трушкин

Перехода с мазута на пыль (нерегулируемый выброс пыли). Без изменения тепловой нагрузки вызывают включение, отключение и переключение горелок. Неравномерность распределения тепловых потоков по ширине топки сильно сказывается в котлах с вертикальными панелями; в котлах с горизонтальными трубами опасна тепловая неравномерность по высоте топки, особенно в области конца экономайзерного участка.

Экспериментальные и расчетно-аналитические исследования влияния динамических возмущений изменением тепловой нагрузки и расходом среды на разверки, связанные с многозначностью гидравлических характеристик, показывает, что результат определяется стационарным режимом, установившимся в конце процесса возмущения.

10.2. Режимы испытания топочных экранов прямоточных котлов.

Испытания топочных экранов прямоточных котлов проводят для выявления условий работы новых типов панелей и на рабочем котле в случае серьезных изменений режима работы (изменение вида топлива), а также для выяснения причин повреждения труб топочных экранов. В зависимости от целей испытаний перед началом их организации проводят тщательный расчетный анализ подлежащих экспериментальному изучению топочных панелей. При этом определяют:

1. Массовые скорости среды;

2. Запасы надежности по устойчивости потока;

3. Гидравлическим и температурным разверкам;

4. Температурный режим труб;

5. Потери давления в элементах;

6. Необходимость установки дроссельных шайб и их размеры.

Расчет производят на каждом виде топлива для номинальной и наименьшей нагрузки котла, а также для растопочных режимов. Основным методом анализа гидравлической работы обогреваемых элементов котла является методика статического гидравлического расчета, основанным на применении обобщенных комплексов. Применение этих комплексов позволяет рассматривать гидравлические характеристики для подобных элементов, исключая в явном виде влияние длины, тепловосприятия, внутреннего диаметра и шероховатости, объединяемых комплексом А ,квт²/м

λQ²/(2df²)

В общем виде уравнение таких характеристик можно записать

∆P/l = Aṽ/(∆h)² + ∆Pпив/L, (2-22)

где комплексы ṽ/(∆h)² и ∆Pпив/L принимаются по графикам; L- полезная длина трубы, м; d- внутренний диаметр трубы, м; А – коэффициент трении; f – живое сечение трубы, м²; Q – тепловосприятие трубы, кВт; ∆h = hк-hо – полное приращение энтальпии среды кДж/кг; v - удельный объем по длине трубы, мᵌ/кг; ∆p – перепад давления на обогреваемой трубе, Па.

Если принять P=соnst и to=const, то для заданной геометрии панели возможны три основных варианта графической интерпретации уравнения (2-22),причем для проведения испытаний наибольшее значение имеет семейство кривых в координатах A, ∆P/L, где выходная энтальпия hк является параметром (рис. 2-49).

Получив из опыта значения величин P, hо, ∆P, общие для системы труб, и значения энтальпии на выходе для каждой трубы, можно путем построения семейства кривых hк=const определить значение комплекса А, а затем значения тепловосприятия и расходов для каждой трубы и далее определить тепловую неравномерность и гидравлическую разверку.

Для многотрубных элементов гидравлические и температурные условия в разверенных трубах определяются без построения гидравлических диаграмм при помощи разверочных характеристик, объединяющих гидравлические характеристики разверных и средних труб и выражающих основные показатели тепловой и гидравлической разверок двумя зависимостями

tвых= f(ηT) и ρг=f(ηT)

Пример построения разверочных характеристик приведен на рис (2-50). Наличие точки перегиба 4 кривой 3 свидетельствует о многозначности гидравлической характеристики. Надежность элемента при резких изменениях режима может считаться обеспеченной, если температура среды на выходе разверенной трубы находится в пределах слабой зависимости ее от коэффициента неравномерности.

Наиболее важными работами по наладке и испытанию топочных экранов являются:

1. наладка температурного режима поверхностей нагрева и выявление условий, вызывающих как кратковременные, так и длительные отклонения температуры металла труб от расчетных значений в стационарных и переменных режимах работы котла;

2. исследование гидравлических характеристик, теплогидравлических разверок и условий появления опрокидывания и других видов гидродинамической неустойчивости;

3. исследование условий возникновения расслоения и обеспечение равномерной раздачи пароводяной смеси;

4. исследование условий возникновения пульсаций и изыскание способов их предотвращения;

5. исследование коррозионной стойкости и длительной прочности металла труб поверхностей нагрева.

