12 |
Электрические станции, 2001, ¹ 3 |
|
|
|
|
ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Сравнительный анализ двух экспериментов, проведенных в разные годы на мазутных котлах
Холщев В. В., èíæ.
АО “Фирма ОРГРЭС”
Температурный режим труб топочных экранов определяется, в первую очередь, величиной тепло вого потока. Чем он выше, тем выше перепад тем ператур по толщине стенки
t = f ( q ), |
(1) |
тем выше температура наружной стенки. Одновре менно тепловой поток влияет на процесс образо вания внутренних отложений. Эмпирическая зави симость имеет вид
jFe = K CFe q2, |
(2) |
ãäå jFe – скорость (интенсивность) образования от ложений; CFe – концентрация железа в воде.
Из формулы (2) видно преобладающее влияние теплового потока q на интенсивность отложений. Поскольку максимальные значения как температуры стенки, так и количества отложений представ ляют главный эксплуатационный интерес, то при установке температурных вставок и вырезке контрольных образцов необходимо иметь достаточно четкое представление о возможном распределении теплового потока относительно экранов, в первую очередь, по высоте топки.
Существуют различные способы измерения теплового потока, среди которых наибольшее рас пространение нашли температурные (иногда ра диометрические) вставки. Гораздо реже применя ется метод калориметрирования, заключающийся в установке в топке измерительных контуров. Результаты подобного определения тепловых потоков рассмотрим на примере экспериментальных работ, проведенных в разное время ВТИ и ОРГРЭС. Испытания проводились на мазутных котлах с одно сторонним двухъярусным расположением горе лок, тепловые нагрузки определялись методом ка лориметрирования. Измерительный циркуляционный контур позволяет получить наиболее полную и достоверную картину распределения тепловых потоков по высоте топки, однако крайне редко применяется из-за трудоемкости организации по добного измерения в производственных условиях. Вероятно, рассматриваемые далее опыты были единственными для котлов, сжигающих мазут. Аналогичные измерения выполнялись, но на пылеугольных котлах (экраны некоторых из них к тому же были частично закрыты зажигательным
поясом), а также на прямоточном котле СКП с циклонным предтопком.
Схема обвязки контурных труб была различ ной, однако это отличие не принципиальное и по зволяет напрямую сравнивать результаты между со бой. Измерительным контуром на котле ТГМЕ-464 были выбраны центральные трубы заднего, боко вого и фронтового экранов (диаметр труб 60 48 мм), оснащенные гильзовыми термопарами и расходомерной диафрагмой. На котле ТМ-200 (паропроизводительность 200 т ч, давление в ба рабане 3,4 МПа) отдельные циркуляционные экранные трубы на боковом и фронтовом экранах были заменены на точно такие же калориметриче ские (диаметр труб 83 76 мм) с автономным пита нием их химочищенной водой от специального на соса и с установкой гильзовых термопар и расходомерных диафрагм.
При таком способе определения тепловосприя тия большое значение имеет точность измерения температуры среды. Чем дальше отстоят друг от друга две смежные термопары, тем выше точность измерения, но, с другой стороны, тем меньше “разрешающая способность”, тем приблизитель нее результат. На котле ТГМЕ-464 “плотность” установки термопар была заметно выше, одновре менно были приняты возможные меры для повышения точности замеров [1].
Далее рассматриваются результаты испытаний обоих котлов на максимальной нагрузке. Конст рукция топочных камер тождественна как в распо ложении горелочных устройств (одностороннее двухъярусное), так и в наклоне подовой части про тивоположной стены с подъемом в сторону разви тия факелов.
На котле ТМ-200 исследовались боковая и фронтовая стены топки (на каждой по несколько труб), на котле ТГМЕ-464 – центральные трубы боковой, фронтовой и задней стен топки.
