Друга частина перегрівника виконана з труб 38 ´ 4,5 мм з вуглецевої сталі, перша частина – з труб 42 ´ 6 мм з малолегованої хромомолібденової сталі, змійовики приєднуються до колекторів приварюванням.
Щоб, котла високого тиску, пароперегрівник працював надійно, треба рівномірно розподіляти пару по змійовиках. Цього досягають вибором раціональної схеми підведення пари до колекторів і зміною швидкості пари в колекторах і змійовиках. Швидкість пари в осьовому напрямку в колекторі повинна бути мінімальною, а швидкість пари в змійовиках значною. Для цього розподіляють підведення пари до колектора і доводять швидкість пари в змійовиках котлів високого тиску до 10–15 м/сек. Спад тиску пари в перегрівнику звичайно допускається до 10% від тиску пари в котлоагрегаті.
Для нормальної роботи котлів дуже важливе значення має регулювання температури перегрітої пари за допомогою комбінованих перегрівників з плавною характеристикою, регулювання по газовій стороні (поворотними пальниками, шиберами і т. п.), регулювання по паровій стороні. У сучасних агрегатах як основний і найбільш надійний застосовується швидкий і тонкий метод регулювання по паровій стороні впорскуванням конденсату в потік пари. Це здійснюється в пароохолодниках змішувального типу. В агрегатах надвисокого і надкритичного тиску впорскування провадиться в двох точках парового тракту: в початковій його частині і поблизу вихідного колектора, там, де ентальпія пари на 125–210 кдж/кг менша від кінцевої її ентальпії, що відповідає температурі перегрітої пари у вихідному колекторі.
4.2 Водяні економайзери
Основне призначення водяного економайзера – підігрівання живильної води за рахунок теплоти димових газів. Проте в ряді випадків вода в економайзері не тільки підігрівається, а й частково (до 20% від ваги) перетворюється в пару. Такі економайзери називаються киплячими.
Заміна хвостової котельної поверхні нагріву економайзерною вигідна, бо економайзер працює з вищим середнім температурним напором, ніж котельна поверхня, розміщена в тому самому газоході, оскільки середня температура води в економайзері нижча за температуру води в котлі. Ця температура дорівнює температурі насичення при даному тискові. Тому поверхня нагріву економайзера при тому самому значенні температури димових газів значно менша від температури котельної поверхні нагріву. В той самий час вартість 1 м2 поверхні нагріву економайзера менша, ніж вартість 1 м2 котла.
Водяні економайзери виготовляються з чавунних або стальних труб. Чавунні економайзери виконуються з ребристих труб і застосовуються в установках низького і середнього тиску (у нас – тільки до 22 бар). Розміщення труб горизонтальне, з'єднуються вони між собою зовнішніми чавунними калачами. Чавунні економайзери корозостійкі і порівняно дешеві, але громіздкі і мають багато фланцевих з'єднань. У них, щоб запобігти гідравлічним ударам, які виникають при закипанні води, допускають обмежене підігрівання води (температура води на виході з економайзера повинна бути на 40° С нижчою від температури насичення).
У котельних агрегатах високого тиску застосовують стальні водяні економайзери змійовикового типу, аналогічні за конструктивною схемою до пароперегрівників. Вони можуть бути некиплячими і киплячими.
Котел високого тиску типу ТП-230 Таганрозького котельного заводу з горизонтальним розміщенням труб у шаховому порядку. Труби змійовиків діаметром 32 ´ 4 мм виготовлені з вуглецевої сталі. Економайзер складається з трьох пакетів. Живильна вода надходить у нижні колектори і підігріта відводиться з верхнього колектора. Вона проходить по змійовиках знизу вгору, щоб полегшити видалення з економайзера газових і парових бульбашок. Гази рухаються зверху вниз, обмиваючи зовні труби економайзера. Протитокова схема забезпечує високий середній температурний напір. Пакети труб спираються на стальні порожнисті охолоджувані повітрям балки. Колектори економайзера розміщені поза обмурівкою.
Щоб запобігти корозії і розшаруванню пароводяної суміші у вихідних змійовиках, треба стежити, щоб швидкість води в трубах економайзера була в не киплячих пакетах не менш як 0,5 м/сек, а в киплячих – не менш як 1 м/сек.
Для захисту економайзера від зовнішньої корозії температура води, що надходить до нього, повинна бути вища за температуру точки роси димових газів tр. Значення tр коливається при спалюванні вологого палива з незначним вмістом сірки від 20 до 60° С, а при спалюванні сірчистого палива воно досягає 130–140° С.