Наиболее теплонапряженной поверхностью нагрева являются панели НРЧ, поэтому им при испытании уделяют наибольшее внимание. Испытания проводят в широком диапазоне нагрузок, при разной температуре ПВ, при различных коэффициентах избытка воздуха в топке, различном сочетании работающих горелок и различных видах топлива.

В нестационарных условиях опыты проводят при резких несбалансированных расходах воды и топлива, что имеет место при регулировании котла. Возмущение топливом можно изменением его подачи через все работающие горелки, а также включением и отключением одной - двух горелок, а также мельничных систем. Возмущение водой наносят резким уменьшением расхода воды, ограничением величины и продолжительности возмущений является предельная температура пара, достигаемая в пароперегревательном тракте.

При изменении нагрузки и вида топлива представляют интерес следующие режимы: нагружение после пуска; подъем нагрузки (1-3 МВт/мин); снижение нагрузки на всех видах топлива. Более сложным являются режимы изменения нагрузки с одновременным переходом на другой вид топлива.

Быстрые нагрузка и разгрузка котла могут иметь место в аварийных случаях и сопровождаются нарушением соотношения вода – топливо. Для проверки надежности работы элементов в этих ситуациях проводятся опыты со снижением за 1 мин расхода воды при нагрузке до пускового расхода.

Допустимая продолжительность перерыва питания должна быть экспериментально обоснована, так как необоснованный останов и последующий пуск котла создают серьезные осложнения работы котла.

Общие принципы организации опытов и требования к их проведению те же, что и при испытаниях контуров естественной циркуляции (см. п. 9.2)

10.3. Методы исследования топочных экранов прямоточных котлов.

Наименее благоприятные условия тепловой работы НРЧ могут быть определены по распределению падающих тепловых потоков в двух сечениях: по высоте топки при различной производительности и неизменном расположении горелок; по ширине топки при различном при различном расположении горелок и постоянной производительности котла. Проверку устойчивости потока в трубах НРЧ и других панелях проводить в период пуска или останова котла, когда резко изменяются параметры среды при работе по пусковой схеме.

Быстрое разгружение и поддержание нагрузки холостого хода в опытах осуществляются после предварительного перевода топки с пыли на мазут путем уменьшения расхода воды до пускового и переводом части расхода пара на БРОУ.

Для изучения условий работы поверхностей нагрева в соответствии с целями испытаний разрабатывается схема измерений, которая позволяет определить тепловые разверки по змеевикам отдельных панелей, их тепловосприятия, температурный режим в обогреваемой зоне и гидравлический режим и в случае необходимости – напряжения, возникающие в плавниках экранов.

Определение температуры металла труб в обогреваемой зоне и локальных тепловых потоков проводится при помощи температурных вставок ЭНИН или ЦКТИ (рис. 2.57).

Для цельносвареных экранов целесообразно использовать, из-за простоты конструкции, вставки ВТИ с термопарами. Заделка термопар вставка показана на рис 2.52.

Температурные вставки монтируются на некоторых трубах экранов в наиболее теплонапряженных участках панелей по ширине и по высоте экранов. Эти участки определяются или по результатам расчетных проработок, или из анализа эксплуатации котла. Норм установки числа вставок не существует, однако необходимо стремиться к оптимальному количеству, так как их большее число усложняет схему контроля и затрудняет обработку опытных данных.

Падающие и отраженные локальные тепловые потоки по высоте и периметру топки определяются с помощью переносных термозондов.

Температуры металла труб в необогреваемой зоне определяют для выявления температурной разверки среды в экранных трубах. Термопары в необогреваемой зоне устанавливают на выходе из змеевиков панели и на входе в змеевики.

Температура среды в подводящих и отводящих трубах каждой поверхности нагрева, в обогреваемых трубах и необогреваемых трубопроводах определяется глубинными термопарами.

Расход среды в экранных трубах определяют с помощью напорных трубок. Измерения выполняют через каждые 20 трубок панели.

