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

не оседают в переходной зоне, а уносятся шаром в турбину.>

Прямоточные котлы требуют более квалифицирован­ ного обслуживания, чем котлы с естественной циркуля­ цией воды. Это объясняется следующими особенностями их.

1. В барабанных котлах испарительные поверхности нагрева отделены от пароперегревателя барабаном. Бла­ годаря этому поверхность нагрева пароперегревателя не изменяется при колебаниях нагрузки котла. У прямо­ точного котла зона окончания испарения воды может перемещаться по длине труб. При этом соответственно изменяется поверхность нагрева, в которой происходит перегрев пара, и температура пара легко может возра­ сти или понизиться до недопустимого значения. Для на­ дежной эксплуатации прямоточного котла необходима бесперебойная и четкая работа автоматических регуля­ торов.

2. Питательная вода прямоточного котла должна со­ держать меньше солей и взвешенных веществ, чем при питании котлов с естественной циркуляцией. Допустимое солесодержание уменьшается с повышением давления.

60

Как видно из рис. 4-5, максимально допустимое со­ держание веществ в питательной воде котлов обоих ти­ пов настолько мало, что измеряется миллионными доля­ ми грамма. Но и при таком качестве питательной воды происходит постепенное отложение веществ в трубах пря­ моточных котлов и их приходится периодически подвер­ гать водным и кислотным промывкам.

4-3. Схемы размещения поверхностей нагрева в котле

Почти все изображенные в этой книге котлы (рис. 4-1, 4-2 и д-р.) имеют вид, схожий с огромной буквой П, в одной вертикальной части которой расположена топка, а в другой — конвективные поверхности нагрева. В верх­ нем, почти горизонтальном газоходе размещают паро­ перегреватель или его часть. Воздухоподогреватель впи­ сывается в П-образную схему или размещается отдель­ но, как на рис. 4-3. Воздух в таких котлах входит в ниж­ нюю часть топочной камеры. Продукты сгорания топли­ ва движутся в топке вверх, а в конвективных газоходах — вниз.

Различные поверхно­ сти нагрева размещают в газоходах в такой по­ следовательности, чтобы омывающие их дымовые газы имели значительно более высокую температу-

Рис. 4-6. Разность между тем­ пературой дымовых газов и температурой воды и пара в различных поверхностях на­ грева котла сверхкритического давления ТПП-210А при рабо­ те с полной нагрузкой.

духа; А — ширмы; Б — конвектив­ ная часть первичного пароперегре­ вателя; В — промежуточный паро­ перегреватель; Г — газопаропаро­

вой теплообменник (см. рис. 11-9,о); Д — экономайзер; Е — регенератив­ ный воздухоподогреватель.

61

ру, нежели вода и пар внутри обогреваемых труб. При малой разности температур передача тепла проис­ ходит настолько медленно, что для требуемого нагрева воды, пара или воздуха приходится устанавливать из­ лишне громоздкие элементы котла. Наиболее трудно размещать поверхности нагрева ів котлах с двукратным перегревом пара и при высокой температуре питатель­ ной воды. Меньше всего перепад температур в экономай­ зере или воздухоподогревателе (рис. 4-6).

П-образные котлы и близкие к ним Г-образные (в ко­ торых, как видно на рис. 4-6, опускной газоход имеет значительно меньшую высоту, чем топочная камера) оказались весьма удобными для установки на электро­ станциях и получили наибольшее распространение. Но существует и котлы, изготовленные по другим схемам.

На рис. 4-7,а изображен Т-образный котел с топкой, расположенной между двумя симметричными опускными газоходами. Несмотря на более сложную конфигурацию таких котлов, металл на их изготовление расходуется примерно в таком же количестве, как для П-образных котлов той же производительности. Их газоходы имеют меньшее сечение и в них легче можно производить ре­ монтные работы.

Распространение Т-образных котлов затрудняется, в основном, из-за того, что они занимают больше места по длине котельного цеха, из-за чего приходится удли­ нять все здание электростанции.

На рис. 4-7,6 показан N-образный котел, устанавли­ ваемый для сжигания сланцев и других топлив с очень легкоплавкой золой. В котлах обычной конструкции происходило бы налипание этой золы в трубных паке­ тах, поэтому весь пароперегреватель изготовляют в виде вертикальных ширм, расположенных на 0,5 м друг от друга, вследствие чего несущиеся с газами частицы золы не могут налипать на трубы в большом количестве. При редком расположении поверхностей нагрева стано­ вится необходимым дополнительный третий газоход. Приходится допускать и некоторое увеличение стоимости изготовления котла.

Отдельные специалисты считают перспективными так называемые и н в е р т н ы е котлы, в которых газы движутся в топке сверху вниз и поднимаются вверх в конвективном газоходе. Основное преиму­ щество такого U-образного котла заключается в уменьшении длины паропроводов между ним и паровой турбиной, вследствие чего умень-

62

63

шается непроизводительная потеря давления пара на пути между турбиной и промежуточным пароперегревателем. За счет этого мо­ жет быть несколько повышена экономичность энергоблока. Но услож­ няются подача наверх котла топлива и воздуха и отвод сверху ды­ мовых газов, а при сжигании твердых топлив возрастает и опас­ ность забивания золой конвективных трубных пакетов, в которых газы движутся снизу вверх. Такие котлы пока не получили распро­ странения, но их отдельные экземпляры уже длительно работают на советских электростанциях.

