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

Бывает, однако, что по различным причинам окислы железа и меди выносятся в котлы в чрезмерном количе­ стве. В котлах с естественной циркуляцией воды лишь часть этих окислов удаляется при непрерывной и перио­ дической продувке. Значительное их количество накап­ ливается в котле и циркулирует е котловой водой. При возрастании их содержания в воде они отлагаются на внутренней поверхности экранных труб.

Обычно на стенках труб вместе с окислами железа оседает часть растворенных в воде солей. Количество и состав этих солей зависят от особенностей солесодержания воды.

Действие таких отложений может быть различным. Иногда оно ограничивается повышением температуры

косновения осевших частиц со стенкой трубы возникают слабые электрические токи, при которых металл трубы является анодом, а окислы железа и меди — катодом. Скрытый процесс переноса атомов железа с анода на ка­ тод и постепенного разрушения стенок трубы может длительное время оставаться незамеченным. Иногда год, два или еще дольше котлы продолжают беспере­ бойно работать, хотя на внутренней поверхности экран­ ных труб под тонким слоем осевшего металлического шлама растут и углубляются коррозионные язвы. На­ конец, в трубах появляются сквозные отверстия и в топку начинают бить струи воды.

Взвешенные частицы выпадают из котловой воды преимущественно в зоне наиболее интенсивной переда­ чи тепла, т. е. в нижней части топки, против ядра факе­ ла. Отложение частиц происходит прежде всего вблизи различных неровностей на внутренней поверхности труб, например у сварных стыков (рис. 10-6), а также в ме­ стах гиба труб.

Во избежание возможности таких повреждений нуж­ но следить за тем, чтобы содержание в питательной воде окислов железа и меди не превышало допустимых значений, а также оберегать от коррозии весь тракт питательной воды. Вводимые в эксплуатацию котлы высокого давления подвергаются внутренней очистке (кислотной промывке).

170

2.Экранные трубы могут разрушаться стояночной коррозией, описанной в § 3-3.

3.У котлов высокого и сверхкритического давления наружная поверхность экранных труб разрушается под

или продукта ее химического соединения с водородом— сероводорода. В присутствии свободного кислорода эти вещества сгорают и становятся безвредными для экран­ ных труб. Но при от­

в топку часть экранных труб имеет температуру на 20—40°С выше. При такой

температуре возникший на поверхности труб тончайший слой сернистого железа препятствует соприкосновению топочных газов с металлом самих труб, вследствие чего коррозия труб практически не происходит. Но в котлах высокого давления при нагреве труб примерно до 350°С защитный слой растрескивается и не может препятство­ вать коррозионному разрушению металла.

Таким образом, для предотвращения высокотемпера­ турной газовой коррозии пылеугольных котлов нужно систематически контролировать условия сгорания твер­ дого топлива. В газах, омывающих экранные трубы, должно быть хоть небольшое количество избыточного кислорода. Светящийся факел не должен омывать экранные трубы. Коррозии препятствует прочный зажи­

171

радиационной части наружным диаметром 32—42 мм имеют стенки толщиной 6—7 мм. При отсутствии у га­ зомазутных котлов зажигательного пояса температура наружной поверхности наиболее обогреваемых труб НРЧ, обращенной в сторону топки, часто превышает 500°С. Дальнейшее значительное возрастание этой тем­ пературы может произойти, если внутри труб возникает слой отложений толщиной даже в десятые доли мил­ лиметра.

Процесс коррозии НРЧ газомазутных котлов сверх­ критического давления изучен еще недостаточно, однако известно, что коррозия резко ускоряется с повышением температуры металла.

У газомазутного котла сверхкритического давления ПК-4! на одной электростанции после 15 мес. эксплуатации был обнаружен слой окислов железа черного цвета толщиной в доли миллиметра на внутренней поверхности наиболее нагреваемых труб НРЧ. При срав­ нительно небольших размерах топочной камеры котлов ПК-41 пере­ дача в ней тепла происходит более интенсивно, нежели у котлов дру­ гих типов. Даже при столь малых отложениях температура наруж-

Рис. 10-7. Условия работы труб НРЧ газомазутного котла сверх­ критического давления ПК-41.

