаемыми по водяному тракту и тракту продуктов сгорания (иметь обводный газоход для пропускания продуктов сгорания мимо экономайзера). При этом правилами Госгортехнадзора разрешено выполнять индивидуальные чугунные экономайзеры не отключаемыми по водяному тракту при условии непрерывного питания котла водой с помощью автоматического регулятора, устанавливаемого на входе воды в экономайзер.

Обводный газоход для отключения индивидуального водяного экономайзера по тракту продуктов сгорания необязателен при наличии сгонной линии, обеспечивающей постоянный пропуск воды через экономайзер в случае повышения температуры воды после него. Пользоваться сгонной линией приходится при растопке котла. Схема включения чугунного экономайзера с устройством сгонной линии и размещением необходимой арматуры показана на рис. 3.19.

 

Стальные экономайзеры, в которых допускается закипание воды, как правило, выполняются не отключаемыми по водяному тракту и тракту продуктов сгорания.
Во избежание превращения всей воды, находящейся в экономайзере, в пар при растопке парогенератора предусматривается рециркуляционная линия. Эта линия соединяет входной коллектор экономайзера с барабаном парогенератора и обеспечивает поступление воды в экономайзер при ее испарении в период растопки. На линии рециркуляции устанавливается вентиль, который открывается при растопке парогенератора и закрывается при включении парогенератора в паровую магистраль. Схема включения стального экономайзера с линией рециркуляции и необходимой арматурой показана на рис. 3.20.

 

 

Воздухоподогреватели

 

По принципу работы воздухоподогреватели делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных передача теплоты от потока продуктов сгорания к нагреваемому воздуху происходит непрерывно через разделяющие эти потоки металлические стенки поверхностей нагрева (труб или пластин). В регенеративных воздухоподогревателях имеющаяся металлическая набивка (пластины, шары) попеременно то нагревается в потоке дымовых газов, то охлаждается в воздушном потоке, отдавая ему полученную аккумулированную теплоту. Рекуперативные воздухоподогреватели подразделяют по виду применяемого материала на чугунные, стальные и неметаллические, а по конструктивному оформлению – на пластинчатые и трубчатые. У чугунныхвоздухоподогревателей толщина теплопередающей поверхности обычно равна 6 мм, а у стальных 0,5 – 2,0 мм. Поверхность нагрева чугунного воздухоподогревателя состоит чаще всего из горизонтальных овальных чугунных труб. Продукты сгорания проходят между трубами, а воздух – внутри труб. Трубы снабжены наружными и внутренними ребрами, увеличивающими их поверхность нагрева. В последние годы чугунные воздухоподогреватели в котлостроении практически не применяются, так как они громоздки, имеют большую массу, обладают плохой технологичностью (невозможность сварки), хрупкостью. К их преимуществам относятся стойкость против коррозии и жаростойкость, позволяющие обеспечить нагрев воздуха до 450°С.

По уровню нагрева воздуха все воздухоподогреватели делят на низкотемпературные (150 – 200 °С), среднетемпературные (200 – 350 °С), высокотемпературные (350 – 450 °С) и радиационные (450 – 700 °С). Одной из первых конструкций стальных воздухоподогревателей были пластинчатые,представляющие собой систему чередующихся вертикальных и горизонтальных каналов из стальных листов толщиной 2 – 3 мм. По вертикальным каналам протекают газы, а по горизонтальным – воздух вниз или вверх в зависимости от расположения воздухоподогревателя. Ввиду значительной неравномерности температурного поля по всей поверхности отдельных листов происходят их коробление, разрыв сварных швов, уменьшение отверстий, что приводит к их забиванию летучей золой. Все эти недостатки привели к тому, что в настоящее время пластинчатые воздухоподогреватели практически не применяются.

