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

Это объясняется прежде всего Тем, что нагретые во­ дяные пары активно излучают тепло на трубы паропере­ гревателя и, в частности, на трубы его конвективной ча­ сти. Во-первых, при возрастании влажности топлива уве­ личивается количество дымовых газов, омывающих ширмы

иконвективную часть пароперегревателя, что приводит

кувеличению количества отдаваемого газами тепла.

3.Температура перегретого пара зависит не только от влажности, но и от других свойств топлива, в частно­ сти от прозрачности факела в топке. При сжигании га­ зообразного топлива температура пара зависит от содержания в нем балластных негорючих составляющих.

Особенности регулирования температуры пара в пря­

моточном котле. Чтобы повысить температуру выходя­ щего из прямоточного котла первичного пара, нужно, не изменяя подачи топлива в топку, несколько сократить подачу в котел питательной воды. Такое регулирование производится автоматическими регуляторами.

Нарушение топочного режима — затягивание горения в верхнюю часть топки, пульсация факела и пр. — может привести не только к неодинаковому по ширине газохо­ да возрастанию температуры газов и дополнительному нагреву отдельных ширм. Появляется и другая опас­

в этой трубе от 545 до 600 °С и более, что может приве­ сти к аварийному повреждению трубы.

Такие последствия нарушения топочного режима воз­ никают преимущественно у котлов сверхкритического давления.

На котлах сверхкритического давления ТПП-110 были осуществ­ лены различные конструктивные переделки, увеличившие надежность работы ширм, ß частности, число труб в каждой ширме было умень­ шено с 38 до 28 для того, чтобы повысить скорость пара и сделать более устойчивым его движение. Но отклонения от нормального то­ почного режима приводили к опасному повышению температуры пара и в реконструированных ширмах.

Гак, при растопке котла после 40-минутной остановки была одно­ временно включена подача природного газа шестью горелками. Вскоре было зафиксировано движение пара в обратную сторону в наружных трубах нескольких ширм. В отдельных трубах темпера­ тура металла возросла до 620—650 °С.

Не все подобные нарушения режима были зафиксированы. Но в дальнейшем произошло несколько разрывов труб ширм. При ана­

190

ч

лизе в лаборатории во всех поврежденных трубах было обнаружено изменение строения металла, свидетельствовавшее о том, что его температура намного превышала 650 °С. При таких чрезмерных по­ вышениях температуры первыми разрывались наиболее слабые трубы, имевшие небольшие металлургические дефекты.

Повреждения ширм прекратились после того, как операторы стали избегать резких изменений теплового режима, в частности стали включать горелки поочередно и повышать их производительность постепенно.

При эксплуатации котлов сверхкритического давле­ ния применяется промежуточное выравнивание режима после каждого изменения нагрузки на 4—6% от номи­ нальной, т. е. для котла производительностью 1000 т/ч после каждого изменения нагрузки на 40—60 т/ч.

11-3. Устройства для регулирования температуры пара

Впрыскивающие пароохладители. Современные кот­ лы с естественной циркуляцией воды обычно рассчиты­ вают таким образом, чтобы при работе с полной нагруз­ кой первичный пар был нагрет на 10—20 °С выше необ­ ходимой температуры. Снижение его температуры до требуемого значения производится обычно в впрыски­ вающих пароохладителях, которые, как правило, уста­ навливают в промежуточных коллекторах пароперегре­ вателя (рис. 11-4).

Во всех конструкциях впрыскиваемая вода разбрыз­

такой рубашки происходило бы растрескивание корпуса под действием многократных изменений температуры, при падении на металл и испарении капель воды. Ру­ башка в отличие от корпуса не подвержена напряжению от внутреннего давления, и ее растрескивание происхо­ дит очень медленно. К тому же рубашка может длитель­ но работать и с трещинами.

Впрыск воды производится либо через форсунку упрощенной конструкции, либо через большое число от­ верстий малого диаметра, расположенных в узком сече­ нии сопла.

Труба, по которой 'подается вода, нагревается до меньшей температуры, чем защитный патрубок. Чтобы их неодинаковое тепловое удлинение не привело к появ­ лению больших напряжений в металле, предусматри­ вается возможность свободного перемещения нижнего

191

Рис. 11-6. Впрыскивающие пароохладители.

а и б — общий вид пароохладителя и его впрыскивающее устройство при одностороннем вводе воды в пар; в — общий вид пароохладителя с кольцевым

конца трубы (рис. 11-6,6) или наличие на трубе компен­ сатора (рис. 11 -6,в).

Отверстия для впрыска могут быть забиты гратом или другими твердыми частицами, уносимыми водой из трубопроводов. Улавливание таких частиц производится в ловушке, одна из конструкций которой показана на рис. 11-6,г.