Малое распространение получили пока и другие типы котлов, которые многие специалисты считают перспективными (например, котлы с выносными циклонными предтопками).

5-1. Продукты сгорания топлива

Объем продуктов сгорания. Для всех сжигаемых ископаемых топлив известно процентное содержание в них углерода, водорода и серы. Зная это, можно срав­ нительно просто подсчитать теоретическое количество кислорода, необходимое для полного сгорания 1 кг или 1 м3 топлива, а также тепло, выделяемое при сгорании.

незначительного количества других газов. Следователь­ но, подводя кислород, необходимый для сжигания 1 кг топлива, одновременно приходится подводить еще почти в 4 раза большее количество азота и иных газов, не участвующих в горении. Отсюда можно подсчитать тре­ бующееся для сжигания 1 кг или 1 м3 топлива теорети­ чески необходимое количество воздуха.

Если сравнить одинаковое количество молекул раз­ личных газов, то при одинаковых давлении и температу­ ре объемы этих газов также оказываются одинаковыми (закон Авогадро). Каждая молекула кислорода при хи­ мическом соединении с углеродом топлива образует

64

Рис. 5-1. Схемы процесса горения отдельных элементов горючей мас­ сы топлива.

а — углерода; б —водорода; в — серы.

одну молекулу углекислого газа. Поэтому объем израс-_ ходованного при горении кислорода и объем образовав­ шегося углекислого газа равны друг другу (при одина­ ковой температуре), хотя, конечно, по весу они различа­ ются между собой (рис. 5-1,а).

То же происходит при сжигании серы (рис. 5-1,в). При горении водорода объем образующегося в ре­

зультате этой химической реакции водяного пара ока­ зывается вдвое больше, чем объем израсходованного кислорода (рис. 5-1,6). Но в горючей массе большинст­ ва топлив содержится лишь небольшое количество во­ дорода и происходящее при его сжигании увеличение объема дымовых газов обычно оказывается незначитель­ ным. Даже у состоящего в основном из углеводородов природного газа объем продуктов сгорания лишь на 12— 13% превышает объем входящего в топку воздуха

наковой тепловой нагрузкой на различных топливах, то количество вводимого в их топки воздуха будет у всех почти одинаковым. Увеличение объема дымовых газов по сравнению с объемом этого воздуха (при равной тем­ пературе) обусловливается при сжигании твердых топ­ лив, прежде всего, испарением содержащейся в них влаги, а низкосортных газообразных топлив — наличием в них негорючих газов. Так, почти 70% доменного газа представляет собой азот и углекислый газ, из-за которых объем продуктов сгорания превышает объем воздуха примерно в 2 раза.

С повышением температуры объем воздуха или ды­ мовых газов возрастает согласно закону Гей-Люссака.

ку воздуха и топлива всегда неизбежно либо не вполне равномерное поступление топлива, либо неполное пере­ мешивание его с воздухом, из-за чего отдельные воз­ душные струи проходят через топку, не участвуя в горе­ нии. Воздух необходимо подавать в топку с некоторым избытком. Чем совершеннее конструкция топливоподаю­ щих механизмов и горелок, а также чем легче воспламе­ няется топливо, тем меньше может быть избыток воз­ духа.

Коэффициентом избытка воздуха в топке называется число, показывающее, во сколько раз весовое количест­ во действительно подаваемого в топку воздуха больше количества воздуха, теоретически необходимого для го­ рения. Для котлов большой производительности коэф­ фициент избытка воздуха в топке составляет при пра­ вильной ее работе 1,20 для твердых топлив и несколько меньше для мазута и горючих газов.

Коэффициент избытка воздуха нельзя поддерживать слишком большим. Излишний для горения воздух про­ ходит Еместе с дымовыми газами через весь котел, со­ здает дополнительную нагрузку дутьевым вентиляторам и дымососам и, уходя в дымовую трубу, уносит с собой часть тепла, выделившегося при сгорании топлива. По­ этому необходимо автоматически или вручную непре­

66

рывно регулировать подачу воздуха в топку с тем. что­ бы не допускать слишком большого уменьшения или чрезмерного увеличения его количества.

Авария котла БКЗ-160-100ФБ производительностью 160 т/ч нача­ лась с возникновения свища в сварном шве на трубе одной из ширм. Струя пара охлаждала дымовые газы, из-за чего уменьшилось коли­ чество передаваемого ими тепла. Нагрузка котла понизилась от 150 до 115 т/ч. Машинист не стал выяснять причины внезапного сни­

пара. Чтобы восстановить производительность котла, он дополни­ тельно включил одну пылеугольную горелку и пять мазутных фор­ сунок.

