Водотрубный парогенератор шатрового типа принцип работы

Обновлено: 16.05.2024

Простейший вертикальный водотрубный котел (котлы такого типа наиболее распространены на флоте) имеет два барабана, соединенных трубками (рис. 14).

Эти трубки внутри заполнены водой или образующейся пароводяной смесью (поэтому это водотрубный котел) и снаружи обогреваются продуктами сгорания, которые образуются в точке6 в результате горения смеси топлива с воздухом, поступающей в топку через форсунку 8 и окружающее ее отверстие воздухонаправляющего устройства 7. Продукты сгорания удаляются через дымовую трубу (показано стрелкой).

В соответсвии с законами теплопередачи очевидно, что при горении топлива в топке теплота излучением (радиацией) будет передаватся всем поверхностям, окружающим топку. В кипятильных 5 и экранных трубках 8 (здесь и далее рис. 15) будет происходить кипение воды, и образующаяся пароводяная смесь поднимается вверх и попадает в пароводяной барабан, откуда отбирается пар. На место поднимающейся вверх пароводяной смеси, которая образуется из воды водяного коллектора 10, в этот коллектор должна возвращаться вода из пароводяного барабана. Это осуществляется посредством опускных труб 7, которые, хотя и находятся в топке, защищены от излучения экраном, функции которого выполняют кипятильные трубки 8.

Таким образом, в топке котла теплота продуктов сгорания передается кипятильным трубкам двумя механизмами: конвекцией и излучением.

Естественная циркуляция воды и пароводяной смеси осуществляется за счет разницы плотностей воды в опускных трубках и пароводяной смеси в подъемных кипятильных трубках.

2.4. Вертикальный водотрубный парогенератор с естественной циркуляцией

Как правило на дизельных судах устанавливаются и вспомогательные, и утилизационные котлы. Обычно на ходу потребности судна в паре обеспечиваются работой утилизационных котлов (греющим агрегатом в которых являются продукты сгорания, отходящие от главного двигателя), а на стоянке – работой вспомогательных котлов. Количество утилизационных и вспомогательных котлов определяется потребностями судна в паре. Например, на танкерах, где повышенное количество пара необходимо для разогрева груза, мытья танков, работы механизмов с паровым приводом (например, грузовых насосов), устанавливают обычно два вспомогательных котла повышенной паропроизводительности.

Паропроизводительность вспомогательных котлов составляет 1,5÷15 т/ч, а рабочее давление – 0,5÷1,5 МПа.

В качестве вспомогательных наиболее широко на дизельных судах используются вертикальные водотрубные котлы с естественной циркуляцией однопроточного типа. Некоторые из них выполняются с развитыми поверхностями нагрева, т.е. кроме парообразующих имеются и другие поверхности нагрева (пароперегреватели, экономайзеры, воздухоподогрева-тели). Изображенный на рис. 15 котел имеет пароводяной барабан 5 (или коллектор, так как он собирает пароводяную смесь и разделяет ее на воду и пар), верхняя часть которого заполнена паром и называется паровым пространством. Нижняя часть вместе с водяным коллектором 10 и соединяющими их трубами 7, 8, 11 заполнена водой и называется водяным пространством. Поверхность раздела парового и водяного пространств называется зеркалом испарения, уровень которого меряется двумя водомерными стеклами 6.

Трубы 8 обычно располагаются вплотную друг к другу и образуют сплошной боковой экран. Трубы 11 составляют многорядный притопочный парообразующий пучок.

Необогреваемые (защищенные экраном, от действия радиации или излучения) трубы 7 называются опускными. По ним вода из пароводяного коллектора 5 отпускается вниз в коллектор 10 и далее поступает в трубы 8 и 11. Эти трубы обогреваются продуктами сгорания, которые образуются в топке в результате горения топлива, которое подается в топку через топочное устройство. Так как трубы 8 и 11 обогреваются, на внутренних поверхностях стенок образуются пузырьки пара, которые вместе с водой поднимаются вверх, и поэтому эти трубы называются подъемными.

Рис. 15. Водотрубный вертикальный ВПК с естественной циркуляцией

При выходе из подъемных труб паровые пузырьки проходят через слой воды и зеркало испарения в коллекторе и попадают в его паровое пространство. Неиспарившаяся часть воды смешивается в коллекторе с непрерывно поступающей питательной водой и опять участвует в естественной циркуляции по описанной схеме.

