Котлоагрегат

        котельный агрегат, конструктивно объединённый в единое целое комплекс устройств для получения под давлением пара или горячей воды за счёт сжигания топлива. Главной частью К. являются топочная камера и газоходы, в которых размещены поверхности нагрева, воспринимающие тепло продуктов сгорания топлива (пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель). Элементы К. опираются на каркас и защищены от потерь тепла обмуровкой и изоляцией. К. применяются на тепловых электростанциях (См. Тепловая электростанция) для снабжения паром турбин; в промышленных и отопительных котельных для выработки пара и горячей воды на технологические и отопительные нужды; в судовых котельных установках. Конструкция К. зависит от его назначения, вида применяемого топлива и способа сжигания, единичной паропроизводительности, а также от давления и температуры вырабатываемого пара.

         В топочной камере К. происходят сгорание топлива и частичное охлаждение продуктов сгорания в результате лучистого теплообмена (См. Лучистый теплообмен) 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. Для дальнейшего охлаждения газов на их пути устанавливают трубчатые поверхности нагрева (пароперегреватели (См. Пароперегреватель)), 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. После пароперегревателя на пути газов, имеющих температуру 600—700°С, устанавливается водяной Экономайзер, а далее воздухоподогреватель, в котором газы (в зависимости от вида сжигаемого топлива) охлаждаются до 130—170°С. Дальнейшему снижению температуры уходящих из К. газов путём 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. Охлажденные газы, пройдя устройства очистки от золы (см. Золоулавливание) и в некоторых случаях от серы, выбрасываются дымовой трубой в атмосферу. Твёрдые продукты сгорания топлива, уловленные в К., периодически или непрерывно удаляются через системы золоудаления и шлакоудаления (См. Шлакоудаление). Для поддержания поверхностей нагрева в чистоте в К. предусматривается комплекс периодически включаемых обдувочных и обмывочных аппаратов, вибраторов и дробеочистительных устройств.

         По характеру движения рабочей среды К. бывают с многократной естественной или принудительной циркуляцией и прямоточные. В К. с многократной циркуляцией рабочая среда непрерывно движется по замкнутому контуру (состоящему из обогреваемых и необогреваемых труб, соединённых между собой промежуточными камерами — коллекторами и барабанами), частично испаряясь в обогреваемой части контура. Образовавшийся пар отделяется от воды в барабане (см. Сепарация пара), а испарённая часть котловой воды возмещается питательной водой, подаваемой питательным насосом в водяной экономайзер и далее в барабан. Движение рабочей среды по циркуляционному контуру в К. с естественной циркуляцией осуществляется вследствие разности плотностей пароводяной смеси в обогреваемой (подъёмной) части контура и воды в необогреваемой или слабо обогреваемой (опускной) его части. В К. с принудительной циркуляцией рабочая среда по контуру перемещается под действием циркуляционного насоса. Непрерывное упаривание котловой воды в К. с многократной естественной или принудительной циркуляцией приводит к возрастанию концентрации растворённых 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 К. из-за разрыва труб. Кроме того, 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 её кпд. Во избежание возрастания концентрации примесей в котловой воде производятся непрерывные и периодические продувки котла (См. Продувка котла). Предельно допустимая концентрация примесей определяется конструкцией и параметрами К., составом питательной воды и тепловыми напряжениями экранных поверхностей нагрева.

         В прямоточном К. нагрев, испарение воды и перегрев пара осуществляются за один проход среды по тракту. При такой организации процесса генерации пара примеси, содержащиеся в питательной воде, не могут быть выведены из К. продувкой части котловой воды, как это имеет место в К. с естественной или принудительной многократной циркуляцией. В прямоточном К. часть примесей осаждается на внутреннюю поверхности труб, а часть (вместе с паром) поступает в турбину, где отлагается на лопатках. Поэтому к питательной воде прямоточных К. предъявляются более жёсткие требования в отношении её качества. Вода, поступающая в такие К., предварительно обрабатывается в системе водоподготовки (См. Водоподготовка).

