PŘEHŘÍVÁK PÁRY. Charakteristika přehříváku

Transkript

1 PŘEHŘÍVÁK PÁRY Účelem použití přehříváku je zvýšení účinnosti cyklu snížení vlhkosti po expanzi v turbíně. Pára se musí přehřívat na konstantní teplotu - materiál je obvykle využit do krajnosti Kolísáním teploty by se snížila životnost přehříváku. u turbíny by mohlo dojít při pomalých změnách k tečení k nepřípustnému prodlužování a přesahu vůlí, při rychlých změnách pak ještě k nepřípustným pnutím, Střední výstupní teplota přehřáté páry je u kotle s pevným koncem odpařování ovlivňována především jeho charakteristikou zanášením, vlastnostmi paliva parametry na vodní straně, tj. teplotou napájecí vody, popřípadě i provozním tlakem. PŘEHŘÍVÁK PÁRY Výstupní teplota přehřáté páry u dnešního kotle je od 250 C do 620 C, u kotlů s nadkritickým tlakem bylo dosaženo až 650 C. U jednotlivých paralelních hadů přehříváku je třeba dodržet konstantní střední výstupní rychlosti páry stejnou výstupní teplotu z důvodů materiálových. Nestejnost této teploty je způsobena nestejným průtokem, nestejným otápěním. Nestejný průtok je hlavně působen uspořádáním komor, nestejnou délkou hadů Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č. 9 2 Dělení přehříváku do stupňů, jeho uspořádání a umístění v kotli Při vysokých parametrech páry se zvětšují nároky na přesnost dodržování výstupní teploty přehřáté páry, Kotel musí mít regulátor teploty páry, zasahující při jejích odchylkách od žádané hodnoty. Přehřívák se rozděluje do několika stupňů jsou z různých materiálů, odstupňovaných podle jejich nejvyšší pracovní teploty páry promíchání páry mezi stupni, čímž se vyrovnávají rozdíly v teplotě páry za jednotlivými hady mezi stupně lze výhodně zařadit regulátor teploty páry. Rozdělení přehříváků poskytuje možnost přidělit jednotlivým stupňům různé funkce. Koncový stupeň má dokončit přehřátí páry udržet předepsanou teplotu páry musí mít malou hmotnost a pracovat ve spalinách vyšší teploty. První stupeň přehříváků může se umístit v oblasti nižších teplot spalin má velkou výhřevnou plochu - akumuluje hodně tepla. Řazení přehřívákových stupňů Dva principiální způsoby řazení. 1) Alternativa A těžký konvekční přehřívák ve 2. tahu, sálavý přehřívák v ohništi svislý konvekční přehřívák v přechodovém kanále za výstupem z ohniště. Hlavní výhodou tohoto řešení je lepší využití teplotních spádů Nevýhodou jsou horší akumulační vlastnosti. při zvyšování výkonu se zvětšuje akumulované množství tepla v přehřívácích I a II, přehřívák se musí nabít na vyšší teplotní úroveň, odezva teploty přehřáté páry zpožďuje Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č. 9 4 Řazení přehřívákových stupňů 2) Alternativa B prvý a druhý díl zaměněny výstupní přehřívák prakticky vždy zůstává za výstupem z ohniště. Dostaneme příznivější pracovní podmínky pro sálavý přehřívák v ohništi, pára s nižší teplotu, větší ρ, c p i λ, snáze dostaneme i větší α p a nižší pracovní teplotu stěny. Akumulační vlastnosti jsou příznivější, při zvyšování výkonu se teplo z hmoty přehříváku vybíjí, udržení konstantní teploty páry je snazší Stavba kotlů - přednáška č. 9 5 Charakteristika přehříváku Teplota páry vystupující z jednotlivých dílů přehříváku, resp. ohřátí páry v dílu, se mění se změnou výkonu kotle. Charakteristika přehříváku = závislost t p = f(m p /M pj ) Je ovlivněna umístěním přehříváku výparníku a ohříváku vody. Podmínka zachování konstantní teploty páry (při zanedbání proměnlivosti teploty napájecí vody a tlaku) při změně výkonu kotle se musí úměrně změnit součet příkonů tepel do výparníku a ekonomizéru a příkon tepla do přehříváku Stavba kotlů - přednáška č

