1.3. УСТРОЙСТВО ОБОГРЕВАЕМЫХ ВОДОЙ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ
Принципиальные схемы прямоточных ПГ.
Прямоточными называются ПГ, в которых рабочее тело (среда второго контура) движется под действием напора, создаваемого питательным насосом, при этом кратность циркуляции рабочего тела равна единице. В этом случае вся поступающая в ПГ вода превращается на выходе из него в пар.
Существуют различные типы прямоточных ПГ, различающиеся между собой способом омывания теплопередающей поверхности, ее формой, компоновкой элементов и многими другими характеристиками. Не ставя перед собой задачу рассмотреть все возможные разновидности прямоточных ПГ, кратко охарактеризуем принципиальные схемы наиболее распространенных типов.
Одной из наиболее существенных конструкционных характеристик является тип теплопередающей поверхности. По этому признаку ПГ можно разделить на три основные группы: с плоскими змеевиками (рис. 1.10,а), прямотрубные (рис. 1.10,6) и со спиральными змеевиками (рис. 1.10,в).
Большим достоинством змеевиковых ПГ является самокомпенсация температурных напряжений. Широкое распространение получили простейшие плоские змеевики из U-образных трубок, имеющих единственный гиб. Используются также плоские змеевики с большим числом гибов, что позволяет увеличить компактность теплопередающей поверхности, но одновременно удорожает ПГ и снижает его надежность из-за многочисленности сварных соединений. Этот же недостаток свойствен и ПГ со спиральными змеевиками. Прямотрубные конструкции ПГ существенно проще в изготовлении, но их использование затрудняет проблема компенсации температурных напряжений.
Рис. 1.10. Принципиальные схемы прямоточных ПГ:
в — с плоскими змеевиками; б —с прямотрубной поверхностью теплообмена; в —со спиральными змеевиками
Большое влияние на конструкционную схему ПГ оказывает способ ввода теплопередающей поверхности в корпус. По этому признаку различают ПГ с внешними коллекторами (рис. 1.10,а), с трубными досками (рис, 1.10,6) и с внутренними коллекторами (рис. 1.10, в).
Применение внешних коллекторов снижает надежность и удорожает конструкцию, так как при этом нужно обеспечить герметичность ввода в корпус и вывода из него большого числа трубок. Использование трубных досок при кажущейся простоте также сопряжено с определенными трудностями, главной из которых является сложная технология изготовления ПГ при больших перепадах температур и давлений теплообменивающихся сред. Схема с внутренними коллекторами несколько сложнее и дороже, чем схема с трубными досками, но она более технологична и надежна.
Выбранный способ ввода теплопередающей поверхности в корпус, равно как и тип этой теплопередающей поверхности, во многом определяет форму корпуса ПГ.
Различие ПГ определяется также способом омывания теплопередающей поверхности теплоносителем. Достоинства и недостатки ПГ с циркуляцией теплоносителя внутри труб (рис. 1.10,а) и в межтрубном пространстве (рис. 1.10,6) были рассмотрены в ц. 1.1.1 при классификации паропроизводящих установок по типу ПГ.
Из числа других особенностей принципиальных схем прямоточных ПГ следует указать также на возможные варианты их компоновки. Представленные на рис. 1.10. однокорпусные ПГ не являются единственно возможным инженерным решением. Экономайзер, испаритель и пароперегреватель могут быть выполнены в виде самостоятельных, последовательно соединенных теплообменников. Возможно также объединение экономайзера и испарителя с вынесением пароперегревателя в отдельный корпус.
Принципиальные схемы ПГ с многократной циркуляцией рабочего тела в испарителе. Принципиально отличными от прямоточных являются ПГ с многократной циркуляцией рабочего тела в испарителе, у которых за один цикл прохода рабочего тела через испарительный участок лишь часть воды обращается в пар.