         В энергетических установках для повышения экономичности используются схемы с вторичным (промежуточным) перегревом: пар после срабатывания части его тепловой энергии в турбине возвращается в К., подвергается дополнительному перегреву в пароперегревателе низкого давления и опять направляется в турбину. Известны К. с 2 промежуточными перегревами пара. 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 К. снабжен регулирующими устройствами в виде смесительных и поверхностных теплообменников, систем рециркуляции части охлажденных дымовых газов в топочную камеру, приспособлениями для изменения угла наклона горелок и т. д.

         К., например, для энергоблока мощностью 300 Мвт представляет собой сооружение высотой более 50 м, в плане занимает площадь порядка 1 тыс. м². На сооружение такого К. расходуется около 4,5 тыс. т металла, примерно ¹/₃ этого количества приходится на трубные системы, работающие под давлением свыше 25 Мн/м² (250 кгс/см²). Кпд К. превышает 90%. Основные параметры энергетич. К. показаны в таблице.

         Классификация котлоагрегатов по параметрам и производительности

        ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

        |                                       | Параметры перегретого пара                    |                           |

        |                                       |-----------------------------------------------------------------|                            |

        |                                       | давление,     | температура, °С                 | Номинальная      |

        | Типы котлоагрегатов       | Мн/м²           |-------------------------------------------| паропроизво-       |

        |                                       | (кгс/см²)       | первично      | вторично      | дительность т/ч  |

        |                                       |                     | перегретый   | перегретый   |                           |

        |                                       |                     | пар               | пар               |                           |

        |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Е — с естественной       |                     |                     |                     | 6,5; 10; 15;          |

        | циркуляцией с                | 4 (40)            | 440               | —                 | 20; 25; 35;           |

        | перегревом и без            |                     |                     |                     | 50; 75                 |

        | перегрева пара               |----------------------------------------------------------------------------------------------|

        |                                       | 10(100)         | 540               | —                 | 60; 90; 120; 160;  |

        |                                       |                     |                     |                     | 220                     |

        |                                       |----------------------------------------------------------------------------------------------|

        |                                       | 14 (140)        | 570               | —                 | 160; 210; 320;      |

        |                                       |                     |                     |                     | 420; 480              |

        |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Еп — с естественной      |                     |                     |                     |                           |

        | циркуляцией с                |                     |                     |                     |                           |

        | перегревом и                  | 14 (140)        | 570               | 570               | 320;500; 640        |

        | промежуточным              |                     |                     |                     |                           |

        | перегревом пара             |                     |                     |                     |                           |

        |--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Пп — прямоточные с      |                     |                     |                     |                           |

        | перегревом и                  | 25,5(255)      | 585—5 65     | 570               | 950; 1600; 2500   |

        | промежуточным              |                     |                     |                     |                           |

        | перегревом пара             |                     |                     |                     |                           |

        ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

        

         Лит.: Рабинович О. М., Котельные агрегаты, М.— Л., 1963; Стырикович М. А., Катковская К. Я., Серов Е. П., Котельные агрегаты, М.— Л., 1959; их же. Парогенераторы электростанций, 2 изд., М.— Л., 1966; Резников М. И., Парогенераторные установки электростанций, М., 1968; Стырикович М. А., Мартынова О. И., Миропольский З. Л., Процессы генерации пара на электростанциях, М., 1969.

         А. Я. Антонов.

        

        Котлоагрегат паропроизводительностью 420 т/ч на давление пара 14 Мн/м² (140 кгс/см²) и температуру 570°С: 1 — барабан; 2 — полурадиационный пароперегреватель; 3 — топочная камера; 4 — экраны; 5 — горелка; 6 — под; 7 — воздухоподогреватель; 8 — водяной экономайзер; 9 — конвективный пароперегреватель.