Трубчатые воздухоподогреватели являются наиболее распространенными для котлов малой и средней мощности. Для их изготовления обычно применяют стальные трубы из Ст20 диаметром 51×1,5; 40×1,5 или 25×1,5 мм. При меньшем диаметре труб воздухоподогреватель имеет меньшие наружные размеры. Тонкостенные трубы нельзя вальцевать и их приваривают к трубным доскам. Трубчатый воздухоподогреватель состоит из пучка параллельных труб, расположенных в шахматном порядке и присоединенных к трубным доскам. Трубы вместе с верхней и нижней трубными досками составляют секцию или «куб». Поверхность нагрева зависит от числа труб в кубе и их длины. Воздухоподогреватель может состоять из одного или нескольких кубов. Снаружи воздухоподогреватель имеет плотные стенки и воздухоперепускные короба (рис. 3.21).
В вертикальном воздухоподогревателе газ движется внутри труб, а воздух – в межтрубном пространстве; в горизонтальном воздухоподогревателе – наоборот. Для создания поперечного обтекания труб воздухом в вертикальном воздухоподогревателе устанавливают промежуточные трубные доски.

 

Рис. 3.21. Схема трубчатого двухъярусного воздухоподогревателя: 1 – вход газов; 2 – выход газов; 3 – вход воздуха; 4 – выход воздуха; 5 – нижние секции (кубы) воздухоподогревателя; 6 – верхние секции; 7 и 8 – перепускные короба для воздуха; 9 – наружный компенсатор; 10 – место установки экономайзера; 11 – компенсатор на перепускном коробе

 

 

Трубы вставляют в отверстия трубных досок, а концы их приваривают. Промежуточные доски прикрепляют к отдельным трубам на хомутах. Такое крепление промежуточных досок не обеспечивает полной плотности, поэтому наблюдается частичный переток воздуха из одного хода в другой. Это снижает коэффициент использования, который составляет: в воздухоподогревателе без промежуточных досок 0,75 – 0,8, при одной промежуточной доске 0,7 – 0,75, при двух – 0,65 – 0,7. Толщину трубных досок рассчитывают из условия прочности. Доска тем толще, чем меньше промежуток между трубами; обычно его величина около 9 мм. В среднем толщина верхней и нижей досок находится в пределах 15 – 25 мм, а промежуточных – 5 – 10 мм. В собранном виде воздухоподогреватель представляет собой жесткую конструкцию.

В зависимости от количества нагреваемого воздуха, требуемой температуры и величины поверхности трубчатые воздухоподогреватели имеют различную компоновку. Нагрев воздуха до 200 – 250 °С можно достигать в одноходовом воздухоподогревателе, до 350 – 400 °С – в двухходовом или в двухъярусном многоходовом, выполняемом обычно в рассечку с водяным экономайзером (см. рис. 3.21). При нагревании трубы воздухоподогревателя удлиняются в большей мере, чем короба, а тем более колонны каркаса, поэтому крепления трубных досок к каркасу котла и коробам должны быть подвижными, чтобы компенсировать разницу в удлинении. Трубчатый воздухоподогреватель состоит из отдельных секций, которые иногда называют кубами. Каждый куб представляет собой законченную конструкцию со своими трубными досками, размеры которых являются кратными ширине газохода. Деление воздухоподогревателя на секции позволяет транспортировать их и упрощает монтаж. При сборке секции воздухоподогревателя устанавливают рядом, чтобы заполнить все сечение газохода.
Во избежание перетока воздуха в газы через зазоры между трубными досками соседних секций ставят уплотнительные полосы (компенсаторы).

В зависимости от скорости воздуха и величины поверхности нагрева воздухоподогреватели выполняют одно- и многоходовыми (рис. 3.22). Число ходов и скорость воздуха связаны: при увеличении числа ходов увеличивается скорость воздуха. Применение труб малого диаметра привело к созданию конструкции так называемого малогабаритного воздухоподогревателя. Для сохранения прежнего значения скорости газов с уменьшением диаметра труб необходимо увеличить их число, которое определяется отношением живого сечения для прохода газов к сечению трубы:

, (3.1)

где f – живое сечение всех труб воздухоподогревателя, определяемое из условия обеспечения заданной скорости газов, м².

