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

движек. Недопустима установка только одной задвижки и на линиях подачи газа 'к каждой отдельной горелке (рис. 8-4). В противном случае перед растопкой котла газ может попасть в топку через неплотные задвижки неработающих горелок и затем взорваться в топочной камере.

Все газопроводы можно продувать паром или сжатым воздухом через специальные выхлопные линии — свечи, верхний конец которых 'выводится из здания котельной и расположен вдали от мест, где могут проходить люди.

Продувка через свечи включаемого участка газопро­ вода обязательна перед растопкой котла.

Из доменного и коксового газов конденсируется не­

деляется и из нефтяного попутного газа. Для природно­ го газа газоотводчики не нужны.

Сжигание горючих газов. Длинный непрозрачный фа­ кел при сжигании горючего газа свидетельствует о не­ достаточном перемешивании его с воздухом или о недо­ статочной подаче воздуха для горения. Очень тщательное перемешивание газа и воздуха обеспечивает беспламен­ ное горение газа (при прозрачном топочном объеме).

Эксплуатация котлов на газообразном топливе тре­ бует от машинистов большого внимания. Невниматель­ ность или ошибка могут привести к тяжелым последст­ виям. Машинист всегда должен учитывать опасные свой­ ства горючих газов: их чрезмерную взрывоопасность и ядовитость.

1. Один из машинистов хорошо знал, что до зажигания природ­ ного газа необходима тщательная вентиляция топки и газоходов кот­ ла в течение 10 мин. Эта вентиляция была произведена; затем ма­ шинист зажег факел, который держал в руках его .помощник, велел помощнику вставить его в лючок в горелке, а сам спустился по сту­ пенькам, оглянувшись, убедился в том, что факел вставлен в лючок, и лишь после этого открыл подачу в топку природного газа. Но, открывая задвижку на газопроводе, машинист перестал видеть по­ мощника и не знал, что тяга в лючке погасила факел. Пока помощ­ ник машиниста зажигал его снова, газообразное топливо распростра­ нилось внутри топки. Когда газ был зажжен, произошел сильный взрыв.

Причиной аварии была недостаточная квалификация помощника машиниста.

2. К наиболее тяжелым последствиям привела неплотность за­ движек перед несколькими горелками на ТЭЦ металлургического за­ вода. После открытия на газопроводе главных задвижек доменный

140

газ через эти неплотные задвижки стал просачиваться в топку и успел накопиться там. Обычная перед растопкой вентиляция котла производилась недостаточно длительное время, и -после нее доменный газ остался как в конвективных газоходах, так и в коробах дымовых газов за котлом. При растопке сначала произошел взрыв в топочной камере, затем в газоходах. Были разрушены короба перед дымовой трубой, вследствие чего пришлось остановить не только поврежден­ ный котел, но и три других котла, присоединенных к этой трубе. Лишь благодаря тому, что пятый котел ТЭЦ был соединен с другой дымовой трубой, удалось обеспечить подачу пара к воздуходувным машинам и избежать аварийной остановки доменных печей.

Аварии можно было бы избежать, если бы главные газовые за­ движки открыли незадолго до растопки котла, а длительность пред­ пусковой вентиляции газоходов соответствовала бы указанной в [Л. 1].

При аварийной остановке котла необходимо немед­ ленное отключение подачи газа в топку. Например, в случае закрытия стопорных клапанов турбин необхо­ димо отключить газовую линию в течение немногих секунд. На всех отводах газопроводов к отдельным кот­ лам быстродействующая задвижка (рис. 8-4 и 8-5) всег­ да должна быть в полной готовности к немедленному за­ крытию,

Глава 9 БАРАБАНЫ

котлов

9-1. Устройства для очистки пара в барабане котла

Осушение пара в барабане. Для всех работающих на электростанциях котлов с естественной циркуляцией счи­ тается недопустимым вынос, из барабана с паром даже небольшого количества котловой воды. Попадая в паро­ перегреватель, эта вода испаряется и содержащиеся в ней вещества остаются на внутренней поверхности обо­ греваемых труб в виде твердого осадка. Постепенно толщина такого осадка увеличивается и передача тепла от газов к пару затрудняется. Трубы пароперегревателя нагреваются до чрезмерно высокой температуры, из-за чего возможны их повреждение и аварийная остановка котла.

