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

изводится в СРЧ и ВРЧ, а иногда и в выходной ча­ сти НРЧ.

По назначению пароперегреватели делят на первич­ ные, в которых перегревается пар высокого давления, и промежуточные, служащие для перегрева пара, возвра­

щаемого из турбины.

Почти во всех отечественных котлах ширмы и радиа­ ционные поверхности нагрева относятся только к пер­ вичному пароперегревателю. Промежуточный паропере­ греватель сравнительно невелик и обычно весь состоит из конвективных трубных пакетов. Это в значительной мере объясняется тем, что при давлении пара в нем около 30 кгс/см2 его трубы охлаждаются менее интен­ сивно, чем омываемые паром более высокой плотности трубы первичного пароперегревателя. Опыт эксплуата­ ции в СССР небольшого числа промежуточных паро­ перегревателей радиационного типа показал, что при охлаждении паром среднего давления очень трудно

ные панели и ширмы направляют обычно пар более низкой температуры, чем в конвективные пакеты

(рис. 11-2).

Крепление труб. Крепление труб радиационных па­ нелей пароперегревателя мало отличается от крепления экранных труб, описанного в гл. 10 (рис. 10-5). .

Крепление труб вертикальных ширм должно предот­ вращать искривление отдельных труб и отклонение их от плоскости трубной панели. Это обеспечивается как различными крепежными скобами и планками, так и тем, что отдельные трубы ширмы удерживают осталь­ ные. Схема таких обвязочных труб может быть различ­ ной (рис. 11-3,а и в ).

Крепежных деталей и обвязочных труб нет в унифи­ цированных ширмах (рис. 11-3,6), в которых одинако­ вые U-образные трубы несколько повернуты к пло­ скости панели и удерживают друг друга от искривления. Распространение унифицированных ширм ограничи­ вается тем, что для их изготовления требуется повы­ шенное количество металла.

В горизонтальных ширмах крепежные устройства должны не только препятствовать выходу отдельных труб из плоскости трубной панели, но и удерживать их

180

от прогиба под действием собственного веса. На рис. 11-3,г схематически изображена конструкция, в ко­ торой вертикальные крепежные трубы охлаждаются во­ дой, проходящей через них до поступления в эконо­ майзер. В других конструкциях крепежными являются нижние трубы самих ширм.

Во всех ширмах наибольшее количество тепла полу­ чают обращенные в сторону топки наружные трубы. Чрезмерный нагрев стенок этих труб предотвращается тем, что трубы, включенные в коллекторы наружными, являются обвязочными и воспринимают повышенное ко-

Рис. 11-2. Примерная схема движения первичного пара в современ­ ном котле с естественной циркуляцией (отдельно показана одна из конструкций крепления горизонтальных змеевиков к подвесной трубе).

/ — барабан; 2 — опускные трубы радиационной панели пароперегревателя; 3 — подъемные трубы панели; 4 — проем для горелки; 5 — потолочная трубная панель; 6 — необогреваемые перепускные трубы; 7 — пароохладитель; 8 — шир­

выходная камеры подвесных труб; /4 — подвесные трубы; 15 — опорная план­ ка для горизонтальной трубы 1Q,

181

личество тепла не по всей длине. Это тепло распреде­ ляется между двумя или тремя трубами. Аналогичным образом охлаждаемые водой крепежные трубы защи­ щают от чрезмерного нагрева часть нижней трубы го­ ризонтальной ширмы (рис. 11-3,г).

Горизонтальные змеевики конвективных пакетов па­ роперегревателя опираются на вертикальные стойки (рис. 11-1) или на планки, приваренные к охлаждаемым

В)

Рис. М-3. Различные кон­ струкции ширм и их креп­ ление.

а и в — вертикальные ширмы,

у которых отдельные трубы являются обвязочными; 6 —

унифицированная вертикальная ширма без обвязочных труб;

водой Вертикальным трубам (рис. 11-2). Опорные стойки и планки изготовляют из жаропрочной стали.