Пространство, ограниченное передней (не видно) и задней стенками, экранными трубами 8 и трубами первого ряда притопочного пуска 11, называется топкой.

Топочное устройство 9, расположенное на передней стенке, состоит из форсунки, куда поступает топливо, и воздухонаправляющего устройства, через которое в топку идет необходимый для сгорания топлива воздух. В топке сгорает топливо и образуются продукты сгорания, имеющие высокую температуру, которые, двигаясь по газоходам котла, последовательно обогревают все поверхности нагрева.

За притопочным парообразующим пучком располагается пароперегреватель. Насыщенный пар (НП) из пароводяного коллектора поступает во входной коллектор пароперегревателя и, проходя по трубам, перегревается. Из выходного коллектора пароперегревателя пар направляется к потребителям (ПП).

За пароперегревателем располагаются хвостовые поверхности нагрева, к которым относятся экономайзер и воздухоподогреватель. Питательная вода (ПВ) в количестве, равном суммарному количеству отбираемого пара, питательным насосом подается во входной коллектор экономайзера. Из него вода поступает в параллельно включенные трубы 13, где подогревается, но не доводится до кипения. Из выходного коллектора экономайзера вода через питательный клапан 16 направляется в пароводяной коллектор.

Последним по ходу газов является воздухоподогреватель, который состоит из труб 14, закрепленных в нижней и верхней трубных досках 1. Газы проходят внутри. Снаружи трубы омываются воздухом (В), подаваемым вентилятором. Нагретый воздух поступает к топочному устройству.

Все стенки парогенератора представляют собой прочный металлический каркас, к которому крепятся коллекторы, листы обшивки, покрытые теплоизоляционными материалами. Обычно делают двойные стенки, пространство между которыми заполнено воздухом, подаваемым в воздухонаправляющий аппарат и далее в топку.

Передняя и задняя стенки топки и газоходов в районе парообразующего пучка и пароперегревателя с внутренней стороны выкладывается огнеупорным кирпичом. Такая кладка называется футеровкой.

Уровень воды и давление пара в пароводяном коллекторе контролируют с помощью водомерных стекол 6 и манометра 3. Для защиты парогенератора от повышения давления выше допустимого служат предохранительные клапаны 4.

Развитие хвостовых поверхностей нагрева связано с усложнением конструкции, увеличением габаритов, массы и стоимости парогенератора, а также с увеличением аэродинамического сопротивления движению воздуха и газов и расходов энергии на его преодоление. Поэтому паровые котлы, предназначенные для теплоснабжения судна, обогрева жидкого груза и работы паровых насосов, выполняют без хвостовых поверхностей и пароперегревателя; они имеют только парообразующую поверхность. Главное преимущество их заключается в простоте конструкции, компактности и более высокой надежности в работе (повышенный расход топлива, который имеет место при более низких значениях КПД, не имеет существенного значения в тепловом балансе всей энергетической установки).

Наряду с вертикальными на морском флоте достаточно часто встречаются горизонтальные паровые котлы (рис. 16), которые широко использовались в качестве главных на паровых судах с паропоршневыми машинами (в частности, на судах типа “Либерти”).

К пароводяному коллектору 1 трубами 2 присоединяются волнистые передние камеры 3, из которых выходят прямые парообразующие трубы 4, противоположными концами входящие в аналогичные задние камеры 5. Образующийся в трубах пар отводится в коллектор по перепускным трубам 6. Направление циркуляции показано стрелками. Парообразующие трубы располагаются под углом 15–25° к горизонтали.

Рис. 16. Водотрубный горизонтальный котел (ВПК) с естественной циркуляцией

Таким образом, ВПК состоит из нескольких секций, каждая из которых имеет переднюю и заднюю камеры, соединяющие их парообразующие трубы и перепускную трубу. Рассматриваемый тип ВПК называют также секционным.

По тепловой нагрузке парообразующей поверхности нагрева и массогабаритным показателям водотрубные горизонтальные ПК уступают вертикальным, так как из-за малого наклона труб циркуляция воды менее интенсивна, а волнистые камеры с плоскими стенками громоздки и тяжелы.