141

Для получения чистого пара необходимо его полное осушение, т. е. отделение (сепарация) нз него капель

Если пароводяная смесь поступает в водяное прост­ ранство барабана, то при работе котла с высокой нагруз­ кой возникает фонтанирование воды над ее уровнем. Высота таких «фонтанов» растет по мере увеличения паропроизводительности котла. Внутрибарабанные паро­ осушительные устройства могут уменьшить высоту бью­ щих над водой «фонтанов».

Условия очистки пара облегчаются при увеличении высоты парового пространства барабана. В настоящее время большинство изготовляемых в СССР котлов име­ ет барабаны внутренним диаметром 1 600 мм.

Иные условия имеют место при вводе пароводяной смеси в барабан над уровнем воды. Осушение пара тог­ да значительно облегчается благодаря тому, что из экранных труб всегда входят в барабан только крупные капли воды. Первая и основная задача должна заклю­ чаться в том, чтобы не допустить размельчения этих ка­ пель и образования водяной пыли. Улавливание крупных капель и брызг воды относительно несложно, труднее уловить мельчайшую водяную пыль (туман).

Размельчение капель воды в барабане котла проис­ ходит при столкновении двух пароводяных потоков либо при ударе пароводяного потока о стенку, перегородку или уровень воды.

Разбрызгивание воды при ударе об уровень воды или металлическую стенку зависит от скорости пароводяного потока. При малой скорости разбрызгивание уменьшает­ ся. В большой мере разбрызгивание зависит от угла между направлением струи и поверхностью стенки или уровня воды. Разбрызгивания не получается при косом ударе потока.

Эффективное осушение пара достигается в циклонных

вводится в вертикальные стальные цилиндры, по каса­ тельной к их внутренней поверхности, благодаря чему в каждом циклоне возникает вращательное (вихревое) движение воды и пара. При этом вода, как более тяже­

142

лая, отжимается к стенкам циклона и стекает вниз. Как и в других сосудах, где воде сообщается вихревое дви­ жение, ее поверхность имеет вид воронки, внутри кото­ рой собирается пар, выходящий из верхней части цик­ лона (рис. 9-1).

Расположенный под циклоном п о д д о н препятствует чрезмерному удлинению водяной воронки и передаче вихревого движения воде, находящейся вне циклона. На поверхности воды в барабане нет ни «фонтанов», ни волн.

Диаметр циклонов определяется возможностью их прохождения через торцевые лазы барабана.

В барабанах котлов большой производительности устанавливают по нескольку десятков циклонов, которые загромождают внутренний объем барабанов и затруд-

Рис. 9-1. Внутрибарабанные устройства с пароосушительными цикло­ нами (черными стрелками показано направление движения пара и пароводяной смеси, светлыми — движение воды).

143

няют ремонтные работы. Однако попытки значитель­ ного упрощения конструкции циклонов и уменьшения их размеров приводили пока к снижению их эффектив­ ности.

Из других сепарационных устройств часто применяют ж а л ю з и й н ы е щи т ы (рис. 9-2). В них пар подни­ мается по извилистому пути между стальными гофри­ рованными пластина­ ми. Находящаяся в па­ ре влага оседает на по­ верхности металла, со­ бирается в крупные капли и опускается про­ тив направления паро­ вого потока. Дырчатый лист улавливает про­ шедшие через жалю­ зийные сепараторы еди­

ничные капли воды.

Для эффективной работы жалюзийных

Образование пены и борьба с ней. Растворенные в кот­ ловой воде щелочи и фосфаты способствуют образова­ нию на поверхности воды слоя пены. При большой высо­ те пены отдельные ее хлопья могут выдуваться паром из барабана в пароперегреватель. Вместе с пеной выносятся содержащиеся в ней вещества, образующие в трубах пароперегревателя слой опасной накипи.

Надежным способом уменьшения вреда от ценообра­ зования является р а з м ы в п е н ы питательной водой. Сущность этого процесса такая же, как при размыве мыльной пены в бытовых условиях. Содержание солей

144

в питательном воде меньше, чем в котловой воде, Поэто­ му, соприкасаясь с питательной водой, пена растворяет­ ся в ней и высота ее слоя уменьшается.

