Лекции по ТМ и ВО ТЭС

труб обеспечивается возможность одновременного возведения железобетонной оболочки и футеровки.

Определенные перспективы имеют самофутерующиеся трубы (1, в). Защита газоотводящих стволов осуществляется с помощью создания плотных золовых отложений на внутренней поверхности газоотводящего ствола или футеровки методом самонапыления.

На рис. 1, г показана труба с противодавлением в зазоре. В ней между кирпичной футеровкой и железобетонной оболочкой имеется канал шириной 100 — 200 мм, в который подается нагретый воздух под давлением, препятствующим поступлению газов через футеровку, разрушительно действующих на железобетонную оболочку. Эти трубы более надежны, чем предыдущие конструкции, поскольку в них нет проникновения дымовых газов в железобетонную оболочку при нормальной работе воздушного зазора.

Дымовые трубы с отдельным газоотводящим стволом (рис. 2) имеют газоотводящий ствол цилиндрической формы, а между ним и железобетонной оболочкой устраивается проходное обслуживаемое пространство.

Рис. 2. Дымовые трубы с отдельными газоотводящими стволами цилиндрической формы

а — из неметаллических материалов; б — со стальными стволами и наружной изоляцией газоотводящего ствола; в — многоствольная с металлическими стволами; 1— железобетонный ствол; 2 — ствол из коррозионно-стойкого неметаллического материала; 3 — металлические тяги; 4 — подвеска стволов; 5 — металлические стволы

При этом исключается возможность проникновения дымовых газов в железобетонную оболочку, обеспечивается возможность контроля, осмотра газоотводящего ствола и ремонта его с наружной стороны в процессе эксплуатации. Газоотводящий ствол у труб такого типа может выполняться стальным или из кислотоупорных материалов. С наружной стороны ствол покрывается тепловой изоляцией. Применение металлических газоотводящих стволов позволяет проводить монтаж индустриальными методами, что обеспечивает быстрые сроки возведения.

Дымовые трубы с отдельными газоотводящими стволами могут выполняться как одноствольными, так и многоствольными.

Многоствольная дымовая труба (рис. 2, в) представляет собой железобетонную оболочку, внутри которой расположены металлические газоотводящие стволы с наружной теплоизоляцией. Между стволами предусматриваются лестницы и площадки для обслуживания.

При использовании на ТЭС топлив, в результате сжигания которых получаются слабоагрессивные и неагрессивные газы, можно применять конструкции дымовых труб как необслуживаемых (дымовые трубы с коническим газоотводящим стволом и вентилируемым воздушным зазором или без него), так и обслуживаемых с газоотводящим стволом постоянного сечения. В слабоагрессивных и неагрессивных газах концентрация сернистого ангидрида не превышает 0,07 %, серного ангидрида — 0.0015 %, точка росы по сере лежит на уровне 50 — 80 ºС. К этой группе углей относятся экибастузский, кузнецкий, канско-ачинский и некоторые другие угли.

1.2.

Аэродинамически й расчет газоотводящих стволов

Обследования дымовых труб показали, что в них при определенных условиях развиваются процессы коррозии.

Резкое возрастание коррозии имеет место при условии, когда давление дымовых газов внутри трубы в некоторых сечениях выше, чем в окружающей атмосфере, т. е. имеются избыточные статические давления рст > 0, при этом агрессивные компоненты дымовых газов могут проникать не только через газоотводящий ствол, но и через железобетонную оболочку, вызывая соответствующие разрушения.

Рассмотрим условия возникновения избыточных статических давлений

иметоды их ликвидации.

