Особенности современных паровых котлов

Лекция 35.

На электростанциях большинство прямо­точных котлов работает при СКД в энерго­блоках мощностью 300 МВт и выше. В экс­плуатации находятся также прямоточные кот­лы ДКД, установленные в энергоблоках 150— , но их производство для крупной энергетики прекращено.

В годах мощные прямоточные котлы изготовляли главным образом двухкорпусными, т. е. в виде двух симметричных корпусов, составляющих с турбиной дубль-блок. При этом возможна работа энергоблока с одним корпусом при отключенном любом другом. Эксплуатация не выявила существенных пре­имуществ по надежности энергоблоков с двухкорпусными котлами в сравнении с однокорпусными. Недостатки же их (более сложная компоновка оборудования, увеличенное число потоков рабочей среды, увеличенное количе­ство сложной арматуры) усложнили эксплуа­тацию. Это способствовало переходу к произ­водству однокорпусных паровых котлов для работы в моноблоке. При этом сокращается число рабочих потоков, укрупняется вспомо­гательное оборудование (РВП, ДВ, ДМ и др.).

Однокорпусные котлы для энергоблоков 300 МВт выполняются с призматической (от­крытой) топочной камерой без пережима, что позволяет снизить до безопасного уровня средние тепловые нагрузки топочных экранов в зоне ядра факела. Этому же служит рецир­куляция продуктов сгорания, отбираемых при относительно низкой температуре из конвек­тивного газохода (обычно за экономайзером) и подаваемых дымососом рециркуляции в то­почную камеру. Уменьшено тепловосприятие рабочей среды в НРЧ, что, кроме стабилиза­ции температурного режима экранов, способ­ствует уменьшению высокотемпературной кор­розии. Сжигание организовано при минималь­ных избытках воздуха, позволяющих эффек­тивно бороться с низкотемпературной газовой коррозией и интенсивным загрязнением по­верхностей нагрева.

В последние годы широкое распростране­ние получили котлы с газоплотными ограж­дениями. Принцип газоплотности легче реали­зуется при выполнении топочных экранов из вертикальных панелей с одноходовым движе­нием рабочей среды. Такая возможность по­является в котлах высокой производительно­сти.

Газоплотные ограждения позволяют су­щественно повысить экономичность и надеж­ность оборудования. Основные преимущества газоплотных котлов: отсутствие присосов в топку и газоходы (снижение); уменьше­ние собственного расхода энергии на транс­порт воздуха и продуктов сгорания при заме­не дымососа дутьевым вентилятором; возмож­ность реализации оптимального режима горе­ния с предельно малыми избытками воздуха и тем самым предотвращение низкотемпера­турной коррозии и сильного загрязнения по­верхностей нагрева, а при сжигании сернисто­го мазута — и высокотемпературной коррозии; замена тяжелой обмуровки легкой тепловой изоляцией (уменьшение потери теплоты и со­кращение продолжительности пусков и оста­новов, облегчение каркаса и фундамента кот­ла); облегчение очистки топки от шлака и сажи обмывкой экранов водой без поврежде­ния обмуровки.

Применение наддува предъявляет ряд тре­бований к конструкции котла: предпочтитель­но однокорпусное его исполнение, уменьшаю­щее удельную поверхность дорогостоящих

газоплотных стенок; огражение топки и газоходов сварными экранными панелями; уменьшение числа автономных регулируемых потоков рабочей среды, позво­ляющее наряду с другимидостоинствами, общими для котлов всех типов, обеспе­чить минимальный объем сложной герметизации в местах прохода труб через
газоплотные стенки; умень­шение размера фронта то­почной камеры и соответ­ствующее увеличение глубины и высоты (сокращение числа последовательно включенных, но сваривае­мых параллельно между собой экранных панелей); в целях уменьшения разно­сти температур между сва­риваемыми панелями — рециркуляция рабочей среды в настенных поверхностях нагрева и байпасирование ее мимо обогреваемых по­верхностей нагрева.