Вертикальные змеевики висят в газоходе на своих верхних коллекторах или на подвесках, прикрепленных к верхним гибам труб. Искривлению длинных змеевиков препятствуют дистанционирующие скобы и планки, сое­ диняющие их между собой.

182

Схемы движения пара в пароперегревателе. Пар от­ водит тепло от стенок труб хуже, чем вода. Температу­ ра стенок труб пароперегревателя даже при расчетных условиях эксплуатации превышает температуру проходя­ щего в них пара на несколько десятков градусов. До­ полнительное повышение температуры труб может при­ вести к их повреждению. Но в современных котлах очень трудно обеспечить почти одинаковый обогрев га­ зами большого количества труб, расположенных в газо­ ходе шириной 10—17 м.

Широко применяется промежуточное перемешивание пара между отдельными трубными панелями и пакета­ ми. Из многочисленных схем здесь приводится лишь одна (рис. 11-4).

Из барабана 1 насыщенный пар направляется по необогреваемым трубам 2 в коллекторы 3 и затем в пото­ лочные трубы 4 над топочной камерой (показаны толь­ ко крайние две трубы); затем пар движется через кол­ лекторы 5 и ширмы 6, сначала через крайние, а затем после промежуточных коллекторов 7 — через средние ширмы в газоходе; на схеме показана только одна шир­ ма из каждых четырех и ее сборные коллекторы, вре­ занные в коллекторы 5, 7 и 8; из коллекторов 8 пар по необогреваемым перекрещивающимся трубам 9 направ­ ляется в два полукольцевых трубопровода 10, в которые встроены вспрыскивающие пароохладители; далее по потолочным трубам 11, из которых показаны только две

крайних ширм в коллекторы 14, пар проходит через вер­ тикальные, вторые по его ходу вспрыскивающие паро­ охладители 15 и направляется в конвективный трубный пакет 16, из которого показаны только два крайних змеевика. Перегретый пар удаляется из котла по трубо­ проводу 17.

Считается наиболее целесообразным направлять пер­ вичный пар сначала в радиационную часть пароперегре­ вателя, затем в трубные панели на стенах и потолке конвективных газоходов и в ширмы и, наконец, в кон­ вективные трубные пакеты. Промежуточный паропере­ греватель обычно размещают по ходу газов за первич­ ным. По такой схеме работают пароперегреватели

183

184

Рис. 11-4. Упрощенная схема пароперегревателя котла производительностью 220 т/ч, 100 кгс/см2, 540 °С.

вается целесообразным чередование отдельных трубных пакетов первичного и промежуточного пароперегревате­ лей (рис. 11-10,а).

11-2. Регулирование температуры пара при работе котла

Кратковременное регулирование. В котлах с естест­ венной циркуляцией воды температуру перегретого пара иногда регулируют изменением разрежения в топочной камере. Если температура перегретого пара недостаточ­ на, машинист «подтягивает» факел вверх, т. е., не изме­ няя работы дутьевых вентиляторов, несколько больше нагружает дымососы и соответственно увеличивает раз­ режение в топке.

Действие такого способа регулирования основано на том, что с возрастанием разрежения увеличивается при­ сос в топочную камеру наружного воздуха, который как более холодный и имеющий более высокую плотность опускается вниз, оттесняя факел кверху. Соответственно смещается вверх зона окончания горения топлива и воз­ растает температура газов вверху топки. Увеличивается и температура пара.

При чрезмерно высокой температуре перегретого па­ ра машинист уменьшает нагрузку дымососов, временно допуская даже положительное давление дымовых газов в верхней части котла и выбивание газов наружу через неплотности.