Перепад давления между отдельными коллекторами измеряют мембранными диафрагмами

Давление рабочей среды в топочных экранах измеряется в перепускных трубах или коллекторах экранов образцовыми монометрами.

Тепловой поток, воспринимаемый топочным экраном, является одним из важных параметров, определяющих надежность работы котла. По высоте и периметру топки они определяются путем выделения калориметрических контуров в исследуемых панелях.

При определении результатов испытаний обязательно выполнение общих измерений, характеризующих режим работы топки и котла в целом. Важным является контроль за составом и температурой газа по ширине газохода поворотной камеры.

10.4. Обработка опытных данных и наладка работы панелей топочных экранов.

Общие методические приемы обработки данных при стационарных и нестационарных режимах работы котла см в 9.4.

По измеренным давлениям и температурам среды на входе и выходе из каждой панели, а также отдельных змеевиков расчетом определяют входные, выходные значения энтальпии, ее приращения , а также плотности среды. Далее строится t,h-диаграмма рабочей среды при различных режимах работы котла.

Определяют, находят, рассчитывают:

1. линейные скорости среды в трубах рассчитывают – на (9-7);

2. коэффициенты гидравлической разверки – по (10-6) или (10-7);

3. полное падение давления в элементах рассчитывают – по (9-8),(9-9);

4. определяют суммарные коэффициенты сопротивления – по (9-10);

5. коэффициенты гидравлической неравномерности – по (10-9);

По опытным данным для каждого режима работы котла находят характерные точки, которые наносят на расчетную гидравлическую характеристику, причем массовая скорость в контуре ρω=G/t, где G- общий массовый расход через контур.

6. определяют коэффициенты тепловой неравномерности и тепловой разверки – по (10-8) и (10-5);

7. тепловосприятие калориметрических труб – (9-15);

8. графическое изображение изменения удельных тепловосприятий по ширине и высоте панелей – по рис. (2-42) и (2-43).

Графики зависимости коэффициента гидравлической разверки от коэффициента тепловой неравномерности и коэффициента гидравлической разверки от нагрузки котла см. рис. (2-53) и (2-54)

9. локальные тепловые потоки при использовании температурных вставок ЭМИН определяют по (9-2); по вставкам ЦКТИ – рис. (10-8)

Локальная тепловая нагрузка (кВт/м²) на лобовой образующей вставке:

qэф=(t1-t2)2λ10^-3/[μ(1-2)d1lnβ(1-2)], (2-222)

то же на внутренней лобовой образующей

qвн= qэфβ1-вн μвн (2-223)

здесь β(1-2)=d1/d2; β1-вн=d1/dвн; d1,d2,dвн – диаметры окружностей в точках установки наружной и внутренней термопар, внутренний диаметр вставки, м; t1 и t2 – температуры по показаниям термопар, ̊С; λ - коэффициент теплопроводности металла вставки, Вт/(мК); μ(1-2), μвн – коэффициенты растечки теплоты, причем μ_1-2=0,97;μ_вн=0,94.

Локальные тепловые потоки, измеренные по периметру трубы, изображены графически на рис (2-55).

Рекомендации по повышению надежности элементов топочных экранов для режимов работы и конструктивных характеристик элементов:

1. устойчивость НРЧ котла докритического давления в отношении разверки обеспечивается работой в относительно благоприятной области входных энтальпий; применению навивки Рамзина; использованию шайбования и ступенчатых витков. В случае неудовлетворительной гидравлической характеристики элементов с горизонтальной навивкой при докритическом давлении размеры дроссельных шайб определяют по формуле

ξ_ш/ z_эл =∆h_н/(∆h_гр-1), (2-82)

где ξ_ш – коэффициент гидравлического сопротивления шайбы; z_эл- полный коэффициент гидравлического сопротивления элемента без шайбы; ∆h_н – недогрев до кипения воды на входе в элемент, кДж/кг; ∆h_гр = 419 кДж/кг при Р ≥ 10 МПа – предельное значение недогрева воды до кипения на входе в кипящий экономайзер.