4.3 Повітропідігрівники
Потреба у повітропідігрівниках у котельних установках зумовлена тим, що при регенеративному підігріванні живильної води не можна глибоко охолодити димові гази у водяних економайзерах, бо вода, що надходить до них, має дуже високу температуру. В той самий час підігрівання повітря, що підводиться в топку, корисне для підвищення ефективності топкового процесу. Воно дає змогу працювати з меншим коефіцієнтом зайвини повітря і меншою неповнотою згоряння. Таким чином, внаслідок підігрівання повітря знижуються основні витрати котельного агрегату (q2, q3, q4).
За способом передачі теплоти повітропідігрівники поділяються, на рекуперативні і регенеративні. В рекуперативних повітропідігрівниках теплота від газу до повітря передається безпосередньо через роздільну стінку. В регенеративних повітропідігрівниках металеві або керамічні насадки обмиваються почергово газом і повітрям. Газ нагріває насадку, в ній акумулюється теплота, яка потім передається повітрю.
Рекуперативні повітропідігрівники бувають чавунні і стальні. У великих установках застосовують стальні повітропідігрівники. Вони можуть бути пластинчастими й трубчастими. В наших енергетичних котельних агрегатах застосовуються трубчасті повітропідігрівники, які виготовлені з тонкостінних труб (d = 1,25 ¸ 1,5 мм) із зовнішнім діаметром 25–40 мм. Із зменшенням діаметра труб збільшується коефіцієнт теплопередачі і підігрівник стає компактнішим.
Трубчастий повітропідігрівник складається з багатьох розміщених у шаховому порядку труб, приєднаних до трубних дощок. Проміжні перегородки поділяють повітропідігрівник на дві половини. Газ рухається всередині труб зверху вниз. Повітря подається вентилятором праворуч у нижню половину повітропідігрівника, обмиває поперечним потоком труби повітропідігрівника зовні, надходить у перепускний короб, а з нього – в міжтрубний простір верхньої половини повітропідігрівника. При цьому повітряний потік повертає на 180° і рухається у верхній половині повітропідігрівника зліва направо.
Останнім часом у потужних котельних агрегатах стали широко застосовувати регенеративні повітропідігрівники. Вони значно компактніші і легші від рекуперативних і менш чутливі до корозійних поразок.
Регенеративний обертовий повітропідігрівник – це циліндр, заповнений насадкою у вигляді тонких гофрованих залізних листів, що обертається навколо вертикальної осі із швидкістю 2 об/хв. При цьому насадку поперемінно обмиває то газовий, то повітряний потік. Рух газу й повітря протитокові. Газова й повітряна сторони розділені секторною плитою. Для зменшення перетікання повітря до газу передбачено ущільнене обладнання.
Помірне підігрівання повітря застосовують водносхідчастих повітропідігрівниках. При високому повітропідігріванні (320–420° С) застосовують двосхідчасті повітропідігрівники з установкою водяного економайзера в розсічку між першим і другим східцем повітропідігрівника, бо підігрівання повітря до високої температури при односхідчастій схемі або економічно не вигідне, або взагалі неможливе.
4.4 Основи теплового розрахунку конвективних елементів
Конвективні поверхні нагріву виконуються здебільшого (за винятком регенеративних повітропідігрівників) у вигляді трубних пучків або пакетів, установлених упоперек або вподовж руху обмиваних димових газів. Пучки можуть бути двох типів: з коридорним і з шаховим розміщенням труб.
Існує два види теплового розрахунку конвективних елементів (аналогічно до розрахунку топки): конструктивний і перевірний. Конструктивним розрахунком визначають розміри потрібної тепло-сприймальної поверхні елемента. При перевірному розрахунку за відомою поверхнею нагріву елемента (або пакета) визначають температури газів і робочої речовини (води, газу і повітря) на виході з елемента. Перевірний розрахунок виконують не тільки під час перерахунку агрегату на інший вид палива або відмінне від номінального навантаження і т. п., але й під час проектування нових агрегатів. При цьому поверхня нагріву елементів намічається на основі загальних компоновочних міркувань, а перевірним розрахунком уточнюють їх теплосприймання.
Для теплового розрахунку конвективних елементів користуються рівняннями теплообміну і теплового балансу.
Рівняння конвективного теплообміну записуємо у вигляді закону охолодження Ньютона:
Qгод = kHDt кдж/год, (1)
з якого виходить, що кількість переданої за одиницю часу теплоти пропорційна температурному напорові і розмірові поверхні нагріву; k – коефіцієнт теплопередачі, вт/м2 град.