Преимущества горизонтальных ВПК заключаются в том, что эти ПК собираются из одинаковых по конструкции секций и поэтому выгодны для крупносерийного производства. Применение прямых труб, которые легко чистить, а при необходимости и заменить, делают такие котлы удобными в эксплуатации и неприхотливыми к качеству питательной воды.

Прямоточные паровые котлы в своей конструкции не имеют барабана. Вода проходит сквозь испарительный трубопровод однократно, превращаясь в пар постепенно. Процесс парообразования прекращается в переходной зоне. Поступающая из испарительного трубопровода пароводяная смесь идет в пароперегреватель, в котором температура пара доводится до требуемых параметров. Большинство прямоточных паровых котлов оснащены промежуточным паропрогревателем, который используется для повторного нагрева пара, поступающего из турбинной установки. Повторно нагретый пар возвращается на турбину. Прямоточный паровой котел представляет собой разомкнутую гидросистему. Такие котельные установки могут работать как на сверхкритических, так и на докритических давлениях. Среди модификаций прямоточных котлов присутствуют: (См. также: Каминные часы)

паровые котлы высокого давления,
паровые котлы среднего давления,
паровые котлы низкого давления.

Для прямоточных котельных установок не требуется помещений особой конструкции. По отношению к прямоточным котлам в значительной мере снижены требования по технадзору и регулярному эксплуатационному контролю.

Классификация[ | ]

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы могут быть подразделены на две группы:

газотрубные (жаротрубные, дымогарные) котлы
водотрубные котлы

Водотрубные котлы по принципу движения воды и пароводяной смеси подразделяются на:

барабанные (с естественнойruen и принудительной циркуляцией: за один проход по испарительным поверхностям испаряется лишь часть воды, остальная возвращается в барабан и проходит поверхности многократно)
прямоточные (среда между входом и выходом котла движется последовательно, не возвращаясь)

В водотрубных парогенераторах внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В газотрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а теплоноситель омывает трубы снаружи.

По типу топочных устройств паровой котел подразделяется на:

Слоевые топки с плотным слоем
с кипящим слоем

факельные прямоточные

По виду сжигаемого топлива подразделяются на:

Паровые котлы, работающие на газообразном топливе.
Паровые котлы, работающие на твердом топливе.
Паровые котлы, работающие на жидком топливе (мазуте или солярке).
Паровые котлы, работающие на электрической энергии.

Котлы с камерной конструкцией топки работают на пылевидном топливе, в то время как со слоевой конструкцией сжигают твердое топливо.

Обозначения[ | ]

Согласно ГОСТ 3619-89, стационарные паровые котлы имеют следующую структуру обозначения:

Пр — с принудительной циркуляцией (вода из барабана подаётся в испарительные поверхности специальными насосами);
Прп — с принудительной циркуляцией и промежуточным перегревом пара;
Е — с естественной циркуляцией (под действием разности плотностей воды и пара);
Eп — с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом пара;
П — прямоточные;
Пп — прямоточные с промежуточным перегревом пара;
К — с комбинированной циркуляцией (в одних поверхностях естественная, в других принудительная);
Кп — с комбинированной циркуляцией и промежуточным перегревом пара.

D Паропроизводительность котла, /. P Давление на выходе из котла, МПа (ранее часто указывалось в кгс/см²) T Температура на выходе из котла, (для котлов, генерирующих насыщенный пар, не указывается). Если температура после промперегрева отличается от температуры первичного пара, она указывается через дробь. F Вид топлива (если топка не слоевая):

К — каменный уголь и полуантрацит (тощий уголь);
А — антрацит, антрацитовый штыб (шлам);
Б — бурый уголь, лигниты;
С — сланцы;
М — мазут;
Г — природный газ;
О — отходы, мусор;
Д — другие виды топлива.

Т — камерная топка с твердым шлакоудалением;
Ж — камерная топка с жидким шлакоудалением;
Р — слоевая топка (решетка);
В — вихревая топка;
Ц — циклонная топка;
Ф — топка с кипящим (флюидизированным) слоем (стационарным и циркулирующим);
И — иные виды топок, в том числе двухзонные.