На боковой стене котла ТМ-200 было установ лено три калориметрических контура [2]. На ðèñ. 1 показаны тепловые нагрузки по участкам трубы 21 и построенная соответственно эпюра тепловосприятия по высоте. Здесь же для сравне ния показаны эпюры соседних труб 38 è 48. Отсутствие измерений в самой нижней части топки (ниже термопары t1) вынудило авторов экспери мента оборвать эпюру трубы 21 на максимальной нагрузке, которая составила 560 кВт м2. Èç ðèñ. 1
Электрические станции, |
2001, ¹ 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
||||
|
|
Котел ТГМЕ-464 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
24 |
t14 |
|
|
|
t14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Котел ТМ-200 |
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
t12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t6 |
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
t12 |
|
|
|
} |
|
|
12 горелок{ |
t3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
8 горелок |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
|
|
|
||
ì |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
котла, |
16 |
|
|
|
|
t1 |
|
|
|
Трубы 21 38 48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t6 |
|
|
|
|||
Отметка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t11 |
|
|
|
|
|
|
t5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
t10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
t9 |
|
|
|
|
|
6 |
t4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Труба |
||
|
|
t8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Труба |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Труба |
|
38 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
|
||
|
|
t7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
8 |
t6 |
|
|
Ось горелок |
|
|
4 |
t3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
t5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ось горелок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t2 |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
t3 |
|
|
|
|
|
2 |
t1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t2 |
|
|
|
|
|
|
|
Отметка начала обогрева |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
t1 |
|
Отметка начала обогрева |
|
0 |
50 |
100 |
200 |
300 |
400 |
q, êÂò/ì2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
50 |
100 |
200 |
300 |
400 q, êÂò/ì2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Тепловосприятие по высоте бокового экрана котлов ТГМЕ-464 и ТМ-200 |
|
|
|
|||||||||||
видно, что максимум теплового потока по высоте |
ниже, может быть объяснен развитием нижних фа |
топки располагается на отметке ниже оси нижнего |
келов в ограниченном пространстве: сверху их |
яруса горелок. По ходу факела на следующих тру |
сдерживают факелы верхних горелок, снизу – рас |
áàõ 38 è 48 максимум перемещается вверх, одно |
каленное огнеупорное покрытие подового экрана |
временно снижаясь по абсолютной величине. |
с его обратным излучением в сторону горелок. На |
На боковой стене котла ТГМЕ-464 калоримет |
коротком участке в 1 м от пода тепловой поток со |
рический контур чуть сдвинут от оси топки к го |
ставляет всего 100 кВт м2 с последующим резким |
релкам и был разбит по высоте на 12 участков |
увеличением до максимума – 460 кВт м2. |
(участок между термопарами t11 è t12 затенен лен |
Поскольку горелки на котлах установлены на |
тами радиационного пароперегревателя). На ле |
разных стенах, то логично сравнивать результаты |
вом графике представлены тепловые потоки как |
измерений тепловых нагрузок по высоте топки на |
по участкам, так и в виде эпюры. И здесь макси |
задней стене в отношении котла ТГМЕ-464 и на |
мум теплового потока расположен ниже отметки |
фронтовой – относительно котла ТМ-200 (ðèñ. 2). |
оси нижнего яруса горелок и составляет |
В том и другом случае калориметрическим конту |
450 – 470 êÂò ì2. Характер распределения тепло- |
ром служат центральные трубы, а на котле ТМ-200 |
вых нагрузок с максимумом на обоих котлах, соот |
также крайняя труба 3. На котле ТМ-200 контуры |
ветствующим отметке нижнего яруса горелок и |
были поделены всего на четыре участка с располо- |
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электрические станции, |
2001, |
¹ 3 |
||
|
|
Котел ТГМЕ-464 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Котел ТМ-200 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
t13 |
|
|
|
t5 |
|
|
|
|
|
|
|
t13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t11 |
Затененный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t12 |
|
|
|
}участок |
|
|