2. В подъемно – опускных элементах с низшим раздающим коллектором однозначность и необходимая крутизна характеристики обеспечивается для котлов любого давления при числе ходов более десяти.

3. Надежность гидравлического режима U-образных панелей и с подъемно-опускным движением при малом (≤ 8) числе ходов обеспечивается ограничением минимальных массовых расходов.

4. Надежный температурный режим в различных витках может быть обеспечен изменением компоновки элемента либо дросселированием витков на входе. При сверхкритическом давлении шайбирование в большинстве случаев неизменимо.

5. Реконструкция панелей НРЧ существенно уменьшает гидравлические и температурные разверки.

6. Выбор массовых скоростей и тепловосприятий панелей для каждой схемы определяется расчетной и опытной проверкой и зависит от вида сжигаемого топлива, топочной камеры и организации сжигания топлива.

7. Для обеспечения надежности любой схемы экранов с минимальными затратами на собственные нужды является создание и наладка топочного устройства, исключения касания факелом топочных панелей.

8. При многоярусном расположении горелок умеренной производительности могут быть уменьшены местные и тепловые потоки (важно для мазутных топок). В этом случает имеется возможность регулирования производительности котла отключением отдельных горелок без увеличения тепловой неравномерности.

9. Для предотвращения теплогидравлических разверок необходимо снизить локальные тепловые потоки, устранить наброс факела на экранные поверхности , уплотнить топку, устранить несоответствие полей распределения тепловых потоков в топочной камере и схемы включения экранных панелей НРЧ.

10. постоянное и одинаковое шайбование всех труб уменьшает относительное значение переменного и неодинакового по длине трубы гидравлического сопротивления, зависящего от обогрева, и тем самым тормозит гидравлическое зажатие горячих труб

11. Для уменьшения тепловых неравномерностей целесообразны навивки, охватывающие четверть периметра топки, например, половину ширины бокового и половину ширины заднего экранов и т.д.

12. Для обеспечения устойчивости при работе в области многозначности гидравлических характеристик необходимо поддерживать массовую скорость на внешней ветви характеристики, соответствующую перепаду давления в точке минимума гидрохарактеристики разверенной трубы с определением коэффициента запаса, таким образом, нижний предел массовой скорости (см. рис. 10-4) определяют по формуле

(ωρ)_пред=m(ωρ)_мин (2-224)

где m – коэффициент запаса, учитывающий эксплуатационные отклонения расхода и тепловых нагрузок от средних значений, для которых выполнены расчеты гидрохарактеристик элемента и разверенной трубы.

13. Особое внимание заслуживает вопрос о разверках из-за многозначности гидрохарактеристик параллельных контуров с отводящими опускными необогреваемыми трубопроводами. Перенос смесительного коллектора в верхнюю точку параллельных контуров обеспечивает перевод их гидрохарактеристик из многозначных в однозначные.

14. Большое значение приобретает разработка смесительных устройств, которые должны при минимальных гидропотерях обеспечить смешение циркулирующего и основного потоков. Снижение разности температур в стыкуемых панелях достигается также байпасированием первого хода НРЧ.

15. Одним из критериев надежности температурного режима плавниковых труб является тот факт, что температура в вершине плавника должна быть меньше или равна температуре лобовой образующей собственно трубы и не превышать температуру по условиям длительной прочности и жаростойкости.

16. Возможность возникновения пульсаций уменьшается с увеличением давления и массовой скорости и при уменьшении удельного тепловосприятия элемента. Эффективный способ предотвращения пульсаций – увеличение сопротивления экономайзерной части витков.

17. При интенсивном шлаковании стен топки котла сверхкритического давления в слабообогреваемых панелях с подъемным движением при небольших массовых скоростях и номинальной нагрузке возможны застой и повреждение металла труб при пониженных нагрузках блока.

18. При переводе энергоблоков на скользящие параметры лимитирующим фактором оказывается теплогидравлическая разверка между параллельными подпотоками, реже – пульсация.

19. Относительно простым и эффективным средством уменьшения теплогидравлических разверок и пульсаций является гидродинамические перемычки между полупотоками в сочетании с шайбированием подводящих труб, что позволяет обеспечить разгрузку блока сверхкритического давления на скользящем давлении до 40%.