а — продольный контур котла с указанием зоны измерения тепловых нагрузок отдельных труб; б — изменение по ширине бокового экрана НРЧ тепловой на­ грузки труб при полной нагрузке котла (по ЦКТИ); в — наибольшая темпера­ тура наружной поверхности труб, соответствующая указанным на графике б изменениям тепловой нагрузки; г — распределение температуры по толщине стенки трубы диаметром 32X6 мм при тепловой нагрузке 350 тыс. ккал/м2»ч (температура рабочей среды 375 °С, без накипи в трубе, по ВТИ); д — распре­ деление температуры по толщине стенки такой же трубы при той же тепло­ вой нагрузке и при наличии слоя окислов железа толщиной 0,4 мм,

172

Рис. 10-8. Изменение по высоте топки тем­ пературы наружной поверхности горизон­ тальных труб фронто­ вого экрана газома­ зутного котла сверх­ критического давле­ ния ТГМП-114 (но ІДКТИ).

ной поверхности наиболее обогреваемых участков труб повысилась примерно на 80 °С и достигала 600°С, а иногда — 630 °С (рис. 10-7,в).

Сталь марки 12Х1МФ рассчитана на работу при температуре не свыше 585—590 °С, и ее нагрев до более высокой температуры спо­ собствовал быстрой коррозии обращенной в сторону топки наружной поверхности труб. Одновременно, хотя и менее интенсивно, началась коррозия их внутренней поверхности. Уменьшение толщины стенок труб в наиболее обогреваемых участках неоднократно приводило

каварийным разрывам металла.

Вдальнейшем слой накипи периодически удаляли путем химиче­ ской очистки труб НРЧ (см. § 15-5).

На некоторых, электростанциях помимо строгого со­ блюдения водного режима систематически измеряют на газомазутных котлах сверхкритического давления тем­ пературу труб в зоне наибольшего обогрева и производят химическую очистку НРЧ, когда повышение температу­ ры свидетельствует о появлении накипи в трубах. Одна­ ко многократная химическая очистка приводит к умень­ шению толщины стенок труб.

Наружная коррозия труб НРЧ уменьшается при вве­ дении в нижнюю часть топки охлажденных топочных газов (рис. 11-11), благодаря чему сокращается излуче­ ние факела на трубы и снижается температура их на­ ружной поверхности.

В питательной воде трех газомазутных котлов сверхкритического давления ТГМП-114 с горизонтальными трубными экранными пане­ лями содержание окислов железа и отдельных растворенных солей намного превышало допустимое. Накипь отлагалась в зоне наиболь­ шего обогрева, где после 11 мес. эксплуатации температура труб воз­ росла примерно на 100 °С На отдельных участках температура на­ ружной поверхности труб НРЧ приблизилась к максимально допу­

173

стимому для стали 12ХIА^Ф значению 590 °С (рис. 10-8). На этих участках началась интенсивная коррозия металла.

В то же время, в верхней и в самой нижней зонах экранов тем­ пература труб не только не повысилась, но даже немного снизилась из-за загрязнения их наружной поверхности.

Было решено подвергнуть экраны НРЧ и СРЧ внутренней хи­ мической очистке. Чтобы не удалять вместе с накипью часть металла самих труб, очистку произвели сравнительно слабым раствором, в ко­ тором основным реагентом была лимонная кислота. Температура труб понизилась лишь на 20—30 °С и при дальнейшей эксплуатации котла вскоре вновь повысилась до опасных значений.

Пришлось промыть НРЧ и СРЧ более эффективным раствором, хотя при этом было вымыто небольшое количество металла труб. Одновременно были принять: мепы по уменьшению содержания ве­ ществ в питательной воде, а также по предотвращению возможности стояночной коррозии во всем энергоблоке.

10-7. Цельносварные трубные панели

Конструкция. В последние годы стали широко вне­ дряться котлы, у которых трубы, покрывающие стены топки и газоходов, сварены между собой почти по всей длине, в результате чего как экраны в топочной камере,

нок (рис. 10-9,а). Весьма перспективно изготовление панелей из ребристых труб, при наличии которых свар­ ные швы расположены в торцах ребер и изменение строения металла в зоне сварки не влияет на прочность находящейся под давлением части труб (рис. 10-9,6).