Вдымовой трубе, рассматриваемой как тело вращения при произвольном очертании образующей, в любом сечении, отстоящим от верха

трубы на расстоянии l, разность статических давлений в стволе и атмосфере, Па, (рис. 5, а), определится по выражению

рст рст ра рд0 рд ртр g l,

(8)

где рст, рд — статическое и динамическое давление газов в рассматриваемом сечении, Па, ; рдо — динамическое давление газов на выходе, Па; ра — давление атмосферы на соответствующем уровне, Па; ρ — плотность газа при соответствующей температуре, кг/м3; Δρ = ρв – ρ; Δρтр — потери на трение при движении газа на участке длиной /, Па; ρв — плотность воздуха на уровне Земли при соответствующей температуре, кг/м3.

При расчете по этому уравнению трубу разделяют по высоте на ряд участков от верха трубы вниз и определяют все стоящие в правой части величины. Разность статических давлений в верхнем сечении трубы всегда равна нулю, поскольку

рд рдо; ртр 0 и l 0

В уравнение (8) входят члены, которые увеличивают разность статических давлений по сравнению с устьем либо уменьшают. В конических трубах рдо — рд> 0, что способствует возрастанию статических давлений. Этому способствуют также потери на трение. Наоборот, уменьшению статических давлений способствует самотяга — чем горячее газ, тем больше разность плотностей между воздухом и дымовыми газами ρ и тем меньше вероятность появления избыточных статических давлений. Пример эпюры разности статических давлений для конической трубы по выражению (8) представлен на рис. 3, б.

Наличие или отсутствие в трубе избыточных статических давлений и их максимальная величина могут быть определены и без построения эпюры статических давлений по всей ее высоте. Для этого необходимо выразить общее уравнение (8) через геометрические и аэродинамические величины.

Рис.3. Статические давления в коническом стволе:

а — расчетная cxeмa; б — эпюра статических давлений в дымовой трубе высотой 250 м и диаметром устья 8 м. имеющей на большей части ствола постоянный уклон; 1- четыре блока по 300 МВт при 100%-ной нагрузке; 2 — то же при нагрузке 50%; в — зависимость комплекса М и диаметра, в котором имеет место максимум статических давлений, от числа R; г — зависимость критической скорости w0кр в устье от диаметра устья D0, и температуры газов υ при λ = 0,05 и i = 0.015 для конических стволов и λ = 0,02 и i = 0 для цилиндрических; — конические стволы; ------ -

цилиндрические стволы

Потери на трение для конических дымовых труб записываются по выражению

ртр /8i(pд0 рд)

(9)

Здесь λ — коэффициент трения. Для конических дымовых труб с выступами типа, показанного на рис. 11.1, а, λ = 0,05, для гладких — λ = 0,015÷0,020; i

— уклон образующей конуса к вертикали.

С учетом выражения (9) формула (8) для рст примет вид

рст ( /8i 1)(рд0 рд) g l.

(10)

Разделив на рдо обе части уравнения и имея в виду, что рд0/рд = D4, где D = D/D0, получаем выражение для расчета относительного статического давления в следующем виде:

(11)

где R — число Рихтера, определяющее надежность работы трубы:

R ( 8i)pд0 . g D0

(12)

Для нахождения сечения, в котором статическое давление достигает максимума, продифференцируем выражение (11.12) по D и приравняем его нулю. После преобразований получим значение диаметра, при котором статическое давление максимально:

Dм R0.2.

(13)

Из соотношения (13) следует, что максимум статических давлений в пределах конического ствола трубы будет иметь место, если Dм > 1, что соответствует R > 1 . Таким образом, критерий R имеет решающее значение в вопросе о наличии или отсутствии избыточных статических давлений в трубе.

Если R≤ 1, то вся труба находится под разрежением и проникновение агрессивных газов наружу невозможно. Если R> 1, то на некоторых участках трубы имеется избыточное статическое давление и возникают условия для проникновения дымовых газов через футеровку в железобетонный ствол, что может привести к разрушениям последнего.

Для определения максимума статического давления подставим выражение (13) в формулу (11):

(15)

Зависимости Dм и М от числа R приведены на графике рис. 3, в.

