1 Формирование исходных знаний

Тепловые и температурные элементы выполняют главные функции в формировании в тепловой мощности с требуемыми параметрами пара на главный паровой задвижке котла «ГПЗ», его КПД брутто.

Тепловая мощность котла формируется факелом в топке, передается котельной воде в топочных экранах для образования влажного пара, который преобразуется в сухой пар в парообразующих элементах котла за фестонным выступом.

Параметры отпускаемого котла сухого пара взаимосвязаны в соответствии с уравнением Клайперона-Мендееева: произведение давления на объем пара пропорционально его температуре.

Передача теплоты происходит лучистым, конвективным теплообменном и теплопередачей стенки нагреваемой трубы экрана котельной воде и пару.

2 Изучение нового материала

Главными параметрами сухого пара являются избыточное давление, температура и расход, отпускаемые в главный коллектор ТЭС с регистрацией на ГПЗ котла.

Основным элементом котла формирующим влажный пар в топке, являются подъемные трубы топочного экрана, как составные элементы циркуляционного контура.

Влажный пар перегревается в сухой пар с помощью экранных поверхностей пароперегревателей различного типа.

Регулирование параметров сухого пара при отпуске производится работой пароохладителя.

Топочные экраны. Трубная поверхность нагрева установлена в топке парового котла. В трубках циркулирует котельная вода. Элементы топки применяются для повышения парового напряжения поверхности нагрева котла, снижения топочной температуры газов и предохранения обмуровки котла от выгорания.

Типы экранов [23]:

1) В котлах малой и средней мощности используют гладкотрубные экраны с трубами диаметром 60 × 3 ммиз стали Ст 20, рисунок10.1.

Рисунок 10.1- Глаткотрубный экран

2) Ошипованный экран применяют в топках с жидким шлакоудалением для ускорения воспламенения топлива и улучшения вывода шлака в чистом виде. шипы. К трубам привариваются (перпендикулярно осям) прутки (шипы d_ш = 10 мм, h_ш = 25 мм) и обкладывают термостойкой бмуровкой, рисунок 10.2.

.

Рисунок 10.2- Ошипованный экран

3) Газоплотный экран (из плавниковых труб) используют в газоплотных топках (∆α=0), которые позволяют повысить тепло-восприятие факела, рисунок 10.3.

Рисунок 10.3 –Газоплотный экран

Пароперегреватель служит для получения перегретого пара из сухого насыщенного в пароперегревателе котла, для нагрева пара от температуры насыщения до требуемой температуры (t_н = 200÷340ºС, t_пе = 440÷545ºС), для обеспечения цикла Ренкина, рисунок 10.4.

(1-2-3-4) – нагрев воды, её испарение, перегрев пара; (4-5) – расширение пара в турбине; (5-0) – конденсация пара; (0-1) – регенеративный подогрев конденсата и питательной воды (для уменьшения расхода теплоты на нагрев пара).

Рисунок 10.4- Рабочий цикл паросиловой установки в Т-S диаграмме

По способу тепловосприятия пароперегреватели подразделяются на конвективные, радиационно-конвективные и радиационные. В отопительных котлах низкого и среднего давлений используются конвективные пароперегреватели с вертикальным или горизонтальным расположением труб. Для получения пара с температурой перегрева более 500 °С в отопительных котлах применяют комбинированные пароперегреватели, в которых тепловосприятие в одной части поверхности происходит за счет излучения, а в другой путем конвекции, например ширмовые поверхности пароперегревателя.

Конвективный пароперегреватель устанавливают в горизонтальном газоходе по прямоточной, противоточной и смешанной схеме .

Прямоточная схема: d_тр = 32 – 38 – 42 мм; δ_ст = 3 – 5 мм; ∆t_прям = min => H_прям = mаx, рисунок 10.5.

Рисунок 10.5- Конвективный пароперегреватель, прямоточная схема

Противоточная схема: ∆t_прот = mаx => H_прот = min.

Недостаток: пережог выходных петель (t_ст=t_п+ => одинарные петли получают при повышения температуры стенки t_ст↑↑= t_п↑ + ↑ → разрыв), рисунок 10.6.

