Для получения перегретого пара, имеющего значительно более высокие теплофизические характеристики, в конструкциях паровых котлов используют пароперегреватели. Применение таких устройств особенно эффективно при температурах перегретого пара до 250…3000С, поскольку в противном случае долговечность данных устройств резко снижается.
Конструкция пароперегревателя
Узел включает в себя:
- Систему из 3-4 вертикально размещаемых труб, которые закольцованы между собой таким образом, что образуют широкую ленту.
- Герметичный корпус, где размещаются указанные трубы, и в котором непрерывно перемещается энергоноситель – газ.
- Двухуровневый перевязочный контур, который представляет собой соединение горизонтальной трубой крайних (с каждого торца пароперегревателя) вертикальных труб.
- Проставки, фиксирующие горизонтальные трубы в строго определённой плоскости.
- Необходимую запорно-регулирующую арматуру.
Фактически пароперегреватели представляют собой конвективного или радиационного типа теплообменники, в которых происходит процесс обмена тепла между газом и поверхностью трубопроводов.
Радиационные пароперегреватели позволяют добиться более существенного повышения температуры пара – до 3000С, поэтому изготавливаются из жаропрочных котельных сталей типа 12Х1МФ или 12Х2МФС, сохраняющих свои показатели также и при высоких давлениях.
Конвективные применяются при необходимости поднять температуру пара не более, чем до 2000С, их изготавливают из котельных низколегированных сталей типа 12МФ или 12ХМ.
Деление на радиационные и конвективные зависит от расстоянии между трубами вертикального контура: если оно не превышает (1,5…2)d, где d – наружный диаметр трубы, то теплопередача производится радиацией, а если оно составляет (2,5…5)d, то конвекцией.
Принцип действия пароперегревателя
Устройства данного типа используются также для дополнительного увеличения энергии мятого пара, уже отработавшего в основной установке – турбине или парогенераторе. Для таких пароперегревателей используется ширмовая конструкция с увеличенным расстоянием между смежными трубами (в твёрдотопливных котлах это помогает избегать зашлаковывания внутренних пространств при проходе между ними дымовых газов). В процессе теплообмена пар дополнительно нагревается. Поскольку трубы устанавливаются с небольшим уклоном в сторону выходного контура, то скорость пара даже с учётом гидросопротивлений на участках перегиба труб существенно не уменьшается.
Пароперегреватели радиационного типа устанавливаются в верхней части топочного устройства, либо на его вертикальных стенках. Это увеличивает коэффициент теплообмена на 30-40 %, за счёт чего возрастает и энергия пара. В паровых котлах барабанного типа могут устанавливаться оба вида пароперегревателей: радиационный - наверху топки, а конвективный – ближе к камере, предназначенной для аккумуляции перегретого пара. Так возможно поддерживать естественную циркуляцию теплоносителя и обеспечивать повышенные значения его давления.
Для пароперегревателей прямоточного типа энергетические характеристики пара увеличиваются по мере его приближения к выходу из узла. Подобные устройства используют на паровых котлах сравнительно небольшой мощности. Более прогрессивны пароперегреватели с противотоком: они обеспечивают равномерность температуры пара по всей длине змеевика, что повышает КПД системы в целом.
Преимущества пароперегревателей
- Повышение КПД работы котла.
- Эффективное использование тепла уходящих дымовых газов.
- Возможность передачи перегретого пара на увеличенные расстояния.