Инерционность пароохладителя. Если, например,

температура перегретого пара чрезмерно возросла, то машинист котла увеличивает подачу воды к пароохлади­ телю. Но перегрев пара уменьшается не сразу, а в тече­ ние 1—3 мин. Это происходит потому, что при уменьше­ нии температуры пара должна соответственно цонизить-

192

ся температура металла части пароперегревателя, нахо­ дящейся по пути пара за пароохладителем. Чем больше вес этого металла, тем медленнее происходит изменение конечной температуры перегретого пара. Наиболее ве­ лико запаздывание действия пароохладителей установ­ ленных в пароперегревателе первыми по ходу пара.

В старых котлах работают п о в е р х н о с т н ы е пароохладите­ ли, имеющие вид теплообменников. Внутри горизонтальных труб те­ чет вода, между трубами охлаждается насыщенный пар. Часть его превращается в воду, которая снова испаряется в пароперегревателе. Конечная температура пара изменяется при регулировании не раньше чем через 5—6 мин. В современных котлах такие пароохладители не устанавливают.

Запаздывание действия пароохладителя усложняет автоматическое регулирование температуры перегретого пара. При ручном регулировании от машиниста котла требуется учет всех условий работы котла. Он должен знать, сколько примерно воды должно идти на паро­ охладитель при всех возможных режимах эксплуа­ тации.

Если температуру перегретого пара регулируют вручную, то при неустановившемся режиме работы кот­ ла возможны кратковременные, но значительные откло­ нения этой температуры от требуемого значения. Такие отклонения лишь через 2—5 мин вызывают соответст­ венные изменения температуры пара перед турбиной. Иногда, например, температура перегретого пара на котле возрастает до недопустимого значения, но через 1—2 мин уменьшается до нормального. При этом тем­ пература пара перед турбиной возрастает гораздо мень­ ше, чем за котлом. Часть тепла при кратковременном повышении температуры пара затрачивается на допол­ нительный нагрев паропровода.

Иногда по каким-либо причинам температура пере­ гретого пара сохраняется повышенной в течение 5— 10 мин, а затем снижается до требуемого значения. Через 2—3 мин после этого может быть получено сооб­ щение машиниста турбины о том, что по его приборам температура пара продолжает оставаться недопусти­ мой. Опытный машинист котла знает, что это происхо­ дит вследствие тепловой инерции паропроводов, и будет выжидать, пока температура пара перед турбиной выравнится без его вмешательства. Неопытный же работ­ ник начинает опять регулировать температуру, в резуль­ тате чего снова разлаживается работа котла.

Одно и то же изменение количества впрыскиваемой1 воды приводит к значительно большему изменению тем­ пературы пара, если котел работает с низкой нагрузкой,, т. е. когда на 1 т пара приходится большее количествоохлаждающей воды. При подаче воды в первый по ходу пара пароохладитель происходит более медленное изме-

нение температуры пара на выходе из котла и это изме­ нение температуры оказывается менее значительным. Последнее объясняется тем, что передача тепла от ды­ мовых газов пару в змеевиках за пароохладителем не­ сколько ускоряется в случае, когда температура пара

194

ниже, и замедляется, когда пар имеет более высокую температуру.

Подача воды для впрыска в пар. Известны случаи длительной надежной работа барабанных котлов высо­ кого давления, у которых в пар почти непрерывно впры­ скивалась вода с солесодержанием в несколько десятков мг/кг. Находившиеся в этой воде вещества не оседали на стенках труб пароперегревателя, но часть их при снижении давления пара в турбине отлагалась на ее

лученный из пара конденсат по трубам поступает в узел регулирования и оттуда — в пароохладители. На схеме видно, что подачу конденсата можно регулировать раз­ дельно для каждой камеры пароохладителя.

Конденсатор обычно представляет собой горизон­ тальный теплообменник (рис. 11-8). Охлаждающая вода поступает в концевой отсек, проходит по трубам вдоль основного отсека (на схеме показана только одна из этих труб) и затем движется в обратном направлении по на­ ружным концентрическим трубам в выходной отсек. Охлаждаемый пар заполняет пространство между тру­ бами, превращается в воду и, собираясь в нижней части основного отсека, дополнительно охлаждается на не­ сколько градусов ниже температуры насыщения.

При движении основного количества пара в паропе­ регревателе давление его снижается. Эта разность дав­ ления обусловливает движение пара и конденсата по трубам для впрыска воды в пар.

Количество впрыскиваемого конденсата может ока­ заться недостаточным при растопке котла и при его работе с очень низкой нагрузкой, когда количество пи­ тательной воды невелико и эта вода не может обеспе­ чить конденсацию требуемого количества пара. Поэтому у большинства котлов предусмотрена возможность вре­ менного охлаждения пара путем впрыска в него пита-

телыюй воды (по линии 15 на рис. 11-7), хотя эта вода может иметь повышенное солесодержание.

Паропаровые теплообменники. Как упоминалось,

промежуточные пароперегреватели на наших электро­

с пониженной нагрузкой пар перегревается до более низкой температуры. Одновременно приходится считать­ ся с тем, что при пониженной нагрузке котла пар из турбины возвращается в промежуточный пароперегрева­ тель при меньшей температуре и нуждается в еще боль-

Рис. 11-8. Схема конденсатора пароохладитсльной установки котла производительностью 220 т/ч.

