Правотокови парни котли

В зависимост от конструкцията си котлите основно се разделят на пламъчнотръбни и водотръбни.

Пламъчнотръбните котли се използват предимно за затопляне на вода в отоплителни инсталации и имат сравнително ниска първоначална цена. Подходящи са за приложения, където не се изисква твърде висока работна температура, обикновено до около 95 °С. Устройството им включва кръгла горивна камера, потопена в загрявания работен флуид.

Горещите газове от горивната камера се насочват през сноп тръби с малък диаметър, познати като пламъчни тръби, след което се отвеждат в атмосферата през димоход. Конструкцията е затворена в стоманен кожух.

В зависимост от вида на приложението си пламъчнотръбните котли могат да са разположени хоризонтално или вертикално.

Разновидност на пламъчнотръбните котли са тези с двуходово движение на газовете. Те са с висока ефективност, тъй като горещите отработени газове преминават два пъти по дължината на котела, като по този начин отдават и двойно по-голямо количество топлина на работния флуид.

При водотръбните котли местата на водата и горещите отработени газове са разменени. В горивната камера на котела са разположени множество чугунени тръби с малък диаметър, по които протича работният флуид. Той се загрява от пламъка на горелката, изгарящ директно в горивната камера. Тръбите се оставят да се движат свободно, за да са независими от температурното разширение при загряване.

Входът и изходът на тръбите са свързани към паросъбиратели, в които се събира образувалата се в тръбите пара. По този начин се постига значително повишаване на работната температура на инсталацията - до 300 °С, без опасност от прегряване както на работния флуид, така и на тръбите. Това е причината за големи котелни инсталации и такива, работещи под налягане, да се предпочитат водотръбни котли.

Съществуват и още един вид котли - безкамерни, които не могат да се причислят към нито една от посочените по-горе групи. Причината е, че в устройството им няма тръби, а работният флуид (водата) преминава проточно около горивната камера. Принципната схема на чугунен парен котел е показана на фиг. 1.

Характеристики на правотоковите котли

Правотоковият котел се характеризира с последователно включване и еднократно преминаване на работната среда през цялата нагревна повърхност. Водата, постъпваща в икономайзера, преминава правотоково през цялата повърхност и димните екрани, изпарява се напълно, прегрява се в паропрегревателя, след което по паропровод се отправя към турбината.

В тази конструкция на котела отсъства рязкото разделение на икономайзер, парообразуваща и паропрегряваща повърхност, от където следва, че при променливи режими на работа се изменя положението на границите между тях. Това влияе на изходните параметри на парата и най-вече на нейната температура.

Поддържането на параметрите на парата се осигурява с постоянното съотношение на разхода на гориво и дебита на водата. Във връзка с това правотоковият котел изисква използването на по-съвършена бързодействаща система за автоматично регулиране на разхода на гориво и вода.

При движението на водата и парата възниква хидравлично съпротивление, което се преодолява от питателната помпа. Приблизителното пълно хидравлично съпротивление на работния тракт на правотоковия котел е DPk = (0,2ё0,25)Pп.п, в това число съпротивлението на тракта на паропрегревателя 0,1 Pп.п и икономайзера (0,02ё0,03) Pп.п. Тук Pп.п е налягането на прегрятата пара. При налягане Pп.п = 25,5MPa налягането на питателната вода на входа в котела (в икономайзера) представлява Pек = 1,22 Pп.п = 1,22 x 25,5 = 31,1 MPa. Принципна схема на правотоков парен котел е показана на фиг. 2.

Повърхността на икономайзера в конвективната шахта осигурява топлина, постъпваща от питателната вода с температура близка до температурата на насищане при работно налягане на водата. След преминаване през повърхността на икономайзера питателната вода постъпва в долните колектори на димогарните екрани. Окончателното нагряване на водата до кипене и изпарение става в димогарния екран.

Пълното екраниране на стените на горивната камера се постига посредством съединяването на няколко самостоятелни тръбни панела, по които става последователното движение на работната среда. По височина горивната камера се разделя на две или три части (в случая на две), като потокът в колекторите се смесва за изравняване на температурното поле. Във всяка от частите конструкцията на екраниращите панели може да бъде различна.

В правотоковия котел освен панелите от паропрегревателните тръби се екранират също и страничните стени от хоризонталния газоход, въртящата се камера и таванното покритие на котела. Парата постъпва първо в полурадиационната ширмова повърхност, разположена в хоризонталния газоход, преминава през изходната конвективна повърхност, откъдето прегрята парата постъпва в турбината.

Отсъствието на процеса "отделяне" на парата от водата в работния тракт позволява използването на котела не само при докритично, но и при свръхкритично налягане на работната среда. Във връзка с това правотоковите котли се явяват универсални и се използват за производство на пара с всякакво налягане и намират широко приложение в енергетиката.

Питателната вода

Питателната вода, постъпваща в котела с температура от порядъка на 230 - 270 °С, съдържа неголямо остатъчно количество разтворени вещества. В правотоковия котел с докритично налягане паросъдържанието на потока, движещ се в тръбите на пещните екрани, се увеличава, като по този начин се повишава и концентрацията на примесите, оставащи във водата до насищането, в резултат на което започва отделяне на накип от метални оксиди и варовик.

Това води до значителни термични съпротивления, които влошават топлообмена от стената към водата и при интензивно нагряване на тръбите е възможно тяхното прегряване. Под действие на вътрешното налягане това може да доведе до разрушаване на тръбите.

Най-голямото количество отлагания се концентрира в областта на завършване на процеса на изпарение. Нагревната повърхност, включваща този стадий на процеса (край на изпарението-начало на прегряването), е позната като преходна зона.

Имайки предвид гореизложеното, в правоточните котли се изисква висока степен на очистване на питателната вода. В този случай преходната зона от водата към парата (зоната на фазов преход) остава в горивната камера, но се извършва при относително ниски топлинни потоци.

В котлите с естествена и принудителна циркулация при сравнително малки парообразувания, отлагания по стените на тръбите практически не се допускат. Натрупването на примеси в котелната вода се избягва освен чрез вкарването на малки количества по-замърсена вода от барабана (непрекъснато продухване) и от долните барабани и колектори (периодично продухване).