В котлах среднего давления питательную воду часто вводят в п и т а т е л ь н о е к о р ыт о , из которого она разливается по поверхности воды в барабане и поглоща­ ет пену (рис. 9-2). Такой размыв пены можно применять только тогда, когда пи­ тательная вода нагрета до температуры кипе­ ния. В противном слу­ чае она, как более хо­ лодная, опускается в нижнюю часть бараба­ на, почти не соприкаса­ ясь с пеной. Нельзя де­ лать такого размыва пе­ ны и там, где уровень воды сильно колеблется под действием поднима­ ющейся под уровнем пароводяной смеси.

В большинстве кот­ лов высокого давления питательная вода вво­ дится в верхнюю часть барабана. Одновре­ менно с размывом пе­ ны производится очи­ стка пара от раство­ ренных в нем солей.

Промывка пара пи­ тательной водой. С по­ вышением давления возрастает плотность насыщенного пара и увеличивается раство­ римость в нем боль­ шинства солей. Особен­ но опасно наличие в па­ ре растворенной крем­

ниевой кислоты и кремниевых солей, которые при охла­ ждении пара в турбине могут образовывать на ее рабо­ чих лопатках трудно удаляемые отложения.

Для очистки от растворенных веществ пар проходит в верхней части барабана через слой питательной воды, которая, как и при размыве пены, растворяет эти веще­ ства и вместе с ним сливается в объем котловой воды, где содержание растворенных веществ допускается бо­ лее высоким.

Питательная вода, выходя из горизонтальной трубы (рис. 9-3), разливается по поверхности дырчатого щита и удаляется в отводящий короб. Пар проходит вверх через отверстия в дырчатом щите и затем, поднимаясь в слое воды, промывается. После промывки пар прохо­

слоем питательной воды, а затем возникают описанные выше «фонтаны», появление которых приводит к быстро­ му возрастанию толщины слоя воды на промывочных щитах. Заброс этой воды в пароперегреватель может стать причиной значительного снижения температуры

146

перегретого пара и аварийной остановки паровой тур­ бины. При наличии в барабане паропромывочных устройств становится опасной работа котла с нагрузкой, превышающей расчетную.

На промывочные щиты нельзя подавать не только слишком много пара, но и чрезмерно большое количест­ во воды. Это приводит к увеличению высоты ее слоя и также может повлечь за собой унос части воды в паро­ перегреватель. Поэтому во многих котлах только поло­ вина питательной воды используется для промывки пара и каждая вторая питательная труба направлена мимо промывочного устройства под уровень воды в барабане

(рис. 9-4).

Излишек воды из короба над промывочными щитами сливается мимо этих щитов через расположенную внутри короба насадку (рис. 9-1).

При эксплуатации котла с паропромывочным устрой­ ством нужно учитывать, что наличие слоя волы в верх­ ней части барабана неизбежно увеличивает возможность ее уноса паром. Опасны различные резкие изменения пи­ тания котла, при которых временно увеличивается вы­ сота слоя воды над промывочными дырчатыми листами. Это может произойти не только при быстром повыше­ нии нагрузки, но и при резком снижении давления, ког­ да уменьшается температура кипения и в толщине слоя питательной воды начинают образовываться паровые пузыри.

Недопустимо и значительное повышение уровня воды в барабане, когда возрастает часть поверхности дырча­ тых листов, закрытая слоем пены, из-за чего пар прохо­ дит через отверстия с повышенной скоростью.

На серийном котле ТП-230-2 производительностью 230 т/ч на 100 кгс/см2 ОРГРЭС в виде опыта постепенно увеличивал солесодержание котловой воды. Во время опыта измеряли не только качество котловой воды и насыщенного пара, но и солесодержание воды, про­ текавшей по промывочным щитам. Для этого внутрь барабана были введены специальные трубки для отбора проб.