 

 

Рис. 3.22. Схема компоновки воздухоподогревателей: а – многоходовая однопоточная;
б – одноходовая однопоточная; в и г – многоходовые двухпоточные

 

При уменьшении диаметра труб коэффициент теплопередачи увеличивается пропорционально изменению диаметра в степени 0,2. Поэтому при снижении диаметра поверхность нагрева несколько уменьшается.

Иногда применяют так называемые обращенные воздухоподогреватели, в которых в отличие от обычных продукты сгорания проходят в межтрубном пространстве, а нагреваемый воздух – внутри труб (рис. 3.23). Преимущество обращенных трубчатых воздухоподогревателей состоит в том, что трубные доски вынесены из зоны обогрева и работают при более низких температурах. К недостаткам их можно отнести более высокую по сравнению с традиционными загрязненность золой. В ряде случаев при необходимости нагрева воздуха до более высоких температур (400 °С и выше) применяют различные нетрадиционные конструкции воздухоподогревателей: змеевиковые воздухоподогреватели – из плоских и спиральных змеевиков (рис. 3.23, в и д), преимущества которых состоят в высокой компактности при относительно большой длине труб и в удачном решении вопросов компенсации температурных удлинений, и радиационные панельныевоздухоподогреватели, располагаемые в топке или другой зоне высоких температур.

 

Рис. 3.23. Классификация конструкций воздухоподогревателей: а – обычные трубчатые;
б – обращенные трубчатые; в – змеевиковые; г – экранные; д – спиральные

 

В котлах большой производительности получили широкое распространение регенеративныевоздухоподогреватели. Регенеративный вращающийся воздухо-
подогреватель (РВП) состоит из цилиндрического ротора, медленно вращающегося вокруг вертикальной оси, и из патрубков, через которые к ротору подводятся и отводятся дымовые газы и воздух (рис. 3.24). Находящиеся в роторе вертикальные стальные пластины попеременно то нагреваются проходящим потоком продуктов сгорания, то, попадая в воздушный поток, отдают воздуху полученную от газов теплоту и охлаждаются. Основными преимуществами таких воздухоподогревателей являются их сравнительно малые масса и наружные размеры; главными недостатками – повышенная стоимость изготовления и трудность их уплотнения, вследствие чего в продукты сгорания попадает больше воздуха, чем в воздухоподогревателях трубчатого типа.

Ротор регенеративного вращающегося воздухоподогревателя состоит из большого числа клиновидных секций. Каждая секция представляет собой ряд вертикальных пластин, скрепленных рамкой. Пластины имеют различную форму, обеспечивающую наличие между ними щелей для прохождения продуктов сгорания и воздуха. В показанной на рис. 3.24 конструкции воздухоподогревателя электродвигатель установлен сбоку от ротора. Ротор регенеративного воздухоподогревателя имеет частоту вращения 2 – 5 мин^–1, так что набивка попеременно находится то в газовом, то в воздушном потоке; движение газа и воздуха противоточное. Вращающийся ротор закрыт плотным неподвижным кожухом, к верхней и нижней частям которого присоединены воздушный и газовый короба. Сечение для прохода воздуха обычно меньше, чем для прохода газов, и составляет 30 – 40 % общего сечения ротора. Газовая и воздушная сторона разделены секторной плитой, которая является элементом уплотнения, препятствующим перетоку воздуха в газовый тракт.

 

 

Поверхность нагрева состоит из специальных пакетов, расположенных по высоте в
2 – 3 ряда. Каждый пакет установлен в соответствующие ячейки ротора. Такое устройство воздухоподогревателя позволяет легко заменять изношенные элементы. В качестве набивки применяют волнистые листы с толщиной 0,5 – 1,25 мм. Более толстые листы обычно используют только для наиболее холодной части подогревателя, где наблюдается большая опасность газовой коррозии. Конфигурация листов должна обеспечить определенное расстояние между ними для прохода газа и воздуха и хороший коэффициент теплопередачи.