Преимущества прямоточных паровых котлов

Главным преимуществом прямоточных котлов является минимальный срок, необходимый для приведения его в рабочее состояние и укороченное время нагрева. С учетом этих характеристик, прямоточные котлы используются в качестве резервных установок, применяющихся в часы пиковых нагрузок и при сбоях и неисправностях основных котельных агрегатов. Чтобы жаротрубные котлы находились всегда в состоянии готовности, необходимо их поддерживать в нагретом виде долгое время, что крайне неэффективно.

Котлы, не находящиеся в регулярной ежедневной эксплуатации, имеют большие потери в состоянии простоя. Во избежание нерентабельного использования топлива и энергии в случаях нерегулярной эксплуатации оправдано применение прямоточных котлов. (См. также: Монтаж твердотопливных котлов своими руками)

Особенности конструкции прямоточных котлов требуют точного соответствия выработки пара и подачи топлива. При этом паровые котлы малой мощности, действующие по двухступенчатой схеме подачи воды и топлива, являются наиболее эффективными при нерегулярной эксплуатации. В этих установках происходит автоматическая регулировка подачи топлива и воды в зависимости от количества получаемого пара. Это позволяет значительно сокращать частоту включений и отключений горелок при колеблющихся нагрузках.

Преимуществами прямоточных котлов являются: отсутствие громоздких и тяжелых коллекторных установок; возможность вольной компоновки поверхностей нагрева; более высокая допустимая тепловая нагрузка, получаемая за счет принудительного перемещения рабочего тела; более эффективное использование поверхности нагрева; сравнительная компактность при высоком КПД; повышенная маневренность, достигаемая за счет небольшой теплоаккумулирующей возможности прямоточного котла.

Недостатки прямоточных паровых котлов

Одним из недостатков котлов прямоточной конструкции является более высокая, в сравнении с жаротрубными котлами, частота включений горелок. Другим недостатком прямоточных котлов является отсутствие аккумулирующих водяных и паровых емкостей. Эта проблема разрешается за счет регулируемой подачи топлива. Однако регулируемая подача топлива приводит к работе котла в режиме частого включения и отключения горелок при колебании режима нагрузки. Частые включения и выключения приводят к преждевременному износу автоматики контроля и регулирования. (См. также: Выбираем электрокамины для квартиры)

К тому же частые включения и выключения горелок приводят к выделению и отложению сажи, которую необходимо регулярно удалять из поверхностей нагрева. Режим частых включений и отключений горелок приводит к перерасходу топлива, так как при каждом включении топочная камера в целях безопасности вентилируется свежим воздухом. При этом, прогретый воздух удаляется через дымовую трубу.

Недостатком прямоточных котлов является и то, что питательные насосы для паровых котлов требуют дополнительных затрат на преодоление гидравлического сопротивления при прохождении пароводяного тракта. Сложности в эксплуатации создает и высокие требования по качеству воды, которые связаны с недопустимостью соляных отложений в зоне теплообмена из-за отсутствия системы продувания и внутренней обработки воды.

Прямоточные парогенераторы

Прямоточный водотрубный парогенератор

Прямоточный парогенератор — паровой котёл, в котором полное испарение воды происходит за время однократного (прямоточного) прохождения воды через испарительную поверхность нагрева.
В прямоточном котле вода с помощью питательного насоса подаётся в экономайзер, откуда поступает в составляющие испарительную поверхность змеевики или подъёмные трубы, расположенные в топке. В выходной части змеевиков испаряются остатки влаги и начинается перегрев пара.

Парогенератор прямоточного типа отличается от прочих систем принципом функционирования — работа агрегата предполагает одностороннее движение воды. Фактически это гидравлическая система разомкнутого типа, в которой жидкость осуществляет однократное прохождение через нагреваемые трубы, постепенно переходя при этом в парообразное состояние. В дальнейшем пароводяная смесь следует через пароперегреватель.

Парогенератор такой конструкции обладает отличительной чертой — отсутствием четких границ для рабочих зон (экономайзерной, парообразующей и пароперегревательной). Процесс перехода воды в пар является безостановочным, при этом практически вся питательная вода в итоге превращается в пар.

Большим преимуществом прямоточных парогенераторов по сравнению с парогенераторами с естественной или принудительной циркуляцией является отсутствие ограничения давления, благодаря чему возможны исполнения прямоточных котлов с давление пара значительно выше критического давления воды.