Рисунок 10.6- Конвективный пароперегреватель, противоточная схема

Недостатки предыдущих схем устраняет смешанная схема движения, рисунок 10.7.

Рисунок 10.7- Конвективный пароперегреватель, смешанная схема

Для снижения тепловой развертки пароперегреватель делят на секции и осуществляют переброс пара:

Рисунок 10.8 - Схема раздельной компоновки конвективного пароперегревателя

Для защиты от пережога необходима высокая скорость пара: ↑W_п ≈ 25 м/с т.к. α₂↑(↓ )~ W_п^0,6. Если t_пе < 400ºC используют Ст20. При t_пе = 410÷510ºС → Сталь12Х1МФ.

Для повышения компактности змеевики уплотняют и сдваивают, рисунок 10.9.

одна нитка змеевиков

Рисунок 10. 9 - Схема компоновки конвективного пароперегревателя

Недостатки конвективного пароперегревателя: высокое сопротив-ление прохода по дымовым газам.

Радиационный пароперегреватель. Радиационная часть поверхности нагрева пароперегревателя расположена в виде ширм непосредственно в верхней части топочной камеры, как и испарительные экраны, воспринимают тепло, излучаемое факелом сжигаемого топлива. Радиационные пароперегреватели работают с большими тепловыми нагрузками, температура металла их труб выше, чем у конвективных пароперегревателей, и превышает температуру пара на 100-150 °С. Радиационные пароперегреватели применяют для частичного перегрева пара, завершение которого осуществляется в конвективном пароперегревателе.

С увеличением Р_пара→↑q_исп и ↓q_пе =>c ростом давления Р роль пароперегревающих поверхностей в котле растёт и в топке вместо части экранов устанавливают радиационный перегреватель [23].

а) Р_п < 10 МПа, рис.10.10.

Рисунок 10.10 - Радиационный пароперегреватель при Р_п < 10 МПа

б) Р_п ≥ 14 МПа, рисунок 10.11.

Надежное охлаждение труб достигается применением высокой скорости пара до 30 м/с..

Преимуществами радиационных пароперегревателей являются меньшая удельная площадь поверхности нагрева и отсутствие сопротивлений по газовой стороне, чем у конвективных пароперегревателей.

Рисунок 10.11 - Радиационный пароперегреватель при Р_п ≥ 14 МПа

Ширмовый перегреватель представляют систему трубок, размещают вертикально или горизонтально в верхней части топки. Использование ширмовых пароперегревателей уменьшает площадь поверхности нагрева настенных радиационных пароперегревателей и улучшает использование объема верхней части топочной камеры, рисунок 10.12.

Рисунок 10.12 - Ширмовый перегреватель при Р_п ≥ 14 МПа

Поскольку тепловосприятие пароперегревателя при высоком и сверх­критическом давлении пара достаточно большое, его выполняют комбинированным, включающим все три вида (радиационный настенный, полурадиационный ширмовой и змеевиковый конвективный). Радиационная часть пароперегревателя имеют место на начальном этапе перегрева пара, когда его температура еще невелика, что облегчает условия работы металла. С достаточно высокими сред­ними тепловыми напряжениями и в условиях заметной неравномерности температур газового потока работают полурадиационные поверхности, их располагают в средней зоне перегрева пара. Завершающий этап перегрева осуществляют в змеевиковых конвективных пакетах, рас­положенных в зоне более низких температур газов и тепловых потоков [24].

Компоновка перегревателя зависит от выходного давления пара в нем [23].

а) Р = 4 МПа, t_пе = 440ºС, q_пе ≈ 20%, рис.10.13.

Рисунок 10.13- Общая компоновка перегревателя при Р = 4 МПа,

t_пе = 440ºС, q_пе ≈ 20%

б) Р = 10 МПа, t_пе = 510ºС, q_пе ≈ 30%, рис.10.14.

Рисунок 10.14- Общая компоновка перегревателя при Р = 10 МПа,

t_пе = 510ºС, q_пе ≈ 30%

Для оценки состояния основного металла и сварных соединений оборудования и его пригодности к дальнейшей эксплуатации проводятся контроль и исследование металла вырезок его ответственных узлов и элементов в соответствии с требованиями.