Пароперегреватель предназначен для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

Пароперегреватель ― один из наиболее ответственных элементов котельного агрегата, так как он работает в наиболее тяжелых температурных условиях. Змеевики пароперегревателя и коллекторы выполняются из углеро- дистой стали.

Каждый пароперегреватель представляет собой системы цельнотяну- тых параллельных труб диаметром 28–42 мм, изогнутых в виде змеевиков, вальцованных или приваренных к круглым коллекторам. Использование труб небольшого диаметра упрощает гибку змеевиков и увеличивает коэффициент теплоотдачи. Толщина стенок труб зависит от рабочего давления пара и может быть от 3 до 5 мм. Устанавливают пароперегреватели на выходе про- дуктов сгорания из топки, где их температура находится в пределах 700–900 °С.

По своей конструкции пароперегреватели бывают вертикальные и горизонтальные с поперечным омыванием продуктами сгорания. Наиболее широкое распространение получили исключительно вертикальные, так как их крепление получается более простым.

Надежность работы змеевиков зависит от способа подвода насыщен- ного пара и отвода перегретого пара из него. В зависимости от направления движения газов и пара различают три основные схемы включения пароперег- ревателя в газовый поток: прямоточную (рис.9.1 а), противоточную (рис. 9.1 б) и комбинированную (рис. 9.1 в).

Рис. 9.1. Схемы включения пароперегревателей в газовый поток:

а — прямоточная; б — противоточная; в — смешанная; стрелками показано дни жение насыщенного пара (НП), перегретого пара (ПП) и продуктов горения (ПГ)

При прямоточном включении направление движения продуктов сгора- ния и пара по змеевикам совпадают, т.е. в одном направлении. В такой схеме наиболее высокая температура газов находится в области наиболее низкой температуры пара, что в принципе должно было бы обеспечить низкие тем- пературы металла пароперегревателя. Однако при наличии капелек котловой воды, поступающих с насыщенным паром из сепарационных устройств бара- бана, соли, содержащиеся в них , будут осаждаться на первых рядах змееви- ков, что приводит к резкому повышению температуры металла. В прямоточ- ной схеме движения теплоносителей температурный напор (усредненная по поверхности разность температур между греющей и нагреваемой средой) минимален, что требует наиболее развитых поверхностей нагрева.

При противоточной схеме потоки продуктов сгорания и пара направ- ляются навстречу друг другу. В таком случае змеевики, обогреваемые продуктами сгорания с наиболее высокой температурой, встречают уже перегретый пар и охлаждаются при этом недостаточно. В результате металл змеевиков пароперегревателя работает в наиболее тяжелых температурных условиях. Вместе с тем, температурный напор в этой схеме максимальный и необходимая поверхность теплообмена минимальна, но ее можно применять при нагреве пара до 400 °С.

При комбинированном включении часть змеевиков включается в рабо- ту по прямоточной схеме, а часть ― по противоточной. Данная схема являет- ся наиболее оптимальной по условиям надежности работы. Соотношение противоточной и прямоточной частей пароперегревателя выбирается из усло- вия одинаковых температур металла в начале и в конце змеевика его прямо- точной части.

По тепловосприятию пароперегреватели делятся на конвективные и конвективно-радиационные.

Для котлов низкой и средней мощности используют конвективные пароперегреватели, а для котлов с давлением свыше 40 атм. и при темпера- турах нагрева более 250 °С используют конвективно-радиационные паропе- регреватели.

Конвективный пароперегреватель (рис. 9.2) обычно устанавливают в горизонтальном соединительном газоходе между топкой и конвективной шахтой котла.

В конвективно-радиационных пароперегревателях конвективная часть устанавливается в газоходе котла, а радиационная ― в топке котла.

Температуру пара в котлах с давлением до 2,4 МПа не регулируют. При давлениях более 2,4 МПа для регулировки температуры используют редукционно-охладительные установки (РОУ) или промежуточные пароохла- дители.

Установки РОУ устанавливают на выходе пара из пароперегревателя и регулирование осуществляется путем впрыска определенного количества конденсата в пар.

Промежуточные пароохладители устанавливают в рассечку между ступенями пароперегревателя. Пароохладитель представляет собой теплооб- менник по трубкам которого циркулирует питательная вода, а пар поступает в межтрубное пространство. Регулирование температуры перегретого пара производится изменением количества питательной воды, пропускаемой по трубкам пароохладителя.

Котлы с температурой перегрева пара выше 400 °С должны быть снабжены автоматическими регуляторами температуры перегретого пара.

Пароперегреватель должен иметь манометр, предохранительный кла- пан, запорную арматуру для отключения пароперегревателя от паровой магистрали, прибор для измерения температуры перегретого пара. 

Поддержание номинальной температуры пара при пониженных нагрузках

Пароперегреватели современных паровых котлов по характеристикам тепловосприятия  являются комбинированными, так как состоят из частей с разными условиями теплообмена поверхности перегревателя с газовым потоком (радиационный, полурадиационный, конвективный). Во всех случаях поверхность конвективного теплообмена несколько превы­шает другие, поэтому в целом комбинированный пароперегреватель имеет слабо выраженную конвективную характеристику (см. рис. 7.2,6) и при подъеме нагрузки на котле температура перегрева пара несколько растет. Ввиду необходимости глубокого изменения графика нагрузки электростан­ции желательно иметь возможно больший диапазон регулирования паро- производительности при сохранении номинальной температуры пара. Но­минальная температура пара с допустимыми отклонениями не более +5 и — 10°С должна обеспечиваться: по пару высокого давления — в регули­ровочном диапазоне нагрузок 0,3 -4- 1,0 Д_10М в прямоточных газомазутных котлах и 0,5 — 1,0 Дюм в барабанных и прямоточных на твердом топливе, по вторичноперегретому пару — в регулировочном диапазоне 0,6 -г 1,0 D_H0„.

Рис. 7.9. Классификация методов регулирования температуры пара высокого давле­ния и промежуточного перегрева.

Различают два основных метода регулирования температуры перегре­ва пара: паровой и газовый с использованием для этого различных схем и устройств (рис.7.9).