Из условия отсутствия статических давлений (R = 1)можно из формулы (12) найти выражение для критического значения скорости на выходе:

(16)

или приближенно при ρв = 1,20 кг/м3 (tв = 20 ºС)

(16а)

где T — разность между температурами газа и окружающего воздуха, °С. На рис. 3,г приведен график скоростей на выходе из дымовой трубы

w0кр, при которых по всей трубе имеется разрежение. Допустимая скорость w0кр растет с повышением температуры газов внутри трубы и увеличением диаметра выхода D0. График выполнен при tв = 20 °С, λ = 0,05 и i = 0,015 для конических труб и λ = 0,02 и i = 0 для цилиндрических.

Для применяемых в настоящее время труб с коническим газоотводящим стволом D0 = 6÷10 митемператур уходящих газов t = 100÷130 °С критическая скорость составляет всего 14 — 20 м/с.

Выше был рассмотрен случай, когда дымовая труба имеет постоянный уклон i. Однако в большинстве случаев уклон трубы i по высоте меняется — для верхнего участка минимален, для участков, расположенных ниже, происходит его возрастание.

Для выяснения наличия избыточных статических давлений и расчета их величины весь ствол разбивают на участки с постоянным уклоном образующей и эти участки нумеруют сверху вниз, причем верхний участок обозначают индексом 0, ниже расположенные участки — 1, 2 и т. д. Для построения эпюры статических давлений каждый участок разбивают на четыре — шесть частей и рассчитывают статические давления по формуле

(8) от устья трубы вниз.

Приведенные выше выражения относятся к трубам с газоотводящими стволами конической формы. Для гладких цилиндрических труб i = 0 λ = 0,02. Тогда, подставляя эти значения в уравнение (16а), находим предельно допустимые скорости для цилиндрических труб, показанные на рис. 11.5, г. Их значения оказываются значительно более высокими и составляют 35 — 50 м/с, и избыточные статические давления в них практически не возникают.

Число R определяется по той же формуле (12) при i = 0,

Rц ц рд0 / g D0,

(17)

т. е. значение R для конических труб при тех же скоростях газов на выходе трубы значительно больше, чем для цилиндрических.

Рис. 4. Диффузоры дымовых труб а — схема диффузора над устьем дымовой трубы; б — зависимость относительного

статического давления в горловине диффузора от относительных геометрических размеров; 1 — идеальный диффузор (без потерь)

При установке диффузоров наряду с их основным назначением — снятием статических давлений — уменьшается расход энергии на транспортировку дымовых газов по тракту.

Относительный выходной диаметр диффузора, необходимый для получения заданного давления (разрежения) в узкой его части

1

Dдиф 41 рсто диф ,

(20)

рсто является по знаку величиной отрицательной и находится из условия отсутствия избыточного статического давления в дымовой трубе:

рст.макс рсто 0.

(21)

где рст.макс — максимальное избыточное статическое давление в дымовой трубе в случае отсутствия диффузора.

Для выбора диффузоров за дымовыми трубами следует пользоваться графиком на рис. 4, б, полученным на основании испытаний, проведенных МЭИ.

При двухстороннем вводе газоходов в газоотводящие стволы конической формы рекомендуется устанавливать цоколь, представленный на рис. 5, а. В цоколе под углом 45° к оси газоходов устанавливается перегородка высотой 1,5Н, где Н — высота газохода. С другой стороны перегородки имеются пандусы. Коэффициент сопротивления цоколя, отнесенный к динамическому напору в газоходе, составляет ζ = 0,62.

При использовании высокозольных топлив (как, например,

экибастузский уголь) и установке мокрых золоуловителей рекомендуется специальный ступенчатый цоколь с перегородкой, ориентированной к оси газоходов под углом несколько меньшим 45°, чтобы полностью исключить мертвые зоны по краям перегородки. Пандусы рекомендуется выполнять удлиненными ступенчатыми, чтобы исключить золовые отложения в газоходах в зоне ввода их в трубу (рис. 5, б). Коэффициент сопротивления такого цоколя, отнесенный к динамическому напору в газоходе, составляет

ζ = 0,73.