2 Charakteristika přehříváku kotlů s pevným koncem odpařování kotle s pevným koncem odpařování kotle s oběhem vody - bubnové průtočné kotle se separátorem, poměr S pk /S ow+vk neměnný konstantní teplota páry může být dosažena jen v případě, že tj. poměr středních tepelných toků do přehříváku a do výparníku spolu s ekonomizérem se nemění. poměr s výkonem roste = teplota přehřáté páry s výkonem stoupá tzv. konvekční charakteristika, v opačném případě je charakteristika sálavá Výraznou konvekční charakteristiku lze získat malým ohřívákem vody zcela předřazeným výparníkem před přehříváky. Sálavou charakteristiku lze získat odpařovacím ekonomizérem paralelním řazením přehříváku s výparníkem, např. ve stěně ohniště, Charakteristika přehříváku konvekční vyrovnaná sálavá Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č. 9 8 Charakteristika přehříváku kotlů s proměnným koncem odpařování lze měnit poměr S pk /S ow+vk vždy lze udržet t p = konst součet Q ow + Q vk lze měnit změnou hmotnostního průtoku vyráběné syté páry M" p napájení lze přizpůsobit tepelnému příkonu do přehříváku Q pk, nutné dimenzování výkonu regulátoru teploty přehřáté páry je dáno strmostí charakteristiky požadovaným minimálním výkonem, při němž má být dodržena teplota přehřáté páry větší regulační výkon je nutný, je-li strmost charakteristiky větší požadovaný minimální výkon nižší Konstrukční řešení přehříváků Konstrukčně se přehříváky dělí na tři základní typy: svazkové, deskové stěnové. Kritériem je teplota spalin a její vliv na stav popelovin Popeloviny mohou při vysokých teplotách přejít do plastického stavu a způsobit velké zanášení je třeba použít přehříváku, řešeného ve tvaru desek - svislé a dostatečně dlouhé mezery mezi jednotlivými deskami lze volit dostatečně široké, takže nemůže dojít k přemostění mezery mezi deskami spojením sousedních vrstev nánosů. desky mají určitý samočisticí účinek následkem nestejné dilatace sousedních trubek a jejich chvění, deskový přehřívák lépe využívá materiálu trubek na rozdíl od stěnového přehříváku, Svazkový typ přehříváku nemůže být umístěn v ohništi vstupní teplota spalin do něho musí být bezpečně nižší než teplota měknutí popela, což představuje teplotu kolem 1000 C Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č Svazkové přehříváky páry svazkový přehřívák vznikne ohnutím trubek do tzv. hadů s větším počtem smyček šířková rozteč mezi trubkami bývá ~ 4 D hloubková rozteč bývá (1,7 až 3) D mohou být svislé a vodorovné vodorovné se řadí do druhého svislého tahu kotle jsou odvodnitelné - výhodné při odstavování nevýhodou je značné zanášení nánosy popílku svislé přehříváky se umísťují v přechodovém kanále Zapojení komor přehříváku průběh tlaku a průtok Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č