Недостатком ребристых труб является их повышенная стоимость.

174

При расстоянии между осями труб до 1,5 их наруж­ ного диаметра наибольшая температура в соединитель­ ных участках превышает температуру самих труб лишь на несколько десятков градусов.

Условия работы. Применение цельносварных панелей дает возможность разместить на каждой стене топки примерно в 1,5 раза меньше труб, чем в обычном экра­ не. Наибольшее значение это имеет для прямоточных котлов большой производительности. Так, в оборудован­ ный цельносварными панелями однокорпусный котел сверхкритического давления производительностью 1000 т/ч питательная вода подается не двумя раздельно регулируемыми потоками, а только по одной линии, чем значительно упрощается обслуживание котельного агрегата.

Расчетная экономия топлива благодаря снижению присоса в котел наружного воздуха, а также уменьше­ нию собственного расхода электроэнергии составляет около 1,0%.

Другие преимущества котлов с цельносварными трубными панелями еще более значительны. Не нужны дымососы, которые при работе на твердом топливе нуждаются в периодическом ремонте из-за эолового износа рабочих лопаток. Вместо многослойной тяжелой обмуровки применяется легкая натрубная изоляция, что уменьшает общий вес котла. Цельносварные панели можно обмывать струей воды, не опасаясь повреждения

для чего не нужно ни разбирать, а затем снова восста­

панелями сопряжена с дополнительными ограничениями условий эксплуатации. Неодинаковый нагрев труб, же­ стко соединенных в такую панель, может привести к об­ разованию трещин в сварных швах. Выбивание газов из этих трещин в помещение котельного цеха повышает запыленность воздуха и резко ухудшает условия работы людей. Оседание угольной пыли или мазутной сажи внутри приборов и автоматических регуляторов нарушает условия их действия, а неправильные показания прибо-

175

ров и неправильная работа систем автоматического ре­ гулирования могут стать причиной аварий.

Для котлов с цельносварными трубными панелями не­ допустимы ускоренные растопки и ускоренное расхола­ живание после остановки. Нельзя допускать неодинако­ вого обогрева стен газоходов по их ширине, чего труд­

резкие изменения нагрузки, при которых почти неизбеж­ но неодинаковое изменение температуры воды в отдель­ ных трубах панелей.

Опыт зарубежной энергетики свидетельствует о том, что эти ограничения не затормозили широкого распро­ странения котлов с цельносварными трубными пане­ лями.

Утечка запыленных газов из котла в помещение ко­ тельного цеха через лючки и другие отверстия в цельно­ сварных панелях предотвращается тем, что к этим от­ верстиям подводится воздух с давлением, немного пре­ вышающим давление внутри газоходов. Наличие резервных дымососов дает возможность временно рабо­ тать при разрежении в топке и не останавливать котел при появлении в трубных панелях отдельных трещин.

Вэкранных трубах котлов докритического давления вода нагрета до температуры кипения, практически оди­ наковой для всех панелей. Но при сверхкритическом давлении отсутствуют испарительные поверхности на­ грева и нельзя избежать расхождения температуры во­ ды и пара в отдельных трубах. Разность температур уменьшается при принудительной циркуляции рабочей среды в котле.

Воднокорпусном котле сверхкритического давления ТГМП-324 производительностью 1000 т/ч имеются два отбора пара для рециркуляции — первый из перемычки между СРЧ и ВРЧ и второй перед ширмами (рис. 10-10). Из двух циркуляционных насосов один должен нахо­ диться в работе.

При работе циркуляционного насоса задвижка на линии движе­ ния воды помимо насосов закрыта. При аварийной остановке насоса требуется небольшое, исчисляемое секундами время для пуска ре­ зервного. За это время не могуі быть повреждены поверхности на­ грева котла, но может чрезмерно повыситься давление в экономай­ зере. Во избежание этого предусмотрена возможность движения во­ ды из экономайзера б радиационную часть когда по аварийному байпасу. Обратный клапан препятствует движению воды по этому байпасу во время работы циркуляционного насоса.

1 76

В смесителе перегретый до промежуточной темпера­ туры пар перемешивается с водой и сам превращается

вводу. При этом уменьшается его объем, что приводит

кнекоторому снижению давления в рециркуляционных трубах и обеспечивает в них устойчивое движение пара

ксмесителю.