t2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t10 |
|
12 горелок{ |
|
|
|
|
|
||
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
}8 горелок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t11 |
|
|
|
|
t5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t10 |
|
|
|
t1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t4 |
|
|
|
|
|
|
ì |
12 |
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
котла, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
t9 |
|
|
|
|
|
|
Труба |
Труба |
|
|
|
||
Отметка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
10 |
|
|
|
|
|
6 |
t3 |
|
3 |
47 |
|
|
|
|
t8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t7 |
|
|
qñð |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
Ось горелок |
|
|
4 |
t2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
t5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t4 |
|
|
|
|
|
|
|
Ось горелок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
6 |
t3 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отметка начала обогрева |
|
|
|
||
|
4 |
|
|
|
|
|
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
q, êÂò/ì2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
t1 |
Отметка начала обогрева |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
200 |
300 |
400 q, êÂò/ì2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2. Тепловосприятие по высоте заднего экрана котла ТГМЕ-464 и фронтового экрана котла ТМ-200 |
|
|
||||||||||||
жением пяти термопар примерно через каждые |
эпюра имеет резко выраженный максимум теплово- |
|||
2 м при общей высоте топки 10 м. Такая разбивка |
го потока на оси нижнего яруса горелок, превыша- |
|||
с малым числом участков может дать лишь при- |
ющий по абсолютному значению 500 кВт м2. Ïî- |
|||
близительную картину тепловосприятия по высо- |
добного максимума не отмечено на котле ТМ-200. |
|||
те трубы. Как и на боковой стене, на фронтовой |
Если бы на центральной трубе заднего экрана кот |
|||
эпюра также обрывается в самой нижней части |
||||
ла ТГМЕ-464 в районе горелок число измерений |
||||
топки из-за отсутствия измерений. Тем не менее, |
||||
было ограничено термопарами t2 è t8, то средний |
||||
можно уверенно утверждать, что максимальный |
||||
тепловой |
поток этого участка qñð составил бы |
|||
локальный тепловой поток превышает среднее |
||||
|
2 |
, как на котле ТМ-200 между термопа |
||
значение нижнего участка трубы 410 кВт м2. |
400 êÂò ì |
|||
На этом участке явно не хватает промежуточ- |
ðàìè t1 è t2 он составил 410 кВт м2. |
|||
Èç-çà |
недостаточной представительности из- |
|||
ного замера, аналогичного температуре t2 на трубе |
||||
мерения |
на фронтовой стене топки котла ТМ-200 |
|||
21 бокового экрана (ðèñ. 1), поэтому эпюра полу- |
||||
эпюру, полученную на заднем экране котла ТГМЕ-464, |
||||
чилась такой монотонной, явно не отражающей |
||||
приходится сравнивать с эпюрой боковой стены |
||||
реальной картины тепловосприятия в эпицентре |
||||
мазутных факелов. |
котла ТМ-200, т.е. левый график ðèñ. 2 с правым |
|||
Более подробная и более полная информация |
графиком ðèñ. 1. Как видно, обе эпюры имеют |
|||
получена в другой работе по центральной трубе |
одинаково резко выраженный максимум, располо |
|||
заднего экрана на котле ТГМЕ-464. Построенная |
женный в районе отметки нижнего яруса горелок |
|||
Электрические станции, 2001, |
¹ 3 |
|
|
|
|
|
15 |
||||
26 |
t10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
раженных максимума воспринятых тепловых по |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
токов. Обнаружить их помогло применение кало |
||||
24 |
|
|
|
|
|
|
риметрического контура. Ходовыми |
средствами |
|||
|
|
|
|
|
|
(температурные, радиометрические вставки) из-за |
|||||
|
|
|
t10 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
их низкой точности, дискретности измерения пол |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ной картины распределения тепловых нагрузок по |
||||
22 |
|
|
|
|
|
|
высоте экранной трубы обнаружить невозможно. |
||||
|
|
|
|
|
t13 |
|
Каждой стене топки котла ТГМЕ-464 соответ |
||||
|
|
|
|
|
|
ствует своя эпюра тепловых нагрузок. Каждый из |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
20 |
|
|
|
|
|
|
приведенных графиков отличается индивидуаль |
||||
|
|
|
|
t11 |
|
ностью своего рисунка. Обращает на себя внима |
|||||
|
|
|
|
|
} |
||||||
ì |
|
|
|
|
|
ние резкое изменение теплового потока в зоне мак |
|||||
котла, 18 |
|
|
|
|
|
|
симального тепловосприятия, расположение мак |
||||
t9 |
|
|
|
|
|
симума на оси и ниже оси нижнего яруса горелок. |
