Главной частью котлоагрегата являются топочная камера и газоходы, в которых размещены поверхности нагрева, воспринимающие тепло продуктов сгорания топлива (пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель).
Элементы котлоагрегата опираются на каркас и защищены от потерь тепла обмуровкой и изоляцией.
Котлоагрегаты применяются:
- на тепловых электростанциях (ТЭС) - для снабжения паром турбин;
- на НПЗ - для производства технического пара низкого и высокого давления, необходимого в техпроцессах нефтепереработки;
- в промышленных и отопительных котельных - для выработки пара и горячей воды на технологические и отопительные нужды;
- в судовых котельных установках.
- его назначения,
- вида применяемого топлива,
- способа сжигания,
- единичной паропроизводительности,
- давления и температуры вырабатываемого пара.
Конструкция котлоагрегата
Топочная камера
Здесь происходят сгорание топлива и частичное охлаждение продуктов сгорания в результате лучистого теплообмена между нагретыми газами и покрывающими стены топочной камеры трубами, по которым циркулирует охлаждающая их среда (вода или пар).Система этих труб называется топочными экранами.
На выходе из топки газы имеют температуру порядка 1000°С.
Пароперегреватели
Для дальнейшего охлаждения газов на их пути устанавливают трубчатые поверхности нагрева (пароперегреватели), выполняемые обычно в виде ширм - трубчатых змеевиков, собранных в плоские пакеты.Теплообмен в ширмовых поверхностях осуществляется излучением и конвекцией, поэтому часто такие поверхности называют полурадиационными.
Пройдя ширмовый пароперегреватель, газы с температурой 800-900°С поступают в конвективные пароперегреватели высокого и низкого давления, представляющие собой пакеты труб.
Теплообмен в этих и последующих поверхностях нагрева осуществляется в основном конвекцией, и они называются конвективными.
Водяной экономайзер
После пароперегревателя на пути газов, имеющих температуру 600-700°С, устанавливается водяной экономайзер.Воздухоподогреватель
Здесь газы (в зависимости от вида сжигаемого топлива) охлаждаются до 130-170°С.Дальнейшему снижению температуры уходящих из котлоагрегата газов путем полезного использования их тепла для нагрева рабочей среды препятствует конденсация на поверхностях нагрева паров воды и серной кислоты, образующейся при сжигании сернистых топлив, что приводит к интенсивному загрязнению поверхностей нагрева золовыми частицами и к коррозии металла.
Устройство очистки от золы и серы
Охлажденные газы, пройдя устройства очистки от золы и, в некоторых случаях, от серы, выбрасываются дымовой трубой в атмосферу.Твердые продукты сгорания топлива, уловленные в котлоагрегате, периодически или непрерывно удаляются через системы золоудаления и шлакоудаления.
Комплекс обдувочных и обмывочных аппаратов, вибраторов и дробеочистительных устройств
Для поддержания поверхностей нагрева в чистоте в предусматривается комплекс периодически включаемых обдувочных и обмывочных аппаратов, вибраторов и дробеочистительных устройств.По характеру движения рабочей среды котлоагрегаты бывают:
- с многократной естественной циркуляцией,
- с принудительной циркуляцией,
- прямоточные.
Образовавшийся пар отделяется от воды в барабане, а испаренная часть котловой воды возмещается питательной водой, подаваемой питательным насосом в водяной экономайзер и далее в барабан.
Движение рабочей среды по циркуляционному контуру в котлоагрегатах с естественной циркуляцией осуществляется вследствие разности плотностей пароводяной смеси в обогреваемой (подъемной) части контура и воды в необогреваемой или слабо обогреваемой (опускной) его части.
В котлоагрегатах с принудительной циркуляцией рабочая среда по контуру перемещается под действием циркуляционного насоса.
Непрерывное упаривание котловой воды в котлоагрегатах с многократной естественной или принудительной циркуляцией приводит к возрастанию концентрации растворенных и взвешенных в ней примесей (солей, окислов, гидратов окислов), которые могут, отлагаясь на внутренней поверхности обогреваемых труб, ухудшать условия их охлаждения и стать причиной перегрева металла и аварийной остановки котлоагрегата из-за разрыва труб.