Регенеративные воздухоподогреватели имеют ряд преимуществ: малые габариты и массу, меньшую опасность газовой коррозии. Последнее объясняется тем, что температура набивки в регенеративных подогревателях мало отличается от средней величины температур газа и воздуха даже при загрязнении летучей золой теплопередающих листов. Главное же то, что в этих подогревателях допускается большой износ листов, так как возникающие сквозные отверстия в набивке не являются очагом перетока воздуха. Поэтому набивку меняют лишь при износе, равном 20 % ее массы. По сравнению с трубчатыми эти воздухоподогреватели дают несколько больший присос воздуха в продукты сгорания.

Широкое применение РВП получили благодаря ряду их преимуществ по сравнению с трубчатыми: 1) меньшим затратам металла; 2) возможности использования неметаллической антикоррозийной поверхности нагрева без ухудшения теплообмена; 3) меньшим габаритам по высоте; 4) простоте организации обдувки и промывки поверхности нагрева от золовых отложений. В качестве поверхности нагрева (набивки) используют керамические блоки, эмалированные листы стали, стеклянные и керамические шарики. Однако вследствие ряда эксплуатационных недостатков эти набивки пока еще не получили широкого распространения. Наряду с достоинствами РВП имеют существенные конструктивные и эксплуатационные недостатки: 1) наличие вращающихся элементов; 2) наличие системы водяного охлаждения ротора и подшипников; 3) сложность уплотнений и повышенные перетоки воздуха в газовый поток (от 10 до 20 %).

Пароперегреватели

 

Пароперегреватель является наиболее ответственным элементом котла, металл которого работает обычно при наиболее высоких температурах. Кроме того, это один из основных теплоиспользующих элементов, значение которого возрастает с повышением параметров пара. В котельных агрегатах, работающих при давлении 1,3 – 1,5 МПа с перегревом пара до 350 °С, отношение количества теплоты, затрачиваемой на перегрев пара ∆ h_пп,к теплоте испарения r составляет 0,20, а отношение пароперегревательной поверхности к испарительной – 0,3. При использовании пара давлением 9 – 14 МПа с температурой
500 – 550 °С отношение величины ∆ h_пп⁄r возрастает до 0,5 – 0,75, а отношение поверхностей пароперегревателя к испарительным – до 0,7 – 1,3. Трубные змеевики пароперегревателей работают в наиболее тяжелых температурных условиях, что в основном определяется расположением их в зоне высоких температур продуктов сгорания и низким коэффициентом теплоотдачи пару. Для изготовления пароперегревателей требуется легированная высококачественная сталь, которая вследствие высоких температур работает на пределе своих прочностных возможностей. Для повышения степени перегрева пара увеличивают поверхность пароперегревателя, повышают требования к качеству используемого металла, в связи с чем возрастает стоимость котла.

Пароперегреватель представляет собой систему параллельно включенных (по пару) змеевиков из труб малого диаметра (30 – 40 мм), омываемых с наружной стороны продуктами сгорания топлива. По условиям внешнего тепловосприятия различают: конвективные, радиационные и конвективно-радиационные пароперегреватели. Последние в настоящее время имеют основное применение, причем в связи с повышением параметров пара наблюдается систематическое повышение температурной зоны их включения. Так, если ранее начальная температура газов перед пароперегревателем допускалась не выше
750 – 800 °С, то сейчас она составляет 950 – 1000 °С, и пароперегреватель вплотную приближен к топке. В этих условиях радиационная составляющая общего коэффициента внешней теплоотдачи повышается до 35 – 40 %, а удельная тепловая нагрузка пароперегревательных змеевиков доходит до 100 – 200 тыс. кДж/(м²·ч). В некоторых случаях современные пароперегреватели частично перемещаются в топку в виде ширмовых радиационных секций.