3 Zapojení a uspořádání přehříváku Zapojení svazkových přehříváku Protiproud má největší teplotní spád a tím nejmenší výhřevnou plochu uplatňuje se u konvekčních přehříváků s malým rozdílem teplot spalin a páry nedovoluje se použití uspořádání Z uspořádání U přípustné, ale nedoporučuje se. přívod páry k rozdělovacím komorám má být proveden větším počtem trubek menšího průměru po celé délce komory, aby se docílilo rovnoměrného rozdělení do jednotlivých hadů po šířce přehříváku. t s1 t p2 spaliny pára t s2 t p Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č Zapojení svazkových přehříváku Souproud teplotní spád se podél plochy značně mění = tepelné zatížení výhřevné plochy je nerovnoměrné, výhřevná plocha vychází větší používá se jen v oblasti vysokých teplot spalin, kde teplotový spád je velký menší tepelné zatížení posledních smyček se s výhodou uplatní u koncového stupně přehříváku Svazkový přehřívák t s1 t p1 spaliny pára t s2 t p Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č Svazkový přehřívák Deskové přehříváky páry bývají první výhřevnou plochou umisťovanou do tahu spalin za ohništěm Nacházejí se v oblasti velmi vysokých teplot, kde ještě může docházet k dohořívání paliva a vytváření struskových nánosů na plochách, proto jednotlivé trubky jsou uspořádány těsně k sobě, takže vytvářejí kompaktní desky umístěné s velkou roztečí do proudu spalin jedná se o polosálavé plochy - vyrovnávají pokles teploty páry při sníženém výkonu, a tím zlepšují charakteristiku přehříváku používají se u všech vysokotlakých kotlů větších výkonů, někdy také u kotlů středotlakých Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č

4 Provedení deskových přehříváků Deskový přehřívák Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č Deskový přehřívák Volba základních rozměrů Deskové přehříváky se vyrábějí z hladkých trubek o průměru 32, 38 nebo 44,5 mm. Tloušťka stěny může být 4 až 7 mm. Rozteče deskových přehříváku se volí následovně : rozteč desek ve spalinovém tahu (příčná rozteč) s 1 = 550 mm rozteč trubek v desce (podélná rozteč ) s 2 = (1,1 1,25) D Rychlost páry v trubkách pro zvýšený tlak 14 MPa w p = (10 18) m/s pro vysoký tlak = (8 14) MPa w p = (20 30) m/s Daným rychlostem odpovídá hmotová rychlost pro přehříváky ρ w = ( ) kg m -2 s -1, pro přihříváky ρ w = ( ) kg m -2 s -1. Rychlost spalin bývá (4 8) m/s Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č Rychlost páry v přehřívácích tlaková ztráta přehříváku neměla přesáhnout 10% z jmenovitého tlaku kotle upřednostňuje se dobré chlazení stěny přehříváku před velikostí tlakové ztráty. Základním ukazatelem dostatečného chlazení stěn trubek přehříváku je hmotová rychlost páryρ w [kg m -2 s -1 ]. Doporučená hmotová rychlost páry velikost je následující : konvekční přehřívák vysokotlaký ρ w = kg m -2 s -1 deskový přehřívák ρ w = kg m -2 s -1 sálavý přehřívák ρ w = kg m -2 s -1 konvekční přihřívák ρ w = kg m -2 s -1 Odpovídající skutečné rychlosti páry jsou v mezích 12 až 30 m/s. Někdy se doporučuje volit rychlost páry tak, aby přestupní součinitel tepla na straně páry byl α p = 3000 W m -2 K -1, Jiným kritériem je teplotový gradient mezi párou a stěnou trubky q/α p, jehož velikost má být v mezích K. Regulace teploty páry Regulaci teploty páry jde provádět : přerozdělením tepla v kotli např. recirkulací spalin nebo naklápěním hořáků chlazením páry vstřikem napájecí vody vstřikem vlastního kondenzátu systém Doležal v povrchovém chladiči užitím částečného obtoku páry kolem jednoho stupně přehříváku Vstřiku napájecí vody se využívá také k regulaci teploty páry za jednotlivými stupni přehříváku Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č