Рис. 5. Цокольная часть железобетонных труб а — типовой цоколь при газоотводящем стволе конической формы и двухстороннем вводе

газоходов, ζ = 0,62; б — цоколь при газоотводящем стволе конической формы и двухстороннем вводе для золы углей, склонной к отложениям (например, на экибастузском угле), ζ = 0,73; в — цокольная часть металлических газоотводящих стволов цилиндрической формы

Для дымовых труб с цилиндрическими газоотводящими стволами требования к аэродинамическому выполнению цоколя повышаются, так как увеличиваются скорости в цокольной части и потери напора могут быть существенными.

Для дымовых труб с металлическими газоотводящими стволами рекомендуется цилиндрический цоколь, диаметр которого принят равным диаметру газоотводящего ствола (рис. 5, в). Цоколь для упрощения монтажа выполняется из металлической царги, разрезанной по образующей и двум горизонтальным плоскостям. Створки разводятся наружу, и к ним подсоединяется газоход. Такая конструкция цоколя позволяет вести его монтаж с помощью той же оснастки, что и монтаж газоотводящего ствола.

1.3.

Ввнешние

газоходы

энергетических

котлов

Внешние газоходы являются ответственной частью газового тракта и

располагаются на участке между дымососами и дымовой трубой (в случае котлов под наддувом — между воздухоподогревателем и дымовой трубой).

Конструкция внешних газоходов должна отличаться высокой надежностью, плотностью, умеренными гидравлическими сопротивлениями, возможностью сооружения в короткие сроки из стандартных элементов при умеренной стоимости, отсутствием аэродинамических пульсаций и золовых отложений.

Наибольшее распространение получили внешние газоходы из сборного железобетона с футеровкой, а в некоторых случаях — из металла с внешней тепловой изоляцией. Получают применение новые материалы (полимерсиликатбетон, кремнебетон и др.).

Металлические газоходы могут выполняться как круглого, так и прямоугольного сечений. В значительной степени их форма определяется формой присоединяемых элементов. Так, на участке регенеративный воздухоподогреватель — электрофильтр применяются прямоугольные газоходы, между осевыми дымососами и дымовой трубой — круглые. Расход металла на круглые газоходы оказывается меньшим как за счет меньшего периметра при той же площади поперечного сечения, так и за счет большей жесткости. Газоходы обычно выполняются из износостойкой листовой стали и усиливаются ребрами жесткости.

Газоходы круглого сечения снабжаются поперечными ребрами жесткости с расстояниями между ними 1500 мм. При диаметрах менее 1000 мм ребра жесткости могут не ставиться.

Газоходы прямоугольного сечения имеют как поперечные, так и продольные ребра жесткости. Продольные ребра жесткости выполняются на расстоянии от 500 до 1500 мм, поперечные ребра жесткости — от 500 до 1000 мм в зависимости от давления (разрежения) и толщины стенки (3— 5 мм).

На газоходах с температурой среды выше 70 °С, трассировка которых не обеспечивает самокомпенсацию, предусматриваются компенсаторы температурных удлинений. Компенсаторы устанавливаются также на газоходах перед дымососами и вентиляторами независимо от температуры.

Температурное удлинение газохода, м, определяется по выражению

l 12,5 10 6tстL,

(22)

где tст — температура стенки, °С; L — длина газохода, м.

На газоходах устанавливаются линзовые или дисковые компенсаторы. Газоходы покрываются тепловой изоляцией, с тем, чтобы их наружная

температура не превышала 50—60 °С.

Внешние газоходы из железобетонных плит до последнего времени выполнялись футерованными изнутри кирпичом. В настоящее время для антикоррозионной защиты и тепловой изоляции с внутренней стороны