Класифікація котлів-утилізаторів ГТУ (парогазових-установок)
Використовувані для утилізації теплоти вихлопних газів ГТУ котли можна класифікувати за різними ознаками:
- За кількістю контурів гріє пара: одно-, дво- і трьохконтурні
- За способом отримання пара: барабанні і прямоточні; в свою чергу барабанні КУ можна розділити на котли з природною циркуляцією і котли з примусовою циркуляцією води в випарних трубах;
- У напрямку руху гріють газів: горизонтальні і вертикальні.
Котли-утилізатори по числу контурів пари, що гріє
При одній і тій же ГТУ, перехід від одноконтурного котла-утилізатора до двоконтурного дає підвищення ККД ПГУ приблизно на 4% (абс.), Перехід від двоконтурного до Трьохконтурне вже тільки на 1% (абс.). Подальше збільшення числа контурів котла-утилізатора, звичайно, також призведе до підвищення економічності, але воно не окупається додатковими витратами в межах життєвого циклу парогазової установки (ПГУ).
У ПГУ з одноконтурним котлом-утилізатором димові гази вдається охолодити до 160 ° C, і отримати невисоке значення ККД виробництва електроенергії. При цьому, теплова схема такої ПГУ більш проста в експлуатації і має більш низькі капітальні витрати. Для підвищення ефективності виробництва електроенергії припадає ускладнювати теплову схему парогазової установки, застосовуючи при цьому дво- і трьохконтурні котли-утилізатори.
Котли-утилізатори за способом отримання пара
Поки в контурах ВД котлів-утилізаторів використовується докритичний тиск. Тому принципово можливо використовувати як барабанні, так і прямоточні котли-утилізатори. Кожен з цих типів має свої достоїнства і недоліками. Якщо викласти коротко, то барабанні котли мають перевагу в частині більш простого і надійного підтримання необхідної якості робочого тіла, але наявність громіздких, складних і, головне, товстостінних барабанів не дозволяє в повній мірі реалізувати високі маневрені показники газотурбінних установок.
При перехідних процесах (пусках, зупинках, зміни навантаження) в стінках барабанів виникають циклічні температурні напруги, які загрожують появою в них тріщин термічної втоми. Для виключення утворення тріщин доводиться подовжувати час перехідних теплових процесів. Прямоточний котел, навпаки, володіє кращими маневреними показниками, але вимагає спеціального пускового вузла (вбудованого сепаратора) і обов’язкового використання блокової знесолювальної установки (БОУ).
Відсутність такого складного елементу, як барабан, саме по собі є благом, а можливість швидкого пуску – безперечна перевага. За даними фірми Alstom Power, для пуску з холодного стану енергоблоку з прямоточним КУ потрібно 30 хв, а з барабанним – від 60 до 90 хв.
У переважній кількості сучасних ПГУ використовуються барабанні котли, генерація пара в барабанах яких здійснюється за рахунок багаторазової циркуляції води по контуру барабан – опускні труби – підйомні труби – барабан. Ця циркуляція може бути природною і примусовою.
Котли-утилізатори з напряму руху гріючих газів
Всі горизонтальні котли виконуються з природною циркуляцією, що виникає за рахунок різниці щільності води в підйомних і опускних трубах (в останніх щільність вище). При цьому реалізується поперечний обтікання газами трубних пучків, при якому теплопередача найбільш ефективна.
Вертикальні котли-утилізатори часто виконуються з примусовою циркуляцією за допомогою спеціальних насосів, включених в контур циркуляції. Ці насоси споживають електроенергію, але зате гарантують надійну циркуляцію на всіх режимах роботи. Реалізовано технічні рішення використання природної циркуляції і в вертикальних котлах-утилізаторах.
Порівняння горизонтальних і вертикальних котлах-утилізаторах показує, що по тепловій потужності та економічності вони рівноцінні, близькі їх площі теплопередающих поверхонь і вартості. При однаковій потужності горизонтальний котел-утилізатор вимагає площі установки приблизно на 30% більше, ніж вертикальний, головним чином за рахунок вхідного дифузора, вихідного патрубка, тракту до димової труби і її самої. Для зведення вертикального КУ потрібні механізми більшої вантажопідйомності, але зате час монтажу поверхонь нагріву менше (приблизно три тижні проти п’яти).
Дуже важливими достоїнствами вертикального котла-утилізатора є можливість заміни нагрівальних поверхонь, менші витрати на обслуговування і ремонт, краща доступність для інспекцій.