5 První vstřik zavedený za první díl přehříváku muže být využit jako obtok výparníku, čímž lze částečně přerozdělit velikost výkonu potřebného pro odpaření vody a přehřívání páry. Při výpočtu vstřikové regulace teploty přehřáté páry se zadává množství tepla odebírané z páry při regulaci i r = kj/kg množství vody na vstřik M v = (0,06 0,08) M pp. Regulace přihřáté páry se provádí bifluxem (povrchový chladič převádějící teplo z přehřáté do přihřáté páry) částečným obtokem páry, kolem prvního dílu přihříváku vstřikem Regulace teploty páry Vstřikový chladič páry Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č Biflux provedení trubka v trubce soustava vlásenek ostrá pára uvnitř, přihřívaná pára vně zavěšením bifluxu do proudu spalin vzniká triflux Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č Regulace teploty páry chladičem OHŘÍVÁK VODY Příčiny vzniku ohříváků vody snaha zvýšit účinnost kotle snížením teplot spalin odcházejících do komína Dvě provedení ohřev vody končí pod mezí sytosti = ohřívák vody v čistém slova smyslu, začíná odpařování vody = odpařovací ekonomizér. Zvyšování teploty napájecí vody před kotlem snižuje možnost ochlazení spalin v ohříváku vody. Jejich ochlazení je nutné dokončit v ohříváku spalovacího vzduchu EKO je levnou teplosměnnou plochou. U bubnových kotlů je výhodnější vodu předehřívat na teplotu blízkou bodu varu velký ohřívák vody přispívá k vyrovnání charakteristiky přehříváku, neboť kompenzuje sálavou charakteristiku výparníku Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č

6 Konstrukční provedení a umístění EKA Konstrukční provedení a umístění EKA Uspořádání trubek ve svazku se volí vystřídané zajišťuje intenzivnější přestup tepla lepší vyplnění prostoru, který vychází u ekonomizéru značný. za sebou v případě spalin s vysokou koncentrací popílku obsahujícího tvrdé minerály (křemičitany apod.) několik prvních řad evt. ohybů se opatřuje speciálními chrániči používají se hladké bezešvé trubky průměrů mm, tloušťka stěny se určí pevnostním výpočtem přídavky na abrasi popílkem rozteče trubek jsou většinou určeny způsobem uchycení hadů ve svazku technologií ohýbání trubek Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č Konstrukční provedení a umístění EKA Pohyb vody v eku se volí zdola nahoru Rychlost vody má být větší než 0,3 m/s u odpařovacích ekonomizérů větší než 1 m/s Odpařovací ekonomizéry se používají u nízkotlakých kotlů suchost x mokré páry může být 0,1 až 0,15. Rychlost spalin při spalování tuhých paliv menší než 10 m/s s ohledem na abrasi popílkem, u olejových a plynových kotlů velkých výkonů dosahuje až 20 m/s. Ohřívák vody může být jednodílný dvoudílný. to závisí na požadovaném ohřátí vody, typu ohříváku vzduchu požadovaném ohřátí spalovacího vzduchu, dalších faktorech Ochrana EKA proti abrazi Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č OHŘÍVÁKY VZDUCHU Význam ohřívání spalovacího vzduchu Vzduch ohříváme proto, abychom zlepšili, resp. urychlili sušení tuhých paliv jak pro spalování na roštu, tak v prostoru, zmenšili komínovou ztrátu, zlepšili průběh vzněcování paliva i vlastního vyhoření, zvýšili spalovací teplotu v ohništi a celou teplotní úroveň v kotli. Vlhká tuhá paliva, spalovaná na roštech, se suší buď v předsoušecích šachtách přímo na roštu, Uhlí spalované ve formě uhelného prášku se suší při mletí přímo ve mlýně Horkým vzduchem lze vysušit paliva s maximálním obsahem vody do 30 % Zmenšení komínové ztráty je dáno tím, že zařazením ohříváku vzduchu za ohřívák vody lze dosáhnout snížení teploty spalin až na hodnotu, která je přípustná z hlediska nízkoteplotních korozí. Horkým vzduchem se urychluje termická příprava paliva, takže rychleji dosáhne zápalné teploty a teplota nechlazeného plamene stoupne zhruba o polovinu teploty spalovacího vzduchu. Volba teploty ohřívaného vzduchu a odváděných spalin Teplota, na kterou ohříváme vzduch, je dána požadavky spalovacího zařízení materiálovými možnostmi zřetelem na cenové optimum. Podle typu spalovacího zařízení a paliva volíme u roštů teplotu vzduchu 150 až 200 C, maximálně 250 C. u práškových ohnišť granulačních volíme při sušení uhlí spalinami teplotu ohřátí vzduchu 250 až 350 C při sušení vzduchem 350 až 400 C. u výtavných a cyklonových ohnišť je obvyklá teplota ohřátého vzduchu 400 C i více Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č