При рассмотрении температурных условий работы пароперегревательных труб необходимо принять во внимание вышесказанное, используя для этого известное выражение

t _ст= t_р.т + β μq (1 /α_п + δ_в /λ_в + δ_м / λ_м), (3.2)

которым будут определяться многие расчетно-конструктивные параметры рационально выполненного пароперегревателя. Скорость пара в змеевиках является важным параметром, необходимым для их охлаждения, доведения до минимума разности температур стенки трубы и рабочего вещества. Скорость пара в змеевиках связана с коэффициентом внутренней теплоотдачи согласно известному критериальному уравнению

Nu = c Re^0.8Pr^0.43, (3.3)

откуда можно получить

α_пп = А(ω_п γ_п) ^0.8/ d_в ^0.2, (3.4)

где α_пп – коэффициент теплоотдачи, кДж/(м²·ч·К); А – числовой коэффициент, учитывающий все прочие параметры работы пароперегревателя; ω_п γ_п – массовая скорость пара, кг/(м²·с);
d_в – внутренний диаметр змеевика, м.

Из зависимости видно, что коэффициент теплоотдачи α_пп зависит от массовой скорости ω_п γ_п. С повышением скорости пара в змеевиках увеличивается их сопротивление. Однако это легко компенсируется некоторым повышением давления в барабане и испарительных трубах котла. Для обеспечения при указанных выше тепловых нагрузках разности температур ∆t=t_сх – t_п до желательного значения (15 – 20 °С) необходимо принимать следующие значения массовой скорости перегреваемого пара: для радиационных пароперегревателей ωγ = 1200 кг/(м²·с); для ширмовых пароперегревателей ωγ = 700 ¸ 800 кг/(м²·с); для конвективных пароперегревателей ωγ =400 ¸ 600 кг/(м²·с). При нарушении этих условий будет повышаться температура стенки трубы пароперегревателя, что может вызвать ее перегрев до опасного для ее прочности предела. Кроме того, повышенные скорости пара, перегретого в змеевиках, исключают возможность разрушения труб за счет окалинообразования (коррозии) с внешней и особенно с внутренней поверхности.

Однако надежная работа пароперегревателя не обеспечивается только правильным выбором массовой скорости. Необходимо при разработке конструкции избегать конструктивной нетождественности элементов пароперегревателя, а также неравномерности распределения пара по отдельным змеевикам (гидравлическая неравномерность) и равномерности обогрева отдельных змеевиков (тепловая неравномерность). Необходимо также учитывать влияние изменения давления пара по длине коллекторов на его распределение по отдельным змеевикам. Для надежной работы пароперегревателя и его оптимальной стоимости необходимо помимо обеспечения достаточной скорости и равномерного распределения пара по змеевикам создать наиболее рациональную схему включения змеевиков по ходу продуктов сгорания. Выбор схемы пароперегревателя, его конструкция и компоновка зависят от параметров пара, способа сжигания и свойств топлива, условий регулирования и эксплуатации, профиля и назначения котельного агрегата.

Сложные и часто противоречивые требования к пароперегревателю привели к созданию разнообразных конструкций. По взаимному направлению потоков газа и пара пароперегреватели подразделяют на параллельноточные, противоточные и со смешанным током (рис. 3.25). Наибольшая поверхность нагрева при прочих равных условиях получается при параллельном токе, наименьшая – при противотоке. Однако в противоточном пароперегревателе выходная часть змеевиков имеет наиболее высокие тепловые нагрузки.
В результате этого температура стенки может быть очень высокой, что потребует применения более дорогих высоколегированных сталей, чем в случае применения параллельноточной схемы. Поэтому когда использование противотока приводит к значительному удорожанию поверхности нагрева, используют схемы с двойным противотоком или смешанным током. Параллельный ток продуктов сгорания и пара во всем пароперегревателе в последние годы практически не применяется, так как в этом случае кроме значительного увеличения поверхности имеется реальная опасность перегрева и пережога змеевиков со стороны входа насыщенного пара. Последнее вызывается тем, что в начальной части змеевиков происходят испарение вынесенных паром частиц котловой воды и выпадение в виде накипи содержащихся в ней солей. Возникающее при этом внутреннее тепловое сопротивление в сочетании с большой удельной тепловой нагрузкой q приводит к весьма значительному повышению температуры металла. Следовательно, перегреватель такого типа лишается основного преимущества – наиболее низкой температуры металла в области большой удельной тепловой нагрузки. Этим объясняется наиболее частое применение смешанной схемы включения пароперегревателя (см. рис 3.25, г).