Регулировать температуру перегретого пара измене­ нием разрежения в топочной камере можно быстро и четко. В этом основное достоинство такого способа регу­ лирования. Но при увеличении разрежения в топке и чрезмерном поднятии факела возрастает шлакование и увеличивается потеря от недожога топлива. Уменьшение разрежения в топке сопровождается выбиванием газов наружу в верхней части котла и ускоренным разруше­ нием обмуровки. Регулировать температуру пара рас­ сматриваемым способом допустимо лишь кратковремен­ но в момент быстрого изменения режима работы котла.

Иногда применяют другой метод режимного регули­ рования. Он основан на том, что с увеличением коэффи­ циента избытка воздуха возрастает количество дымовых газов, омывающих конвективную часть пароперегрева­ теля. Соответственно растет скорость газов, вследствие

185

чего увеличивается количество тепла, которое газы пере­ дают конвекцией поверхностям нагрева. Например, для отдельных котлов повышение коэффициента избытка воздуха с 1,29 до 1,35 приводит к возрастанию темпера­ туры перегретого пара приблизительно на 15 °С.

При таком регулировании изменяют нагрузку не только дымососов, но и дутьевых вентиляторов. Регули­ рование действует четко и быстро, но также должно рассматриваться лишь как кратковременное вынужден­ ное мероприятие. Длительная работа котла при слиш­ ком большом или чрезмерно малом избытке воздуха в топке не допускается.

Влияние изменения давления. У всех котлов с естест­ венной циркуляцией воды температура перегретого пара повышается в периоды быстрого возрастания давления. Во время быстрого снижения давления температура па­ ра уменьшается. Изменение температуры оказывается тем больше, чем быстрее изменяется давление в котле.

Объяснить это можно следующим образом. Пусть, например, ба­ рабанный котел высокого давления работает с постоянной нагрузкой при неизменном давлении пара. При этом на испарение воды затра­ чивается около половины всего тепла, которое передается воде и пару от дымовых газов. Сообразно с этим рассчитаны все поверхно­ сти нагрева пароперегревателя. Если же на испарение воды затрачи­ вается иная часть передаваемого тепла, то температура пара соответ­ ственно изменяется.

В период быстрого повышения давления часть тепла расходуется на дополнительный подогрев котловой воды до повышающейся в это время температуры кипения. Например, при повышении давления от 80 до 100 кгс/смг температура кипения увеличивается с 295 до 310 °С, из-за чего вся котловая вода нагревается дополнительно на 15 °С. Совместно с водой нагреваются барабаны, трубы и коллекторы котла, а также другие элементы. Несколько возрастает и температура обму­ ровки. Затрата на все это дополнительного количества тепла приво­ дит к временному уменьшению парообразования, и на испарение воды временно расходуется меньшая доля передаваемого тепла. Воз­ никает некоторое несоответствие между количеством дымовых газов, омывающих пароперегреватель, и количеством пара, который нагре­ вается в нем. Каждому килограмму пара передается больше тепла, чем при работе котла с постоянным давлением, й каждый килограмм пара нагревается в пароперегревателе до более высокой температуры. Чем быстрее повышается давление, тем в большей степени происхо­ дит перераспределение тепла. Таким образом, возрастание темпера­ туры перегретого пара тем больше, чем резче повышается давление.

Такие же закономерности обусловливают снижение температуры пара при уменьшении давления в котле.

Во всех котельных цехах необходимо стремиться как можно меньше изменять давление пара в котельных агрегатах. В частности, должен быть разработан поря-

186

док изменения нагрузки отдельных котлов при различ­ ных изменениях суммарной нагрузки электростанции.

Масштаб колебаний температуры пара возрастает, если котлы работают с малой нагрузкой.

Пусть, например, на дополнительный подогрев воды и самого котла при резком повышении давления пара затрачивается столько тепла, что паросъем уменьшается на 40 т/ч. Это кратковременное снижение паропроизводительности ощущается мало, если котел рабо­ тает с номинальной нагрузкой 420 т/ч. Но при нагрузке котла 240 т/ч такое снижение паросъема сказывается значительно больше.