|||||
Отметка |
|
|
|
|
|
Полученные графики расходятся со стереотипным |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
}8 горелок |
представлением о распределении теплового пото |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
16 |
|
|
|
|
|
ка по высоте топки, которому более отвечают гра |
|||||
|
|
|
t1 |
|
|
|
фики, полученные на трубах 38 è 48 котла ТМ-200 |
||||
|
|
|
|
|
|
(ðèñ. 1). В то же время графики, полученные на |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
котле ТГМЕ-464, следует воспринимать как графи |
||||
14 |
|
|
|
|
|
|
êè конкретного котла, которые, наверно, выгляде- |
||||
|
t8 |
|
|
|
|
|
ли бы несколько иначе при другом конструкторском |
||||
|
|
|
|
|
|
|
оформлении топки: обратном наклоне пода, встреч |
||||
12 |
|
|
|
|
|
|
ном расположении горелок и других отличиях. |
||||
|
|
|
|
|
|
Калориметрический контур позволил бы выя- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
t7 |
|
|
|
|
|
вить эти различия, но, к сожалению, применение |
||||
|
|
|
|
|
|
этого способа измерения так и не нашло распро |
|||||
10 |
|
|
|
|
|
|
|||||
t6 |
|
|
|
|
|
странения. Экспериментаторы предпочитают бо |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
t5 |
|
|
|
|
|
лее легкий способ, ограничиваясь установкой тем- |
||||
|
|
|
|
|
|
пературных вставок. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
8 |
t4 |
|
|
|
|
|
Совпадение результатов |
измерения тепловых |
|||
|
|
|
|
Ось горелок |
потоков с помощью калориметрического контура в |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
экспериментах, выполненных когда-то ВТИ на ма |
||||
6 |
t3 |
|
|
|
|
|
зутном котле среднего давления и позже ОРГРЭС |
||||
|
|
|
|
|
|
на мазутном котле высокого давления, конфигура |
|||||
|
t2 |
|
|
|
|
|
|||||
|
Отметка начала обогрева |
|
ция топки и расположение горелочных устройств |
||||||||
|
t1 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
которых |
пространственно |
подобны, |
позволяет |
||
|
100 |
200 |
300 |
400 |
q, êÂò/ì2 |
||||||
4 |
сделать следующие выводы. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 3. Тепловосприятие |
по высоте |
фронтового экрана |
1. Для мазутного топлива локальный макси |
||||||||
мум теплового потока превышает 500 кВт м2. |
|||||||||||
котла ТГМЕ-464 |
|
|
|
|
|
2. Указанное значение, определенное при ис- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
пытаниях на обычном котле и совпавшее при ис- |
||||
и близкий по абсолютным значениям (530 и |
пытаниях на современном газоплотном, не под |
||||||||||
тверждает точку зрения, что переход на газоплот |
|||||||||||
560 êÂò ì2 соответственно). |
|
|
|||||||||
Распространено мнение, что с переходом на из |
ное исполнение способствовал повышению тепло- |
||||||||||
вых нагрузок. |
|
|
|||||||||
готовление котлов газоплотного исполнения теп- |
|
|
|||||||||
3. Эпюра теплового потока для котлов с одно |
|||||||||||
ловые потоки в топочной камере повысились. Как |
|||||||||||
сторонним расположением горелок, топка которых |
|||||||||||
видно из проведенного анализа, справедливость |
|||||||||||
выполнена с контруклоном наклонной подовой ча |
|||||||||||
такого |
представления |
íå |
подтверждается. Под |
||||||||
сти в сторону развития факелов, имеет смещение |
|||||||||||
тверждается иное: большие значения тепловых на |
|||||||||||
максимума к оси нижнего яруса горелок. Противо |
|||||||||||
грузок в топках мазутного котла. |
|
|
|||||||||
|
|
положная горелкам стена топки имеет два макси |
|||||||||
Далее рассмотривается еще одна эпюра, полу |
|||||||||||
мума в соответствии с двумя ярусами горелок и, |
|||||||||||
ченная |
на котле ТГМЕ-464. Центральная труба |
||||||||||
возможно, три в соответствии с тремя и т.д. |
|||||||||||
фронтового экрана была обвязана как калоримет |
|||||||||||
|
|
|
|
||||||||
рическая с установкой по ее высоте 10 термопар. |
|
|
|
|
|||||||
На графике ðèñ. 3 показаны средние тепловые на |
Список литературы |
|
|
||||||||
грузки по участкам и эпюра текущего значения ло |
1. Холщев В. В. Определение тепловых нагрузок парогенери |
||||||||||
кальной плотности теплового потока. В полном |
|||||||||||
рующих экранных труб. – Теплоэнергетика, 1985, ¹ 4. |
|||||||||||
соответствии с двумя ярусами горелок, располо- |
|||||||||||
2. Пржиялковский М. М., Äèê Ý. Ï. Распределение тепловых |
|||||||||||
женными напротив (на заднем экране топки), на |
|||||||||||
нагрузок в котле с мазутным факелом. – Теплоэнергетика, |
|||||||||||
фронтовой стене явно наблюдаются два ярко вы- |
1956, ¹ 6. |
|
|
||||||||