При смешанной схеме большая по размерам и первая по ходу пара часть перегревателя выполняется противоточной, а завершение перегрева пара происходит во второй его части с параллельным током газа и пара. Такая схема позволяет получить более умеренную температуру пара в области наибольшей удельной тепловой нагрузки в начале газохода, определяемой высокой температурой газов и лучеиспусканием газового объема топки с большой толщиной излучающего слоя. Перегрев пара завершается при меньшей удельной тепловой нагрузке и сниженной температуре газов, а начальная осушка пара переносится в конец газового тракта перегревателя, где некоторое накапливание солей не представляет опасности для пароперегревателя. Соотношение противоточной и параллельноточной частей перегревателя выбирают из условия выравнивания температуры металла в точках 1 и 2
(см. рис. 3.25, г) или выполнения противоточной части из простой углеродистой стали; при этом промежуточная температура пара должна быть не выше 400 – 425 °С. Конструктивное оформление смешанных схем пароперегревателя осложняется применением промежуточных коллекторов, необходимых для уменьшения числа змеевиков в параллельноточной части и повышения скорости пара и отвода теплоты от стенки труб, работающих с высокой тепловой нагрузкой. Другим назначением промежуточных коллекторов является перемешивание пара, благодаря чему удается выровнять температуру пара в змеевиках.

Рис. 3.25. Схема взаимного движения пара и газа в пароперегревателях: а – параллельный ток;
б – противоток; в, г – смешанный ток

 

В современных котельных агрегатах применяют пароперегреватели конвективные и комбинированные (горизонтальные и вертикальные). Конвективный пароперегреватель размещают в газоходе котельного агрегата обычно сразу же за топкой, отделяя его от топки двумя-тремя рядами кипятильных труб в вертикально-водотрубных котлах или небольшим фестоном, образованным трубами заднего экрана, в котельных агрегатах экранного типа. Комбинированный пароперегреватель состоит из конвективной части, размещаемой там же, где и конвективный пароперегреватель, а также радиационной и полурадиационной частей, размещаемых в топке. Конвективный пароперегреватель устанавливают в котлах низкого и среднего давления, а в некоторых случаях – высокого давления, когда температура пара не превышает 440 – 510 °С. В котлах высокого давления при необходимости очень высокого перегрева пара устанавливают пароперегреватели комбинированного типа.

Конвективный пароперегреватель (рис. 3.26, а) для котлов ДКВР, КЕ и ДЕ, рассчитанный на давление 1,4 и 2,3 МПа, выполняют одноходовым, а на давление 4,0 МПа – двухходовым. Входные концы труб пароперегревателя развальцовывают в верхнем барабане 3 котла, выходные – приваривают к камере перегретого пара 2. Конвективный пароперегреватель котельных агрегатов экранного типа с естественной циркуляцией
(см. рис. 3.26, б) обычно выполняют из двух последовательно расположенных групп змеевиков. Насыщенный пар из барабана 4 котла поступает в камеру 5, из которой он проходит в систему змеевиков 9, второй по ходу газов ступени пароперегревателя. На этой ступени пар движется навстречу потоку продуктов сгорания. Пройдя вторую ступень пароперегревателя, частично перегретый пар поступает в ее выходную камеру 8, служащую промежуточной камерой, где происходят перемешивание пара, поступающего из различных змеевиков, и выравнивание его температуры. Отсюда пар через систему перепускных труб переходит во вторую промежуточную камеру 7, являющуюся входной камерой в первую по ходу газов ступень пароперегревателя 10, пройдя которую, пар направляется в камеру перегретого пара 6и затем – в главный паропровод.

