Способы регулирования температуры перегретого пара

Назначение и классификация пароперегревателей

Методы повышения надежности экранов

Гладкотрубные экраны применяют в кот­лах всех систем, работающих под разреже­нием (с уравновешенной тягой). При естест­венной циркуляции топочные экраны распола­гают почти исключительно вертикально и в от­дельных случаях круто наклонно. Учитывая возможность организации движения пароводя­ной смеси со скоростью, предотвращающей нарушение гидравлических режимов, парооб­разующие поверхности котлов прямоточных и с многократной принудительной циркуляцией можно ориентировать в пространстве любым способом, выполняя топочные экраны верти­кальными, горизонтальными и подъемно-опуск­ными.

В соответствии с особенностями естествен­ной циркуляции и принудительного движения рабочей среды ниже рассмотрим методы повышения надежности топочных экранов кот­лов.

Основным источником нарушения циркуля­ционных режимов является неравномерность обогрева по ширине контура. Неравномерность обогрева по высоте труб контура играет мень­шую роль, так как при этом все параллельно включенные и вертикально расположенные трубы получают одинаковое количество тепло­ты и охлаждаются одинаковым количеством проходящей через них воды. Неравномерность обогрева по ширине вызывается конструктив­ными особенностями контура циркуляции и условиями эксплуатации. Главным фактором неравномерности тепловосприятия является шлакование. Шлакование никогда не бывает равномерным по всей поверхности экрана, оно зависит от многих факторов и, в частности, от воздушного режима в топке, равномерности подачи топлива через горелки в топочную ка­меру и др. Сильно зашлакованные и потому слабо обогреваемые трубы получают в целом меньше теплоты по сравнению с чистыми тру­бами, и поэтому у них и меньший движущий напор, и через них проходит и меньше охлаж­дающей (циркулирующей) воды. Такие трубы плохо охлаждаются; они могут перегреваться в оголенных участках вследствие интенсивного подвода к ним теплоты.

Поскольку ос­новной причиной возникновения опасных ре­жимов является неравномерный обогрев паро­образующих труб, включенных в общую систе­му, панели топочных экранов секционируют с целью уменьшения неоднородности их ра­боты; в каждую секцию выделяют примерно одинаково обогреваемые трубы с самостоя­тельным питанием.

Пароперегреватель устройство, предназначенное для получения перегретого пара с температурой выше, чем температура насыщения в барабане при том же давлении, что и в котле Он является одним из наиболее ответственных элементов котла, так как температура пара здесь достигает наибольших значений, и металл перегревателя работа­ет в условиях, близких к предельно допустимым.

По назначения пароперегреватели делятся на основные, в которых перегревается пар высокого давления или сверх критического давления (СКД); промежуточные, в которых перегревается пар, частично отработавший в турбине.

По виду тепловосприятия пароперегреватели разделяют на конвективные – располагаются в конвективном газоходе и получают теплоту конвекцией; радиационные – устанавливаются на стенах топочной камеры и получают теплоту радиацией; ширмовые (полурадиационные) – располагаются в верхней части топки и частично в горизонтальном газоходе между радиационными и конвективными поверхностями нагрева.

Конвективные пароперегревате­ли выполняют из стальных труб наружным диаметром 32— 42 мм для высокого и сверхкрити­ческого давления и толщиной стен­ки 5—7 мм. Различают змеевики одно- и многорядные. Они отличаются числом рядов параллельных труб, выходящих из коллектора. При большой тепловой мощности котла змеевики паропере­гревателя выполняют обычно в три-четыре ряда труб, при этом затруд­няются условия для приварки концов труб в коллекторе, увеличивается число сверлений в нем, и уменьшается его прочность.

В зависимости от направления движения потоков пара и продук­тов сгорания в пакетах перегревате­ля различают прямоточные, противоточные и смешанные схемы дви­жения.

Рисунок 2.31 – Схемы движения пара и продуктов сгорания в конвективных пароперегревателях:

а – прямоточное; б – противоточное; в – смешанное.