Чрезмерное повышение концентрации примесей в котловой воде недопустимо из-за уноса их паром из барабана с капельками воды или в виде парового раствора в пароперегреватель, а также в турбину, где примеси оседают на лопатках турбомашины, уменьшая ее кпд.
С целью недопущения возрастания концентрации примесей в котловой воде производятся непрерывные и периодические продувки котла.
Предельно допустимая концентрация примесей определяется конструкцией и параметрами котлоагрегата, составом питательной воды и тепловыми напряжениями экранных поверхностей нагрева.
В прямоточном котлоагрегате нагрев, испарение воды и перегрев пара осуществляются за 1 проход среды по тракту.
При такой организации процесса генерации пара примеси, содержащиеся в питательной воде, не могут быть выведены из котлоагрегата продувкой части котловой воды, как это имеет место в котлоагрегате с естественной или принудительной многократной циркуляцией.
В прямоточном котлоагрегате часть примесей осаждается на внутреннюю поверхности труб, а часть (вместе с паром) поступает в турбину, где отлагается на лопатках.
Поэтому к питательной воде прямоточных котлоагрегатов предъявляются более жесткие требования в отношении ее качества.
Вода, поступающая в такие котлоагрегаты, предварительно обрабатывается в системе водоподготовки.
В энергетических установках для повышения экономичности используются схемы с вторичным (промежуточным) перегревом: пар после срабатывания части его тепловой энергии в турбине возвращается в котлоагрегат, подвергается дополнительному перегреву в пароперегревателе низкого давления и опять направляется в турбину.
Температура вторично перегретого пара обычно принимается такой же, как первично перегретого или близкой к ней.
Для поддержания температуры первичного и вторичного перегрева пара на требуемом уровне котлоагрегата снабжен регулирующими устройствами в виде смесительных и поверхностных теплообменников, систем рециркуляции части охлажденных дымовых газов в топочную камеру, приспособлениями для изменения угла наклона горелок.
Котлы для НПЗ
Потребности только в техническом паре на обычном НПЗ составляют около 500 т/час:- в ректификационных колоннах - где происходит разделение исходной смеси на компоненты при относительно небольшом избыточном давлении, основное потребление, там пар снижает температуру кипения продуктов переработки нефти;
- в пароструйных эжекторах - пар создает вакуум,
- в паровых нагревателях - пар обеспечивает нагрев фракций нефтепродуктов,
- пар высокого давления - применяется в приводах для насосов и компрессорах вместо менее мощной гидравлики.
Технологии переработки с использованием технического пара на НПЗ:
- вакуумная и воздушная перегонка (АВП) нефти;
- гидрокрекинг,
- термический крекинг;
- каталитический крекинг;
- коксование нефти;
- переработка прямогонных фракций;
- риформинг;
- вакуумная дистилляция.
Паровое оборудование для НПЗ
- трубчатые печи:
- нагреваюют продукты жидкой фракции до 350-360 °С,
- мощность - 0,5 - 5 МВт,
- теплообменное оборудование, необходимое для плавной и непрерывной передачи тепловой энергии между жидкой и газообразной нефтяной фракции:
- оснащено плавающей головкой и теплообменником с 2 трубками, 1 из которых вставлена в другую;
- выпарные емкости, где из исходной смеси (сырой нефти) выпариваются необходимые фракции:
- диапазон температур среды –30 до +270 °С.
Котлоагрегат для НПЗ
Это система сгорания топлива, куда входит топочная камера и горелка. Конденсаторы передают теплоносителю теплоту сгорания топлива (природного газа, мазута, угля и др.), вырабатывая большое количество тепловой энергии, способной превратить воду в пар.
Существуют жаротрубные и водотрубные конденсаторы:
- в водотрубных котлах:
- рабочая жидкость передвигается внутри металлических труб,
- продукт сгорания топлива проходит через систему узлов трубопроводов,
- тепловая энергия нагретого газа поступают в теплоноситель, вслед за этим направляются наружу;
- в жаротрубных агрегатах:
- в трубе (газоходе) движется накаленный газ,
- газоход расположен внутри бака, наполненного водой.