Качество воды, протекавшей на промывочных щитах, почти не изменялось до тех пор, пока не увеличилось до опасного предела со­ держание в котловой воде солей щелочности, которые способствуют образованию пены. В дальнейшем быстро повысилось содержание солей в воде на промывочных щитах, поскольку через эти щиты стало проходить вместе с паром большое количество пены. Через 20 мин резко возросло загрязнение солями насыщенного пара и опыт был

прекращен.

Испытание показало, насколько опасно увеличение высоты слоя пены под промывочными щитами.

Кроме водоочистительных устройств, в барабане имеется и другое оборудование. Оно несложно, но и при его установке нужно учитывать опасность ухудшения ка­ чества пара. Так, трубу для подачи фосфатов обычно размещают в нижней части барабана, над водоопускны­ ми трубами экранов. Установка этой трубы над подъем­ ными трубами могла бы привести к тому, что фосфаты выбрасывались бы паровыми пузырями на поверхность воды и создали бы над ней слой пены.

Согласно правилам Госгортехнадзора в барабане кот­ лов высокого давления имеется труба для аварийного сброса излишка воды в случае чрезмерного повышения ее уровня. Верхний открытый конец этой трубы нахо­ дится на высоте верхнего допустимого уровня воды в ба­ рабане.

9-2. Ступенчатое испарение

Принцип действия. Разработанное проф. Э. И. Ром­ мом ступенчатое испарение заключается в разделении водяного объема барабана перегородками на чистый от­ сек и один или два солевых отсека. К каждому из отсе­ ков присоединена своя группа экранов и других испари­ тельных поверхностей нагрева (рис. 9-5),

Действие ступенчатого испарения легче понять, рас­ сматривая конкретный пример. Предположим, что в экра­ нах двух солевых отсеков, присоединенных к обоим кон­ цам барабана, образуется 15% вырабатываемого котлом пара. При нагрузке котла 100 т/ч в экранах солевых от­ секов ежечасно испаряется 15 т воды. Примем солесодержание питательной воды 50 мг/л. Вся питательная вода вводится в чистый отсек. Котловая вода в этом от­ секе имеет солесодержание 400 мг/л. Большая часть во­ ды — в нашем примере 85 из 100 т/ч — испаряется при сравнительно невысоком солесодержании. Если отдель­ ные брызги воды даже и попадают в пароперегреватель, они уносят е собой сравнительно мало солей. В данном случае не приходится опасаться и высокого слоя пены.

Часть воды из чистого отсека проходит в солевые от­ секи через отверстия в разделительных перегородках (рис. 9-5). Эта вода с солесодержанием 400 мг/л являет­ ся как бы питательной водой для солевых отсеков, в ко­ торых котловая вода имеет более высокое содержание солей. В нашем примере оно равно 2 000 мг/л.

148

Очистка пара, выходящего из солезого отсека, более затруднительна. Этот пар осушают более тщательно, используя для этого свободный объем торцевой части барабана. Все же иногда из солевых отсеков уходит с паром в пароперегреватель некоторое количество со­ лей. Но такого пара немного — всего 15%.

Непрерывная продувка присоединена только к соле­ вым отсекам. С каждым литром удаляемой воды выно­

Рис. 9-5. Схема работы двухсту­ пенчатого испаре­ ния с двумя со­ левыми отсека­ ми, включенными в торцы барабана.

J — подача питатель­ ной воды; 2 — чи­ стый отсек; 3 — со­ левой отсек; 4 — разделительная пере­ городка; 5 — Урав­ нительная труба между солевыми от­ секами; б — труба с вентилем для ре­ гулирования солесодержания воды в со­ левых отсеках; 7 — непрерывная про­ дувка.

испарения, когда продувочная вода имела бы солесодержание 400 мг/л. Таков в самых основных чертах прин­ цип ступенчатого испарения в паровом котле.

Разделение барабана на отсеки. В солевые отсеки обычно выделяют один или оба торцевых участка ко­ тельного барабана и от 5 до 30% поверхности нагрева экранов. Перегородками разделяют только 'водяные объ­ емы внутри барабана. Перетекание воды из чистого от­ сека в солевые происходит за счет более высокого уров­ ня воды в чистом отсеке. Чем выше нагрузка котла, тем больше эта разность уровней. Водоуказательные колонки устанавливают в каждом из отсеков ступенчатого испа­ рения.

149