В противоточном пакете паропе­регревателя достигается максимальный температурный напор между продуктами сгорания и паром, что уменьшает поверхность нагрева и расход металла. Недос­татком схемы является опасность пережога последних по ходу пара участков змеевиков, так как здесь пар наиболее высокой температуры встречается с продуктами сгорания, также имеющими наибольшую тем­пературу, и металл труб находится в тяжелых температурных условиях.

Рисунок 2.32 – Схема вертикального конвективного пароперегревателя:

1 – барабан котла; 2 – главная паровая задвижка; 3 – выходной коллектор перегретого пара; 4 – промежуточный коллектор с поверхностным пароохладителем; 5 – балка для подвески змеевиков; 6 – подвеска змеевиков; 7 – змеевик первой ступени пароперегревателя; 8 – дистанционная планка; 9 – дистанционная гребенка; 10 – змеевик второй ступени пароперегревателя; ПГ – продукты горения.

При прямотоке темпе­ратурный напор получается меньше, чем при противотоке, и соответст­венно увеличивается необходимая поверхность нагрева. Однако усло­вия работы металла лучше, так как участки змеевиков с наибольшей температурой пара обогреваются продуктами сгорания, уже частично охлажденными. Оптимальных усло­вий надежности и умеренной стои­мости конвективного пароперегрева­теля достигают в смешанной схеме взаимного движения. По схеме противотока работают только конвективные поверхности, омываемые газами температурой не выше 600 – 850 °С в зависимости от качества металла. Наибольшая ско­рость пара и, следовательно, наибо­лее интенсивное охлаждение метал­ла предусматриваются в выходных по пару змеевиковых пакетах.

Радиационные пароперегревате­ли. При небольшой поверхности ра­диационный пароперегреватель ба­рабанного парового котла обычно занимает потолок топки, а если этого недостаточ­но, то его размещают и на верти­кальных ее стенах. На­стенные перегреватели, выполнен­ные в виде панели на всю высоту топки, оказываются менее надежными и так отвод теплоты от ме­талла к пару во много раз слабее, чем к кипящей воде. Особенно тя­желый режим имеет металл труб настенного перегревателя при сни­женных нагрузках, когда расход па­ра в трубах заметно снижается.

Ширмовые пароперегреватели представляют собой систему труб, образующих плоские плотные панели с входными и выходными коллекторами. Ширмы размещают в верхней части топки на расстоя­нии 600 – 1000 мм одна от другой вертикально или горизонтально. Они являются радиационно-конвективными поверхностями, их тепловосприятие складывается из значитель­ной доли радиационного излучения от ядра факела и раскаленных га­зов в объеме между ширмами и до­ли конвективного теплообмена, так как газы омывают ширмы продоль­но-поперечным потоком со скоро­стью 5 – 8 м/с. Ширмовые перегре­ватели обычно получают 20 – 40% всего тепловосприятия пароперегре­вателя. Ширмы из плавниковых труб меньше шла­куются, легче очищаются от наруж­ных загрязнений.

Перегретый пар имеет наивыс­шую температуру рабочей среды в котле. Поэтому металл паропере­гревателя, особенно в выходных па­кетах, имеет наиболее высокую температуру из всех поверхностей нагрева, подверженных внутренне­му давлению, он работает практи­чески у предела своих возможно­стей. Повышение температуры от­дельных труб пароперегревателя на 15 – 20 °С приводит к сокращению срока их службы примерно в 2 раза.

В паровых котлах большой мощ­ности с большим поперечным се­чением газоходов наблюдается зна­чительная неравномерность обогре­ва по ширине и высоте горизонталь­ного газохода.

Уменьшение влияния неравно­мерности обогрева по ширине газо­хода достигается секционированием пароперегревателя по ширине с обязательным перебросом полупото­ков пара на противоположные сто­роны газохода после каждой секции по глубине. Переброс пара осущест­вляется либо специальными труба­ми, либо за счет дви­жения пара вдоль коллектора. Последнее более эффек­тивно, поскольку в коллекторах пе­ремешивается пар каждого полупо­тока, а перемешиванию подверга­ется значительно меньшая доля по­тока пара, зависящая от числа пере­пускных труб.