7 Maximální teoreticky možné ohřátí spalovacího vzduchu Jednostupňovým ohřevem lze dosáhnout ohřátí vzduchu jen na určitou maximální teplotu. Je-li požadovaná teplota spalovacího vzduchu vyšší, musíme ohřívák vzduchu rozdělit na dva díly, mezi něž zařadíme ohřívák vody. Maximální teoreticky možné ohřátí spalovacího vzduchu V v [m 3 s -1 ] v jednom dílu ohříváku je dáno vztahem Maximální teoreticky možné ohřátí spalovacího vzduchu φ v = V v c v /V s c s Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č Konstrukční provedení OVZ Projekční uspořádání OVZ Teploty spalin, odváděných z kotle jsou dány rosným bodem spalin typem ohříváku vzduchu vstupní teplotou ohřívaného vzduchu požadavky na provozní a investiční náklady bývají dnes 120 až 200 C vstupní teplotou ohřívaného vzduchu se záměrně zvětšuje recirkulací teplého vzduchu do sání vzduchového_ventilátoru předehříváním vzduchu parními kalorifery vzduch se nasává šachtou od stropu kotelny Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č Typy OVZ Podle způsobu přenosu tepla rozlišujeme ohříváky vzduchu na rekuperační teplo prochází stěnou, která trvale odděluje obě prostředí regenerační teplo se přenáší prostřednictvím zvláštního členu, který je střídavě ohříván proudem spalin a ochlazován proudem vzduchu, přičemž působí jako akumulátor tepla Rekuperační ohříváky jsou těsné mají větší hmotnost vyžadují větší prostor na jednotku výhřevné plochy jsou citlivé na zanášení. U regeneračních OVZ je tomu naopak Typy rekuperační ohříváky jsou trubkový, deskových litinový Regenerační ohříváky bývají hlavně rotační, typu Ljungström. Deskové a litinové ohříváky se dnes již nepoužívají Trubkový OVZ Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č

8 Ljungströmův regenerační rotační ohřívák Konstrukce ohříváku vzduchu Ljungström Akumulační hmota je vytvořena z velkého počtu tenkých profilovaných plechů uložených ve 2 až 3 vrstvách v rotoru Síla plechu bývá 0,6-1,2 mm Rotor ohříváku je tuhé svařované konstrukce kruhového tvaru a je rozdělen do několika sektorů, do kterých jsou vloženy akumulační plochy Utěsnění rotoru je provedeno pevnými kovovými ucpávkami upevněnými radiálně a axiálně na konstrukci mezi jednotlivými sektory Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č Schéma výplně pro regenerační OVZ a z intenzifikačních a vlnitých distančních plechů b z vlnitých distančních plechů c z hladkých distančních plechů Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č Zlepšení funkce ohříváků vzduchu Provozní potíže ohříváků vzduchu jsou působeny hlavně zanášením roste tlaková ztráta u rekuperačních ohříváků klesá tepelný výkon; poklesem teploty stěny pod teplotu rosného bodu - dochází ke korozi netěsností Zmenšení korozí lze dosáhnout volbou materiálu zvýšením teploty stěny nad rosný bod u ohříváků Ljungström se používá pro tzv. studený konec větší tloušťky plechů volí plechy z korozivzdorného materiálu plechy smaltují. Zvýšení teploty stěny lze dosáhnout i vhodnou volbou konstrukčního řešení, resp. přestupních součinitelů Stavba kotlů - přednáška č Stavba kotlů - přednáška č