Прямоточные парогенераторы существуют как в вертикальном, так и в горизонтальном варианте исполнения, в зависимости от конкретных условий монтажа и потребностей производства.

Преимущества прямоточных парогенераторов

Основным преимуществом прямоточного парогенератора является отсутствие необходимости использования в производстве пара громоздких сосудов, которые наполняются водой и содержатся в процессе эксплуатации под высоким давлением. Также у парогенераторов существует целый ряд других достоинств:

Из минусов данного оборудования следует отметить обязательное наличие хорошей водоподготовки. В силу принципа работы прямоточного агрегата все соли, содержащиеся в насыщенном паре, будут оседать на внутренный поверхности змеевика (в отличие от иных систем, где посторонние частицы накапливаются в котловой воде и устраняются продувкой).

В прямоточном котле отсутствуют барабан и опускные трубы, что значительно снижает удельный расход металла и обуславливает значительно более компактное исполнение по сравнению с жаротрубными котлами. Пользуются популярностью прямоточные парогенераторы в мобильном исполнении на прицепе:

Применение прямоточных паровых котлов

Любой промышленный парогенератор имеет массу вариантов применения. Пар в качестве теплоносителя применяется практически во всех сферах производства, добычи полезных ископаемых, строительства, медицине. Прямоточные водотрубные котлы еще больше расширяют сферу применения парогенераторов за счет возможности установки на ОПО (опасных производственных объектах) и возможности дополнительного взрывозащищенного исполнения. Традиционные сферы использования:

Производство стройматериалов (ЖБИ изделия, бетонные заводы);
Строительство (очистка стройплощадки, прогрев бетона);
Пищевая промышленность (молочные, консервные, хлебозаводы, производство пива);
Сельское хозяйство (пропарка грунта, обработка зерна, кормовых культур, дезинфекция);
Деревообрабатывающее производство (термообработка древесины, пропарочные камеры);
Медицинская сфера (стерилизация инструментов, оборудования);
Топливная сфера (разогрев мазута, топлива, трубопроводных систем);
Легкая промышленность (сушильные камеры, автоклавы, термообработка);
Химическая промышленность;
Производство целлюлозно-бумажной продукции.

Состав прямоточного парогенератора

Парогенератор поставляется в следующей базовой комплектации:

Горелка для определенного вида топлива;
Сепаратор;
Набор пружинных предохранительных клапанов;
Обратный магистральный клапан;
Набор кранов для штуцеров манометров;
Манометры (для измерения давления пара, для измерения давления входящей воды);
Прессостаты (датчики уровня воды);
Предохранительные термостаты (реле) пара;
Датчик нагрева дымовых газов;
Щит управления, оснащенный аварийной сигнализацией;
Питательный насос;
Дополнительная насосная система для взаимодействия с конденсатным баком;
Вентили, краны, трубная обводка, фильтры и пр.
Платформа-основание из металла.

Каталог серийно выпускаемых прямоточных парогенераторов

Модель	Производительность, кг/ч	Расход газа, м³/ч	Рабочее давление, МПа
ПГ-100	100	7	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
ПГ-150	150	10,5	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
ПГ-200	200	14	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
ПГ-300	300	21	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
ПГ-400	400	28	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
ПГ-500	500	35	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
ПГ-600	600	42	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
ПГ-750	750	52,5	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
ПГ-1000	1000	70	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
ПГ-1200	1200	84	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
ПГ-1500	1500	105	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
ПГ-2000	2000	140	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
ПГ-2500	2500	175	0,07 / 0,7 / 1,0/ 1,3
D05-3000	3000	235	0,07 / 1,0 / 1,6 / 2,5
D05-3500	3500	274	0,07 / 1,0 / 1,6 / 2,5
D05-4000	4000	313	0,07 / 1,0 / 1,6 / 2,5
D05-5000	5000	391	0,07 / 1,0 / 1,6 / 2,5

Купить прямоточный газовый или дизельный парогенератор

Предлагаем к поставке широкую линейку прямоточных паровых котлов в различных исполнениях. Подберем оптимальный вариант оборудования под ваши потребности:

Читайте также: