книги из ГПНТБ / Мейкляр, М. В. Паровые котлы электростанций [учеб. пособие]

в обогреве его отдельных труб, при которой возможно неустойчивое движение воды в наименее обогреваемых трубах.

У современного котла с естественной циркуляцией каждый экран состоит из трех—пяти циркуляционных контуров. В каждом из контуров нижние концы обогре­ ваемых труб включены в горизонтальный коллектор (камеру), а верхние концы либо во второй коллектор, либо непосредственно в барабан котла. Необогреваемые водоопускные трубы включены верхним концом в самую нижнюю часть барабана, а нижним концом — в тот же коллектор, что и обогреваемые трубы (рис. 10-2 и 10-3).

Неравномерность обогрева отдельных труб несколько возрастает из-за того, что экранные трубы, огибая амб­ разуру топливной горелки, заслоняют собой соседние трубы или сами заслоняются ими. Но обычно такая не­ равномерность не доходит до опасного предела.

Отсутствие искривления труб, имеющих длину около 20 м, обеспечивается поясами жесткости, в которых тру­ бы с помощью тяг прикрепляются к элементам каркаса котла.

10-2. Изменение уровня воды в барабане

Чрезмерное снижение уровня воды в барабане котла (упуск уровня) становится опасным задолго до опорож­ нения барабана и далее до оголения верхних концов во­ доопускных труб экранов. Над этими отверстиями в во­ де образуются воронки, подобные тем, какие можно на­ блюдать при вытекании воды из любого сосуда через отверстие, расположеное неглубоко под ее уровнем.

С повышением температуры уменьшается вязкость воды, и такие воронки возникают при большей высоте ее слоя, нежели в бытовых условиях. Образование во­ ронок ускоряется при завихренном движении воды в ба­ рабане.

Как указывалось, циркуляция воды в котле происхо­

160

медляется по мере возрастания количества пара в опуск­ ных трубах. Но при этом немедленно прекращается по­ падание в них пара.

Паровые пузыри всплывают, частично они могут быть унесены вниз, и в опускных трубах остается только вода. Тогда снова возникает циркуляция с большой скоростью. В опускных трубах опять появляется пар, который снова начинает тормозить циркуляцию, и т. д.

При возникающей неравномерной циркуляции трубы повреждаются не только в верхней части топочной каме­ ры, но и гораздо ниже, иногда даже на уровне горелок. Разрыв труб иногда происходит не в момент наиболь­ шего упуска уровня воды, а позже, когда уровень начи­ нает повышаться и кажется, что опасность миновала. Все это указывает на то, что при упуске уровня нужно опасаться не только оголения верхних концов экранных труб, но и нарушения циркуляции в экранах из-за появ­ ления пара в опускных трубах.

У газомазутного котла производительностью 220 т/ч на 100 кгс/см2 в первые полгода эксплуатации 4 раза разрывалась одна и та же труба в левой части фронтового экрана. Аварийную трубу удалили, заглушив места ее присоединения к экранным коллекторам, но вскоре произошел разрыв соседней трубы. Анализы металла пока­ зали, что вблизи места разрыва труба нагревалась до высокой темпе­ ратуры, по-видимому, из-за того, что временно становилась неустой­ чивой циркуляция воды. Проверка подтвердила отсутствие посторон­ них предметов во всех трубах циркуляционного контура.

Внутри барабана котла из восьми питательных труб четыре по­ дают воду на дырчатый лист для очистки пара (рис. 9-4), а по дру­ гим четырем трубам вода со скоростью до 2 м/с направляется в во­ дяное пространство барабана. При осмотре обнаружили, что одна из этих труб была установлена неточно и направляла воду по касатель­ ной к водоопускной трубе аварийного циркуляционного контура. Воз­ никало вихревое движение воды, способствовавшее образованию во­ ронки над водоопускной трубой. Изредка пар попадал в эту воронку в таком количестве, что циркуляция в экране становилась неустойчи­ вой. Повреждалась труба, в которой циркуляция нарушалась прежде всего.

Аварии прекратились после установки в барабане перегородок, препятствующих завихрению воды над водоопускной трубой экрана.

нижним п р е д е л ь н ы м и положениями, которые указы­ ваются заводом-изготовителем котла.

На многих электростанциях среднего давления при снижении уровня воды за пределы его прямой видимо­ сти практикуется проверка уровня «на подтяжку». При закрытии верхнего краника пар в водоуказательной ко-

«подтяжке» уровень перестает появляться.

У современных котлов высокого давления изменения уровня воды должны ограничиваться более жестко. Кроме предельных положений уровня воды, находящих­ ся обычно на 50—75 мм от среднего, завод-изготовитель указывает верхнее и нижнее а в а р и й н ы е положения уровня. Чрезмерное его повышение может привести к уносу воды с выходящим из барабана паром, а сни­ жение— к возникновению воронок над водоопускными трубами экранов и нарушению устойчивости циркуляции в них воды. Возможны и другие последствия чрезмер­ ного изменения уровня. Например, при малой высоте слоя воды над поддонами внутрибарабанных сепарационных циклонов (рис. 9-1) вода из этих циклонов раз­ брызгивается внутри барабана, из-за чего ухудшается качество пара.

При отклонении уровня воды сначала автоматически включается световая и звуковая сигнализация. В случае дальнейшего повышения уровня автоматически откры­ вается линия сброса воды из барабана. При еще боль­ шем повышении или снижении уровня защитные устрой­ ства останавливают котел.

Наиболее опасны периоды растопки котла и взятия им нагрузки после растопки, когда уровень воды в бара­ бане регулируют вручную. Такое регулирование должно производиться особенно четко.

У котлов ТП-2.30-2 производительностью 230 т/ч на 100 кгс/см2 имело место несколько разрывов экранных труб непосредственно после растопки. Повреждались трубы, в которых циркуляция была наиболее слабой. Эти трубы были удалены на всех котлах, но при последующих растопках возникли разрывы соседних труб. Во избе­ жание аварии работники электростанции стремились поднять нагруз­ ку котлов после растопки как можно быстрее, чтобы сократить про­ должительность работы при опасном режиме. Но аварийные разрывы экранных труб становились все более частыми. Регистрирующие при­ боры при растопке не включались, и причину многократных аварий долгое время не могли найти.

Наконец было обращено внимание на показания дистанционного указателя уровня в период взятия одним из котлов нагрузки после растопки. Уровень воды кратковременно резко понизился, затем стал быстро повышаться, и в это время разорвалась экранная труба.

Повреждения труб прекратились после того, как взятие котлами нагрузки после растопки стали производить постепенно и медленно, а автоматические регуляторы питания стали включать сразу после повышения давлении,

162

10-3. Экраны (радиационная часть] прямоточных котлов

В экранных трубах прямоточного котла движение рабочей среды (т. е. воды и пара) происходит под дей­ ствием напора питательного насоса. При этом не нужно изготовлять экраны такой конструкции, при которой лучше всего обеспечивается естественная циркуляция воды. В частности, считаются нецелесообразными вер­ тикальные трубные панели по всей высоте топочной ка­ меры.

Радиационная часть котлов Рамзина. Для советских прямоточных котлов докритического давления приме­ няют предложенную Л. К. Рамзиным конструкцию — длинную трубную панель, многократно опоясывающую топочную камеру (рис. 4-4). Вода и пар движутся от нижнего конца труб к верхнему. На фронтовой и задней стенах топки трубы расположены горизонтально, чем упрощается сопряжение наклонных стен холодной во­ ронки с вертикальными стенами. Наклонные участки панели расположены на одной или на обеих боковых стенах топочной камеры.

При такой схеме практически исключается возмож­ ность неодинакового обогрева включенных параллельно труб, что повышает надежность их работы. Но трубные панели Рамзина нельзя изготовлять на заводе в виде транспортабельных блоков. Становится затруднитель­ ным и монтаж длинных труб без промежуточных кол­ лекторов. Для котлов сверхкритического давления схема Рамзина не применяется.

Радиационная часть котлов сверхкритического дав­ ления. Распространение получили как одноходовые, так и многоходовые трубные панели (рис. 10-4). Преимуще­ ствами многоходовых панелей с малым количеством промежуточных коллекторов являются их меньшие вес и гидравлическое сопротивление. Но при таких панелях устойчивость движения воды и пара может быть нару­ шена при менее значительном отклонении от правиль­ ного режима работы.

В последних моделях котлов сверхкритического дав­ ления из одноходовых панелей состоит расположенная в зоне ядра факела нижняя радиационная часть (НРЧ), где опасность неодинакового обогрева отдельных труб наиболее велика. Остальные экраны (СРЧ и ВРЧ) со­ стоят из многоходовых панелей.

Рис. 10-4. Схема движения ра­ бочей среды в трубных пане­ лях радиационной части котла сверхкритического давления ТГМП-314.

а —схема сопряжения одноходовых

панелей НРЧ; б — схема сопряже­ ния панелей СРЧ (показаны со стороны обмуровки три из девяти

среды к фронтовым панелям НРЧ; 9 — линия подачи рабочей среды из НРЧ в СРЧ.

Ijillü!

в)

В каждый корпус прямоточного котла большой производительности питательная вода подается не более чем двумя раздельными потоками. Увеличение числа таких потоков считают нежелательным из-за усложнения усло­ вий регулирования, увеличения количества арматуры и уменьшения надежности. При двухпоточной схеме труб­ ные панели экранов (радиационной части) соответствен­

Если радиационная часть котла состоит из много­ петлевых трубных панелей, то каждая из этих двух групп разделяется на несколько включенных параллель­ но «подпотоков», не имеющих раздельного регулирова­ ния подачи воды. В радиационной части двухкорпусного котла ТПП-210А каждый регулируемый поток разде­ ляется на три, а в СРЧ и ВРЧ однокорпусного котла ТПП-312 — на девять таких «подпотоков».

Надежная работа экранов, разделенных на нерегу­ лируемые «подпотоки», подтверждена опытом длитель­ ной эксплуатации многих котлов. Но в отдельных слу­ чаях требовались различные изменения конструкции.

При проектировании двухкорпусного котла ТПП-200 к первому в СССР энергоблоку мощностью 800 МВт расчеты подтвердили на­ дежность схемы с разделением каждого из регулируемых потоков воды в НРЧ на девять нерегулируемых «подпотоков». Но дополни­ тельные расчеты в период монтажа котла показали, что неустойчивое движение воды может все же возникнуть при отдельных -переходных режимах эксплуатации. Для повышения надежности разделили НРЧ котла на две включенные последовательно почти равные части, между которыми установили промежуточные перемешивающие коллекторы. Кроме того, на входе в каждую из панелей НРЧ установили дрос­ сельную шайбу на 4 кгс/см2, предназначенную для дополнительного выравнивания расхода воды по панелям. Эти переделки достигли своей цели: хотя в первый период эксплуатации котла имели место различные отклонения от правильного режима работы, повреждений труб НРЧ не происходило.

В гл. 4 указывалось, что в котлах сверхкритического давления отсутствуют испарительные поверхности на­ грева. Во входной части экранов происходит подогрев воды, затем на коротком участке вся вода превращает­ ся в пар, а остальная часть экранов работает как паро­ перегреватель. Поскольку в зоне превращения воды в пар могут иметь место ухудшенные условия передачи

При проектировании котлов сверхкритического давления

165

стремятся обеспечить превращение воды в пар Либо в СРЧ, либо в панелях НРЧ, расположенных по углам топочной камеры, где тепловая нагрузка труб меньше, чем в средних панелях.

В котлах сверхкритического давления почти всегда имеется небольшое расхождение температур между от­ дельными трубами одной и той же панели. Возможно даже движение в одних трубах воды, а в других — пе­ регретого пара. Но лишь в редких случаях это приводит

копасным последствиям.

Укотлов сверхкригического давления ТПП-ПО в вертикальных многоходовых панелях НРЧ одна и та же труба получала наиболь­ шее количество тепла в зонах огибания амбразур четырех пылеуголь­

ных горелок. После нескольких аварийных разрывов этой трубы было изменено ее трассирование с таким расчетом, чтобы максималь­ ное количество тепла воспринималось ею лишь на третьей части ее длины, а в остальной части панели — поочередно двумя другими тру­ бами. После этого повреждения труб прекратились.

10-4. Тепловые перемещения экранов

Почти у всех крупных котлов с естественной цирку­ ляцией воды экраны с их необогреваемыми опускными

гревании удлиняются и при остановке снова укорачи­

экранные коллекторы. Свободное тепловое перемещение барабанов обеспечивается тем, что их подвески делают шарнирными, а опоры роликовыми. Если у котла два верхних барабана, то при растопке они расходятся вследствие удлинения соединяющих их труб (рис. 10-2).

Распрямление изогнутых труб подового экрана или труб холодной воронки предотвращается тем, что ниж­ ние коллекторы противоположных экранных секций же­ стко присоединяют друг к другу.

В топках котлов производительностью ПО т/ч на 128 кгс/см2 для организации жидкого шлакоудаления был установлен горизонтальный под, который опирался не на трубы холодной воронки, а на непо­ движные конструкции шлакового комода. Через несколько месяцев

166

у всех котлов появились кольцевые трещины в местах развальцовки верхних концов экранных труб в барабан.

При первых растопках котлов после их реконструкции экранные трубы перемещались вниз. В период работы жидкий шлак застывал вокруг труб, «приклеивая» их к неподвижным кирпичным конструк­ циям. Охлаждаясь при остановке котлов, трубы не могли укорачи­ ваться и с большой силой тянули барабан вниз. При этом трещины появились в верхних вальцовочных соединениях, где металл труб был ослаблен дополнительными напряжениями от развальцовки.

У экранов прямоточных котлов большой производи­ тельности раздельно укрепляют трубные панели НРЧ, СРЧ и ВРЧ. Их тепловые перемещения меньше, чем

Рис. 10-5. Элементы крепления экранных труб (сварные швы услов­ но затемнены).

а — крепление вертикальных экранных труб барабанного котла; б — крепле­

единительная скоба; 3 —крепежная скоба; 4 — тяга; 5 — балка каркаса котла, 6 — скоба, устанавливающая расстояние между трубами; 7 — зажигательный пояс, защищающий скобы 6 от обгорания; 8 — стальной прут в месте привар­

ки друг к другу соседних экранных труб.

у длинных экранных панелей котлов с естественной циркуляцией воды. Но у котлов сверхкритического давле­ ния рабочая среда в параллельно включенных трубах может иметь различную температуру, из-за чего эти трубы могут удлиняться не одинаково. Обеспечить теп­ ловое перемещение таких труб сложнее, чем в котлах С естественной циркуляцией воды, где во всех экранных

167

трубах происходит кипение воды при почти одинаковой температуре.

Имеются различные способы крепления экранных труб котлов сверхкритического давления, при которых соседние трубы могут немного перемещаться относитель­ но друг друга (рис. 10-5,6 и г). Применяют и такие конструкции, в которых по 8—10 труб приварены друг к другу и присоединены к обшивочной раме крючьями, прикрепленными к одной из труб каждой группы. Рас­ стояние между группами труб сохраняется с помощью скоб, приваренных к крайним трубам группы.

10-5. Периодическая продувка экранов

Как указывалось в гл. 2, периодическая продувка нижних экранных коллекторов производится только у котлов с естественной циркуляцией воды и имеет целью удаление оседающих в этих коллекторах взвешен­ ных веществ.

Периодическая продувка экранов может не произво­ диться при почти полном отсутствии в котловой воде взвешенных частиц (прежде всего, частиц окислов же­ леза и меди). При чрезмерном содержании этих частиц периодическая продувка не может обеспечить отсутствия аварийных повреждений экранных труб.

На электростанции с тремя котлами производительностью 220 т/ч на 100 кгс/см2 не соблюдался график периодической очистки деаэра­ торов, вследствие чего их производительность снизилась и возросло содержание кислорода в питательной воде. Попадавшие в котловую воду мелкие частицы окислов железа лишь частично оседали в ниж­ них экранных коллекторах и образовывали тонкий слой накипи на внутренней поверхности экранных труб в зоне их наибольшего обо­ грева.

Первые повреждения экранных труб происходили в периоды вре­ менного ухудшения циркуляции при различных небольших отклоне­ ниях от стабильного режима работы котлов, т. е. когда дополнитель­ но возрастала температура металла. В дальнейшем, с увеличением толщины слоя накипи, разрывы труб начали возникать и при обычных условиях эксплуатации.

Из 13 разорвавшихся труб 10 относились к чистому отсеку сту­ пенчатого испарения. Как и в других подобных случаях, сравнитель­ но тяжелые частицы окислов железа попадали в солевые отсеки в меньшем количестве, чем растворенные в воде соли.

Аварии прекратились после химической очистки котлов, деаэрато­ ров и другого оборудования (см. § 15-5) и доведения содержания кислорода в питательной воде до допустимых значений.

168

При открытии вентилей периодической продувки давление в нижнем экранном коллекторе несколько сни­

периодическую продувку не рекомендуют производить при ослабленной циркуляции в котле, т. е. при неустой­ чивом горении в топке, в периоды изменения нагрузки котла и при его работе с низкой нагрузкой.

Есть основание полагать, что осевшие в нижних экранных коллекторах твердые частицы шлама выду­ ваются с водой только в первые секунды после откры­ тия продувочных вентилей. Периодическая продувка каждого коллектора должна продолжаться не дольше 30 с. Увеличение ее длительности не только бесцельно, но опасно, поскольку при продолжительном ослаблении циркуляции становится более вероятным ее нарушение.

Периодическую продувку иногда производят при растопке котла для удаления холодной воды из нижних экранных коллекторов. Такая продувка способствует возникновению циркуляции, но должна быть прекраще­ на, как только нижние камеры прогреются.

Котел ТП-170-1 паропроизводительностью 170 т/ч на 100 кгс/см2 в период первичного пуска в эксплуатацию был подвергнут щелоче­ нию. Затем в течение ночи котел не обогревался. В этот период для внутренней очистки котла провели трехкратную длительную продувку всех нижних экранных камер. Утром при подъеме нагрузки до 35 т/ч произошел разрыв экранной трубы. Осмотр показал, что из 29 труб

в металле.

Было установлено, что руководители пуска котла не удовлетво­ рились тремя продувками экранов после щелочения и «для верности» начали продувать их еще раз при работе котла с низкой нагрузкой. Во время этой продувки и произошел разрыв экранной трубы.

10-6. Коррозия экранных труб

Коррозионные разрушения возникают как на вну­ тренней, так и на наружной поверхности экранных труб. Причины коррозии различны.

1. Вместе с питательной водой в котел вносятся мельчайшие частицы окислов железа и меди. Эти части­ цы являются продуктами коррозии подогревателей, тру­ бопроводов и другого оборудования электростанции. По [Л. 1] допускается лишь ничтожное их содержание в пи­ тательной воде (рис. 4-5).

169