Подача в топку воздуха не была изменена, хотя подача топлива увеличилась. Топливо сжигалось при коэффициенте избытка возду­ ха, намного меньшем единицы. Значительная часть кислорода воз­ духа стала расходоваться на образование окиси углерода, из-за чего нагрузка котла еще более снизилась. Но машинист так и не понял причины ухудшения условий работы.

Через 15 мин при нагрузке 95 т/ч разорвалась одна из экранных труб. Струя пароводяной смеси погасила факел, и котел был оста­ новлен. При его отключении подача в топку угольной пыли была прекращена немедленно, но выключение мазутных форсунок несколь­ ко затянулось и экранные трубы были политы незагоревшимся ма­ зутом.

Для вентиляции котла оставили в работе один из дымососов. Вскоре начала возрастать температура уходящих газов, поднявшаяся за 20 мин до 192 °С. Это свидетельствовало о наличии очага горе­ ния в топке или в газоходах. Дымосос остановили, но выбивание пламени из лючков было настолько значительным, что дымосос снова включили, хотя это способствовало усилению пожара. Лишь через 2 ч температура уходящих газов начала резко снижаться. В резуль­ тате пожара пришлось заменить участки длиной в несколько метров на 75 экранных трубах в топочной камере.

При расследовании аварии отметили несколько ошибок персо­ нала. Нельзя, например, вентилировать остановленный котел, если есть хотя бы подозрение о наличии в его топке или газоходах незагоревшегося мазута или его сажи. Но основной причиной пожара явилось выделение из мазута большого количества сажи, что было неизбежным при недостатке воздуха в топке. Воспламенение слоя сажи на экранных трубах способствовало нарушению устойчивого движения (циркуляции) в них воды и привело к разрыву одной из труб. В дальнейшем, при попадании на трубы мазута и их венти­ ляции воздухом горение усилилось.

Пожар в топке не мог бы возникнуть, если бы машинист знал, что нельзя увеличивать подачу топлива без соответствующего изме­ нения подачи воздуха для горения.

Коэффициент избытка воздуха можно определить по данным газового анализа. Обычно пользуются лабора­ торными газоанализаторами (приборами ВТИ и др.). Для приближенных подсчетов можно пользоваться но­ мограммами (рис. 5-2 и 5-3). Первая из них составлена

применительно к сжиганию углей и мазута. Для расчета по ней нужно предварительно с помощью обычного газо­ анализатора определить суммарное содержание в дымо­ вых газах углекислого газа и сернистого ангидрида

R02 = C 02 + S 0 2, %.

Кривая «каменный уголь» на этой номограмме состав­ лена для донецкого газового угля; ей близки не только кривые для большинства каменных углей, но и кривые для челябинского и карагандинского бурых углей.

При сжигании природного и доменного газов, а так­ же отдельных низкосортных твердых топлив содержание RO2 в продуктах сгорания изменяется сравнительно мало даже при значительном изменении избытка возду­ ха. Для этих топлив целесообразно определять значе­ ние коэффициента избытка воздуха не только по содер­

ризонтальной шкале, проводим от него вертикальную линию до пересечения с кривой «бурый уголь», а оттуда — горизонтальную ли­ нию налево, до вертикальной шкалы, как показано на графике. Ко­ эффициент избытка воздуха равен 1,1.5.

2. В продуктах сгорания природного газа RO2 = 8,0% и О2 = 4,0%. На рис. 5-3 находим эти значения на нижней шкале и от них прово­ дим вертикальные линии (не нанесенные на графике) до соответ­ ствующих кривых 1, а затем — горизонтальные линии до левой вертикальной шкалы. Таким -путем находим два значения коэффи­ циента избытка воздуха: 1,20 и 1,26. Расхождение между этими значениями обусловлено -неточностью измерений. Для ответа реко­ мендуется назвать промежуточное значение коэффициента избытка воздуха.

Рис. 5-2. Номо­

вых газах по сум­ марному содержа­ нию углекислого газа и окислов се­

68

Рис. 5-3. Номограмма для приближенного определения коэффициен­ та избытка воздуха в дымовых газах по суммарному содержанию углекислого газа и окислов серы (R02), а также по содержанию

свободного кислорода в продуктах сгорания газообразных и низко­ сортных твердых топлив.

3. В продуктах сгорания доменного газа R 02= 18,8% и 0 2 = 4,3%. В доменном газе содержится повышенное количество R 02, выходя­ щее за пределы нижней шкалы на рис. 5-3. Содержание R02 нахо­ дят на дополнительной шкале в верхней части графика, а содержа­ ние 0 2— на нижней шкале. Затем, как показано на графике, прово­ дят вертикальные линии от этих значений до соответствующих кри­ вых 2 и горизонтальные линии до левой вертикальной шкалы. Ко­ эффициент избытка воздуха равен 1,55.

5 - 2 . Потери тепла котлом

П р и м е р . В топке котла сгорает 27,0 т/ч антрацита, имеющего низшую теплоту сгорания 5 500 ккал/кг. Выделяющееся тепло равно:

27,0-5 500=148,5 Гкал/ч.

69