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 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 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 ) , 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 . 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 . 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 .
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
Типы котлоагрегатов Параметры перегретого пара
Номинальная паропроизво-
дительность т/ч
давление,
Мн/м2 (кгс/см2)
температура, |С
первично перегретый пар
вторично перегретый пар
Е - с естественной циркуляцией с перегревом и без перегрева пара
4 (40)
440
-
6,5; 10; 15;
20; 25; 35;
50; 75
10(100)
540
-
60; 90; 120; 160; 220
14 (140)
570
-
160; 210; 320; 420; 480
Еп - с естественной циркуляцией с перегревом и промежуточным перегревом пара
14 (140)
570
570
320;500; 640
Пп - прямоточные с перегревом и промежуточным перегревом пара
25,5(255)
585-5 65
570
950; 1600; 2500
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.