 

 

Рис. 3.26. Конвективные пароперегреватели: а – типа ДКВР, ДЕ, КЕ; б – экранного типа: 1 – трубы пароперегревателя; 2 и 6 – камеры перегретого пара; 3 и 4 – барабаны котла; 5 – камера насыщенного пара; 7 – промежуточная камера; 8 – выходная камера; 9 – змеевики; 10 – первая ступень пароперегревателя

 

Комбинированный пароперегреватель современного котла высокого давления обычно состоит из конвективной, радиационной и полурадиационной частей. Пар из барабана поступает в радиационную часть, размещенную на потолке топочной камеры, затем в полурадиационную (ширмовую) часть, расположенную на выходе из топки, и далее по потолочным трубам в змеевики конвективного пароперегревателя. Пройдя эту ступень, пар через пароохладитель и вторую конвективную ступень выходит в сборный коллектор и затем направляется в паропровод. Радиационная часть пароперегревателя характерна тем, что основное количество теплоты от продуктов сгорания она воспринимает за счет излучения от факела. Ее размещают не только на потолке, но часто на стенах топки, аналогично расположению экранных труб. Полурадиационные ширмовые пароперегревателивыполняют в виде отдельных плоских ширм из параллельно включенных труб. Ширмовый пароперегреватель воспринимает теплоту как конвекцией от продуктов сгорания, омывающих трубы, так и излучением слоя этих газов, проходящих между ширмами. Пароперегреватель оборудован предохранительным клапаном диаметром не менее 25 мм, устанавливаемым со стороны перегретого пара, запорным вентилем для отключения перегревателя от паровой магистрали, прибором для измерения температуры перегретого пара, устанавливаемым на выходе пара из перегревателя. Предохранительный клапан служит для защиты от перегрева и пережога перегревательных змеевиков в моменты резкого снижения нагрузки котла, когда повышается давление пара и открываются основные предохранительные клапаны на котельном барабане. При этом пропуск пара через перегреватель прекращается или резко снижается, а высокая температура в его газоходе еще сохраняется, в связи с чем и возникает необходимость защиты от пережога змеевиков пароперегревателя. Эту защиту и выполняет устанавливаемый на выходном коллекторе отдельный дополнительный предохранительный клапан, открывающийся с некоторым опережением (на 0,1 – 0,3 МПа) открытия основных предохранительных клапанов котла.

При наличии регулятора температуры перегретого пара приборы для измерения температуры устанавливают перед регулятором и за ним, предусматривают также продувочные вентили на коллекторах для продувки перегревателя паром, образующимся в котле во время растопки. Изменение температуры перегретого пара в процессе эксплуатации котла при его переменных нагрузках, а также вследствие колебаний качества топлива и условий его сжигания требует постоянного ее регулирования. Задачей регулирования является обеспечение нормальной температуры пара, подаваемого потребителю. Температуру пара регулируют изменением тепловосприятия отдельных поверхностей (газовое регулирование) или понижением теплосодержания пара на участке пароперегревателя (паровое регулирование).

При паровом регулировании применяют пароохладители поверхностного (теплообменники) и впрыскивающего типов. Пароохладители устанавливают на входе, выходе или в промежуточном сечении пароперегревателя. При установке пароохладителя в выходном сечении пароперегревателя температура пара поддерживается на заданном уровне только за пароохладителем, а перед ним она может сильно повыситься, что может неблагоприятно сказываться на надежности работы пароперегревателя. При установке пароохладителя на входе и в рассечку температура пара регулируется на всем тракте за пароохладителем. Кроме того, действие пароохладителя в этом случае быстрее сказывается на изменении температуры пара, что снижает инерционность регулирования.