Так как радиационные и полу­радиационные пароперегреватели подвергаются интенсивному обогре­ву, то температура их труб превы­шает температуру пара на 70 – 100 °С. Надежность охлаждения труб достигается в этом случае при­менением сравнительно высокой скорости пара. Ее значение связано с плотностью потока пара, опреде­ляемой давлением и температурой. Для достижения одинакового ох­лаждающего эффекта металла пар более высокого давления (большей плотности) может иметь меньшую скорость.

Регулировочная характеристика – зави­симость температуры перегретого пара от на­грузки котла, различна для пароперегрева­телей различных систем. Характерной особен­ностью радиационного пароперегревателя яв­ляется снижение температуры перегретого пара с повышением нагрузки.

Рисунок 2.33 – Секционирование конвективного пароперегревателя:

а) с перебросом пара перепускными трубами; б) с перебросом пара вдоль коллектора; 1 – входной коллектор; 2 – змеевики пакета; 3 – выходной коллектор; 4 – промежуточный коллектор; 5 – паросборная камера; 6 – перепускные трубы.

В радиационные поверхности нагрева количество передаваемой теплоты зависит от теоретической температуры сгорания топлива, степени черноты топки и тепловой эффективности экранов. Эти величины очень слабо за­висят от количества сжигаемого топлива, а следовательно, и от нагрузки. Поэтому в ради­ационном пароперегревателе тепловосприятие растет медленнее увеличения расхода пара че­рез него, в связи, с чем удельное тепловоспри­ятие (на единицу расхода пара) снижается. Характерной особенностью радиационного пароперегревателя является снижение температуры перегретого пара с повышением нагрузки (рисунок 2.34, кривая 1).

В конвективном пароперегревателе количество проходящих через него продуктов сгорания увеличивается почти пропорционально увели­чению нагрузки, и это увеличивает конвектив­ную теплоотдачу пропорционально скорости газов в степени 0,6—0,65. Из-за умень­шения прямой отдачи в топке и соответствен­но роста температуры продуктов сгорания на выходе из топки увеличивается температур­ный напор. Эти обстоятельства приводят к более быстрому росту температуры перегре­того пара по сравнению с темпом роста на­грузки котла (кривая 3).

Рисунок 2.34 – Регулировочные характеристики пароперегревателей:

1 – радиационного; 2 – конвективного; 3 – комбинированного.

При соответствующем подборе размеров радиационной и конвективной частей паропе­регревателя теоретически можно было бы до­биться постоянства температуры перегретого пара (линия 2). Однако в реаль­ных условиях температура перегретого пара будет изменяться вследствие изменения экс­плуатационных факторов: температура питательной воды; избыток воз­духа в топке; шлакование экранов топки и пароперегревателя; влажность топ­лива.

Различают два основных метода регулирования температуры перегрева пара: паровой и газовый.

Паровое регулирование основано на снижении энтальпии пара либо путем отбора от него частицы теплоты питательной воде, либо путем впрыска в него обессоленной воды и ее испарения.

Паровое регулирование осуществляется в двух вариантах:

- охлаждение пара в поверхностных пароохладителях – теплообменниках;

- впрыскивание в поток перегретого пара чистого конденсата – впрыскивающие пароохладители.

Эти методы обычно применяются для регулирования температуры свежего пара. Для регулирования температуры вторично-перегретого пара также применяют паровое регулирование, однако обычно оно основано на перераспределении теплоты между свежим и вторично-перегретым паром.

Газовое регулирование основано на изме­нении тепловосприятия поверхности нагрева с газовой стороны до значения, необходимого для получения заданного уровня температуры перегретого пара. К этим методам относятся рециркуляция продуктов сгорания, байпасирование части потока продуктов сгорания мимо поверхности нагрева пароперегревателя, изме­нение положения факела в топочной камере. Газовое регулирование применяется для регу­лирования температуры вторично-перегретого пара, а при его отсутствии иногда и для регу­лирования температуры свежего пара.

Дата добавления: 2014-12-07