шем перегреве. Имеются различные устройства для по­ вышения температуры этого пара до требуемого зна­ чения.

В прямоточных котлах можно изменять в широких пределах температуру первичного пара путем соответст­ вующего изменения соотношения между подачей в ко­ тельный агрегат топлива и питательной воды. В таких условиях весьма удобно в периоды работы котла с по­ ниженной нагрузкой нагревать первичный пар несколь­ ко больше для того, чтобы избыток его тепла передавал­ ся пару промежуточного перегрева в специальных паро­ паровых теплообменниках (ППТО).

Такие же теплообменники имеются у отдельных ти­ пов барабанных котлов.

Теплообменники выполняют как выносными, распо­ ложенными рядом с котельным агрегатом (либо над ним), так и встроенными, в которых пар промежуточно-

196

го перегрева нагревается одновременно первичным па­ ром и дымовыми газами. Такой теплообменник является частью поверхности нагрева промежуточного паропере­ гревателя. У него меньшие размеры и вес, чем у вынос­ ного теплообменника, а осуществляемые с его помощью изменения температуры пара меньше запаздывают во времени. Однако регулирование температуры при нем не­ сколько усложняется, поскольку пар одновременно на­ гревается от двух источников тепла.

Обычно через теплообменник проходит весь первич­ ный пар, но в промежуточный пароперегреватель мож-

а — встроенный газопаропаровой теплообменник; б — невстроенный (выносной) теплообменник; 1 и 2 — вход и выход первичного пара; 3 и 4 — вход н выход

подачу части пара в промежуточный пароперегреватель помимо теплообмен­

У большинства конструкций котлов с естественной цир­ куляцией воды установка теплообменников для регули­ рования температуры пара промежуточного перегрева нецелесообразна, поскольку при малой нагрузке в их первичном пароперегревателе отсутствует избыточное тепло или имеется лишь в небольшом количестве. В та­ ких котлах часто добавляют к промежуточному паро­ перегревателю так называемую регулирующую поверх­ ность нагрева, через которую проходит пар при низкой

197

нагрузке котла, но которую можно отключить по пару

впериоды повышения нагрузки.

Визображенной на рис. 11-10 схеме регулирование температуры пара в промежуточном пароперегревателе производится распределительным клапаном, которым

можно изменять соотношение между количеством пара, проходящего через обогреваемые дымовыми газами зме-

Рис. 11-10. Условия регулирования температуры пара промежуточно­ го перегрева в котле с естественной циркуляцией воды ТП-100 про­ изводительностью 670 т/ч на 140 кгс/см2.

а — схема левой части пароперегревателя (рис. 4-7,а) (элементы первичного пароперегревателя изображены тонкими линиями, а промежуточного — жирны­ ми линиями); 6 — изменение температуры пара на выходе из промежуточного пароперегревателя при быстром изменении подачи пара через регулировочную

198

евики, и паром, проходящим через шунтирующие трубы. Это равнозначно изменению поверхности нагрева проме­ жуточного пароперегревателя.

Температура дымовых газов, омывающих регулирую­ щую поверхность нагрева, не превышает 560 °С, поэтому безопасным является почти полное прекращение подачи пара в змеевики.

На графике рис. 11-10,6 показано, что при изменении количества пара, проходящего через шунтирующий тру­ бопровод, температура пара за промежуточным паропе­

его змеевиков и коллекторов. При работе котла с пони­ женной нагрузкой такое изменение температуры пара затягивается на большее время.

У большинства современных котлов температуру пара промежуточного перегрева можно дополнительно уменьшать путем «аварийного» впрыска в него воды. Длительный впрыск воды нежелателен, поскольку в па­ ре давлением порядка 30 кгс/см2 растворяется лишь ма­ лое количество солей, а остальные соли из впрыскивае­ мой воды остаются на стенках труб в виде накипи. «Аварийным» впрыском можно пользоваться только кратковременно в периоды резкого изменения режима работы котла.

Рециркуляция дымовых газов. Поглощение тепла конвективными поверхностями нагрева увеличивается с возрастанием скорости дымовых газов. Если эти газы частично возвращать в топочную камеру, они омывают змеевики промежуточного пароперегревателя с более высокой скоростью и температура пара на выходе из этого пароперегревателя повышается. Температура пер­ вичного пара изменяется меньше при наличии у первич­ ного пароперегревателя большой радиационной поверх­ ности нагрева.

Такой способ регулирования температуры пара счи­ тается нецелесообразным для котлов докритического давления, поскольку для рециркуляции дымовых газов необходим дополнительный расход электроэнергии на привод циркуляционного дымососа (рис. 11-11). Но уве­ личение собственного расхода электроэнергии котель­ ным цехом оправдано для тех котлов сверхкритического давления, у которых в топочной камере отсутствует за­ жигательный пояс и температура наружной поверхности

199