Поверхностный пароохладитель с охлаждением пара питательной водой представляет собой трубчатый теплообменник (пароводяной). Охлаждающая вода движется по трубам, а весь пар проходит в межтрубном пространстве. Пароохладители подобного типа одновременно являются коллекторами пароперегревателей. Степень охлаждения пара зависит от расхода воды на пароохладитель. При этом изменяется температурный перепад и – в меньшей степени – коэффициент теплопередачи. Расход воды в пароохладителе изменяется с помощью клапана. Пароохладители поверхностного типа обычно могут снижать температуру пара на 40 – 50 °С. При этом через пароохладитель проходит до
40 – 60 % расхода питательной воды. Нагретая вода в пароохладителе повышает температуру питательной воды на 20 – 25 °С, что повышает температуру газов, покидающих экономайзер, и в меньшей степени температуру уходящих газов. Для уменьшения потери с уходящими газами иногда обратную линию от пароохладителя присоединяют к промежуточному коллектору экономайзера.

Во впрыскивающем пароохладителе охлаждающая вода вводится в трубопровод пароперегревателя через сопла. Мелкораздробленные капли воды, смешиваясь с перегретым паром, нагреваются и испаряются, что приводит к охлаждению пара. От трубопровода питательной воды (до регулирующего клапана) ответвляется линия впрыска с регулирующим вентилем. В месте ввода впрыска в трубопровод расположена распыливающая гильза. Для предохранения металла трубопровода от резкого охлаждения на длине 3 – 4 м коаксиально установлена тонкая сварная труба, отделенная от основной трубы паровой прослойкой. От места ввода впрыска до коллектора трубопровод имеет длину
5 – 8 м, что обеспечивает необходимое время для полного испарения капелек влаги.

При работе впрыскивающего пароохладителя пар частично образуется в пароперегревателе, тем самым пароперегреватель в некоторой мере становится испарительной поверхностью нагрева. Таким образом, расход пара из котла слагается из количества пара, полученного в испарительных трубах (90 – 95 %) и в пароперегревателе
(10 – 15 %). Вода впрыска смешивается с паром и, если содержание примесей в ней велико, это приводит к заметному загрязнению пара. Поэтому содержание примесей во впрыскиваемой воде не должно существенно превышать содержание примесей в паре. Впрыскивающие пароохладители применяются для регулирования первичного пара в котлах всех типов. Особенно широко они используются в прямоточных котлах.

Температуру пара регулируют изменением соотношения тепловосприятия пароперегревательных и испарительных поверхностей со стороны продуктов сгорания. Существуют следующие способы регулирования: 1) изменением температуры газа на выходе из топки поярусным переключением горелок; 2) рециркуляцией газа из конвективных газоходов в топку; 3) изменением расхода продуктов сгорания, проходящих через конвективный пароперегреватель.

При рециркуляции часть газов из конвективного газохода специальным вентилятором подается в нижнюю часть топки, в результате чего снижается температура горения; тем самым уменьшается тепловосприятие радиационной поверхности. Вместе с тем тепловосприятие конвективной поверхности увеличивается за счет некоторого увеличения как температуры газа, так и его скорости. В котле с конвективным перегревателем рециркуляцию газа используют при работе на малых нагрузках как способ повышения температуры пара. При номинальной нагрузке рециркуляцию газа прекращают. Этот способ регулирования не требует дополнительной поверхности нагрева пароперегревателя и увеличения мощности дымососа, так как при максимальной нагрузке рециркуляция выключается.

Регулирование температуры пара изменением расхода продуктов сгорания через конвективную часть пароперегревателя может быть выполнено по двум основным схемам.
В первой схеме пароперегревательную поверхность нагрева шунтирует свободный газоход. Величиной перепуска газа регулируется тепловосприятие пароперегревателя. При этом регулирующая заслонка находится в области высоких газовых температур, что требует выполнения ее в виде охлаждаемой конструкции. Эта схема применяется редко. Во второй схеме газоход котла разделен на две части: в одной размещается пароперегреватель, в другой – какая-либо иная конвективная поверхность нагрева (например, часть экономайзера или пакета переходной зоны). При уменьшении расхода газа через пароперегреватель его тепловосприятие снижается за счет уменьшения коэффициента теплопередачи и температурного напора. При регулировании изменением расхода газа несколько снижается экономичность работы котла вследствие повышения температуры уходящих газов.