При сверхкритическом давлении отсутствует скрытая теплота испарения и охлаждать пар для его полного превращения в воду легче, чем в котлах меньшего дав­ ления. Поэтому в рабочей среде за смесителем нет па­

Рис. 10-10. Схема принудительной циркуляции рабочей среды в кот­ ле сверхкритического давления с цельносварными трубными панеля­ ми ТГМП-324.

чему препятствуют врезанные в эти трубы обратные клапаны.

В котлах с цельносварными трубными панелями нельзя допускать взаимного теплового перемещения от­ носительно друг друга соседних групп труб.

Энергоблок сверхкритического давления с котлом ТГМП-324, оборудованным цельносварными панелями, нес нагрузку 240 МВт, т. е. 80% номинальной. Большинство регенеративных подогревателей питательной воды не работало, и эта вода входила в котел при пони­ женной до 130 °С температуре. На выходе из экономайзера вода сме­ шивалась с паром, и, пройдя циркуляционный насос, входила в по­ довой экран при температуре 330 °С (рис. 10-10).

Для экономии электроэнергии оператор остановил циркуляцион­ ный насос и температура воды сразу уменьшилась более чем на 100 СС. В течение короткого времени в местах приварки, еще неуспев­ ших охладиться вертикальных цельносварных панелей НРЧ к пане­ лям уже охлажденного подового экрана, возникли большие напряже­ ния вследствие неодинакового теплового удлинения труб, нагретых до различной температуры. Плотность панелей не была нарушена, лишь немного искривилась поверхность подового экрана, но умень­ шился запас надежности работы труб и приблизился момент возник­ новения трещин тепловой усталости при последующих аналогичных резких изменениях температуры.

Глава 11 ПАРО­

ПЕРЕГРЕВАТЕЛИ

1 1 - 1 . Конструкции пароперегревателей

Элементы пароперегревателя. Пароперегреватель предназначен для перегрева поступающего в него пара до заданной температуры. В § 4-1 было указано, что в пароперегревателе современного котла различают ра­ диационную, полурадиационную (ширмовую) и конвек­ тивную части. Радиационная часть походит по конст­ рукции на экраны и подобно им расположена на стенах и потолке топочной камеры. Как и в экранах, трубы ра­ диационной части пароперегревателя воспринимают лу­ чистое тепло, выделяемое топочными газами.

Конвективная часть пароперегревателя расположена вне топки котла. У котлов среднего давления в конвек-

178

I

5з

I

to53

О

to

Рис. 11-1. Упрощенная схема одного из конвективных трубных паке­ тов пароперегревателя котла сверхкритического давления ТПП-312 (сплошными и пунктирными линиями на схеме условно изображены нечетные и четные ряды змеевиков, считая от фронтовой стены газо­ хода. Пунктирными линиями показаны только концы змеевиков).

тивных газоходах находится обычно весь пароперегрева­ тель, у большинства котлов высокого и сверхкритиче­ ского давления — лишь его часть. Эта поверхность на­ грева представляет собой трубные пакеты, в которых дымовые газы проходят между находящимися друг от друга на расстоянии порядка 100 мм горизонтальными или вертикальными змеевиками (рис. 11-1 и 11-10,а). Основное количество тепла передается конвекцией.

Промежуточное положение занимают ширмы, воспри­ нимающие в большом количестве как лучистое тепло, так и тепло, переданное конвекцией.

В котлах среднего давления на перегрев пара затра­ чивается до 20% тепла, воспринимаемого котельным агрегатом от дымовых газов. В этих условиях паропере­ греватель сравнительно невелик и может быть размещен между конвективными поверхностями нагрева. В совре­ менных котлах, работающих при 140 кгс/см2, на долю пароперегревателя приходится около 35% воспринимае­ мого котлом тепла, а при наличии промежуточного пере­ грева пара — до 50% тепла. Такой пароперегреватель не может состоять только из конвективных трубных па­ кетов, он должен воспринимать и часть выделяемого в топке лучистого тепла. Еще большая доля лучистого тепла приходится на пароперегреватель в котлах сверхкритического давления. В них перегрев пара про-