По способу организации движения рабочего тела в замкнутом контуре испарителя различают ПГ с многократной естественной и многократной принудительной циркуляцией. В первом случае движущий напор создается за счет разности плотностей воды в опускном участке замкнутого испарительного контура и пароводяной смеси в подъемном участке, а во втором случае циркуляция обеспечивается насосом, включенным в опускную ветвь испарительного контура. Указанные особенности ПГ с многократной циркуляцией иллюстрируются рис. 1.11, на котором изображены принципиальные схемы змеевиковых ПГ с естественной циркуляцией рабочего тела (рис. 1.11,а) и МПЦ (рис. 1.11,6)
Рис. 1.11. Принципиальные схемы ПГ с естественной (а) и многократной принудительной (б) циркуляцией рабочего тела в испарителе:
1 — экономайзер; 2 — испаритель; 3 — пароперегреватель; 4 — сепаратор; 5 — насос
ПГ с МПЦ обладают лучшими компоновочными и массогабаритными характеристиками, чем ПГ с естественной циркуляцией рабочего тела. Однако введение насоса МПЦ (позиция 5 на рис. 1.11,6) усложняет конструкцию ПГ. и снижает его надежность.
Специфическим элементом ПГ с МПЦ рабочего тела является сепаратор, предназначенный для отделения пара от влаги. На принципиальных схемах, представленных на рис. 1.11, сепаратор конструкционно вынесен из корпуса испарителя. Такая компоновка может оказаться целесообразной при больших паропроизводительностях, когда внутрикорпусиая сепарация пара превращается в достаточно сложную проблему. Кроме того, вынесение сепарационного объема в отдельный корпус дает возможность подключения нескольких испарителей к одному сепаратору. В большинстве же случаев сепаратор конструкционно совмещается с испарителем, как показано, например, на рис. 1.12. При этом наряду с жалюзийными широко используются и другие типы сепараторов. Достаточно часто применяется также многоступенчатая система сепарации, содержащая сепарационные устройства различных типов.
Среди ПГ рассматриваемого типа в настоящее время наиболее широкое распространение получили однокорпусные ПГ с погруженной поверхностью нагрева и естественной циркуляцией рабочего тела. В Советском Союзе это, главным образом, горизонтальные (рис. 1.12,с), а в США вертикальные (рис. 1.12,6) ПГ.
Рис: 1.12. Принципиальные схемы горизонтального (а) и вертикального (б) корпусных ПГ насыщенного пара:
— корпус; 2 — сепаратор; 3 — зеркало испарения; 4 — трубная система ПГ; 5 — раздающий коллектор; 6 — собирающий коллектор; 7 — обечайка опускного участка
При прочих равных условиях массогабаритные характеристики и размеры теплопередающих поверхностей у вертикальных и горизонтальных ПГ примерно одинаковы. Достоинством горизонтальных ПГ является простота и надежность сепарации пара. В вертикальных ПГ, которым свойственны более высокие нагрузки парового объема, для достижения такого же качества сепарации пара, как в горизонтальных ПГ, приходится применять сложные сепарационные устройства 2. Зато вертикальные ПГ по сравнению с горизонтальными более компактно устанавливаются в помещении паропроизводящей установки, что весьма важно при размещении ее в защитной оболочке.
На рис. 1.12 представлены принципиальные схемы однокорпусных ПГ насыщенного пара, теплопередающие поверхности которых образованы системой плоских змеевиков 4. Так же как и в прямоточных ПГ (рис. 1.10), в ПГ с многократной принудительной циркуляцией рабочего тела наряду с плоскими змеевиками могут применяться прямотрубные поверхности теплообмена, спиральные змеевики и другие виды теплопередающих поверхностей. И так же, как в прямоточных ПГ, в однокорпусных ПГ с многократной принудительной циркуляцией можно получать перегретый пар. Для этого в паровом пространстве устанавливаются дополнительные теплопередающие змеевики.
Наряду с однокорпусной схемой компоновки ПГ с многократной принудительной циркуляцией существуют многокорпусные варианты, когда пароперегреватель, а иногда и экономайзер размещаются в отдельных корпусах.