Влияние изменения нагрузки котла. У котлов с есте­ ственной циркуляцией воды, не имеющих радиационной части пароперегревателя, температура перегретого пара, как правило, уменьшается со снижением нагрузки и воз­ растает при ее повышении.

По-иному изменяется температура пара в радиацион­ ной части пароперегревателя. Суммарное количество воспринимаемого тепла определяется здесь температурой факела, которая сравнительно мало зависит от паропро­ изводительности котла. При малой нагрузке получаемое тепло распределяется в меньшем количестве пара. Вследствие этого при малой нагрузке каждый кило­ грамм пара получает больше тепла и температура пара на выходе из радиационной части пароперегревателя оказывается наиболее высокой при пониженной паропро­ изводительности котельного агрегата.

Влияние нагрузки на конечную температуру пара определяется тем, какую часть тепла пар получает пу­ тем радиации и какую — с помощью конвекции.

У многих котлов с естественной циркуляцией воды при каждом изменении нагрузки приходится регулиро­ вать температуру перегретого пара, не допуская ее от­ клонения от требуемого значения. Такое регулирование производят сравнительно просто вручную, если пар про­ ходит через пароперегреватель одним потоком или, как изображено на рис. 11-4, двумя независимыми потоками с раздельным регулированием. Однако регулирование вручную температуры перегретого пара затруднительно, если, например, в первичном пароперегревателе имеют­ ся четыре раздельных паровых потока и если, кроме

187

Тепературы пара в каждом потоке, чем обеспечивается контроль за деятельностью машинистов котла.

Однако этим не исчерпываются трудности регулиро­ вания температуры пара в современном котле большой производительности. Снижение нагрузки такого котла сопровождается упомянутым повышением температуры пара на выходе из радиационных панелей пароперегре­ вателя и из ширм. Эта температура может превысить предельное допустимое значение даже тогда, когда ко­ нечная температура пара остается нормальной.

О

Рис. 11-5. Упрощенная схема изменения температуры пара в первич­

188

Такое изменение поглощения тепла отдельными ча­ стями пароперегревателя происходит не только у котлов с естественной циркуляцией воды, но и -у прямоточных, в том числе и у котлов сверхкритического давления. Оно невелико при сжигании мазута и природного газа и бо­ лее значительно при сжигании большинства твердых топлив. Еще больше возрастает температура за радиа­ ционными поверхностями нагрева при совместном сжи­ гании твердого топлива с жидким или газообразным.

На рис. 11-5,6 показано, что наибольшая допустимая температура пара (кривая III), зависящая как от мар­ ки стали, так от толщины стенок труб, была выбрана при расчете пароперегревателя более высокой, нежели

ние перед первыми по ходу пара пароохладителями (в зоне ß ), а в дальнейшем, при недостаточном охлаж­ дении пара в пароохладителях, снова чрезмерно повы­ шалась в зонах Д и К. На выходе из котла температура пара была равна требуемому значению 545 °С как при полной, так и при пониженной нагрузках. ,

Машинистам пылеугольных котлов со значительной радиационной частью пароперегревателя необходимо следить за тем, чтобы при снижении нагрузки котла промежуточная температура пара не превышала допу­ стимого значения.

Факторы, влияющие на температуру пара в барабан­ ном котле.

1. И з м е н е н и е т е м п е р а т у р ы п и т а т е л ь н о й воды. С понижением температуры питательной воды на 10 °С перегрев пара возрастает примерно на 5°С.

Пусть, например, котел рассчитан на питание водой с температурой 230 °С. Если в него подавать воду с тем­ пературой 150 °С, то в котле эта вода должна дополни­ тельно подогреваться со 150 до 230 °С, для чего требует­ ся дополнительный расход топлива. При этом паропере­ греватель обогревается увеличеннным количеством ды­

снижении влажности твердого топлива температура пе­ регретого пара снижается, а с повышением влажности— возрастает.

189