В котлах с наддувом выход труб перегре­вателя СКД выполняют через сварные пане­ли потолка, имеющего второе перекрытие. Конвективные пакеты промперегревателя рас­полагают в опускном газоходе горизонтально и для уменьшения влияния возможных тем­пературных неравномерностей его секциони­руют по ширине газохода на автономные па­раллельные потоки. Все стены конвективной шахты также покрыты газоплотными экрана­ми из труб экономайзера или пароперегрева­теля.

Экономайзер, ППТО и РВП в основном выполняют такими же, как и для котлов, ра­ботающих с уравновешенной тягой. Особенностью условии работы каркаса является вос­приятие усилий от наддува поясными балка­ми, расположенными на расстоянии около 3 м друг от друга.

Севременные крупные агрегаты конструи­руются таким образом, что основной несущий каркас котла совмещается с каркасом здания. При этом совмещении достига­ется заметная экономия металла, например для газомазутного котла ТГ^|МП-204 около 1500 т на один энергоблок мощностью 800МВт. Такая конструкция применяется на новых котлах энергоблоков мощностью 500, 800 и 1200 МВт, не только газомазутных, но и пылеугольных.

Примером однокорпусного агрегата большой мощно­сти на сверхкритические параметры пара может служить котел для сжигания канско-ачинских углей (рис. 22.4). Котел П-67 имеет с параметрами пара для энергоблока 800 МВт. Компо­новка Т-образная, конструкция подвесная к зданию. Ко­тел выполнен в газоплотном исполнении, но предназна­чен для работы с уравновешенной тягой. Топочная ка­мера— открытая, квадратного сечения с использованием прямоточных тангенциально расположенных горелок в четыре яруса по две группы на каждой стенке топки. Удаление шлака производится в твердом состоянии.

С учетом повышенной взрывоопасное™ пыли канско-ачинских углей и большого расхода топлива котел обо­рудуется системой пылеприготовления с прямым вдува­нием грубо размолотой топливной пыли в топочную ка­меру мельничными вентиляторами и газовой сушкой топлива.

В целях уменьшения шлакования стен сжигание канско-ачинских углей организовано при низкой темпе­ратуре и с низким средним тепловым напряжением топочных экранов. Этой же цели служит рециркуляция продуктов сгорания , отби­раемых из поворотной камеры через экранированный газоход при температуреи подаваемых в горелки после газовой сушки топлива. Тангенциальное располо­жение горелок позволяет организовать в центре топки вихревой вертикальный факел, при котором до миниму­ма сводятся возможности прямого воздействия факела на топочные экраны.

Поверхности нагрева, расположенные за топочной камерой, выполнены ширмовыми, что уменьшает вероят­ность шлакования. С этой же целью в верхней части топки предусмотрена присадка через сопла рециркулирующих газов, обеспечивающих поддержание темпе­ратуры перед ширмами не выше. Газы забирают­ся двумя дымососами за экономайзером при температу­ре

Обе конвективные шахты размером в сечении мм симметричны. Отличительной особенно­стью конвективных шахт является установка в средней части каждого газохода двух вертикальных газоплотных стенок с двусторонним обогревом. Эти стенки образуют свободный от поверхностей нагрева газовый коридор шириной 2300 мм, по которому продукты сгорания при температуре около отбираются перед входом в конвективную шахту и отводятся к мельницам-венти­ляторам . Газовый коридор делит по­полам каждую конвективную шахту. Таким образом, всего образуется четыре конвективные шахты. Трубча­тый воздухоподогреватель располагается в отдельном пролете главного здания.

Водопаровой тракт выполнен из двух несмешивающихся самостоятельно регулируемых потоков, располо­женных симметрично относительно вертикальной оси котла. Последний обслуживается мостовым краном гру­зоподъемностью, грузовым и пассажирским лиф­тами.

На рис. 22.5 показан газомазутный котелподвесной конструкции для энергоблока 1200 МВт. Однокорпусная конструкция котла позволила выполнить его с одноходовым восходящим движением рабочей сре­ды в экранах топочной камеры при допустимых значе­ниях массовой скорости . Котел работает под наддувом. Топочная камера размером в плане мм экранирована мембран­ными панелями блоками. Ширина блоков унифицирова­на. Унифицированы также ограждающие блоки конвек­тивного и соединяющего горизонтального газоходов. Большая глубина топки способствует свободному разви­тию факела и предотвращению наброса его на стенки топки. Растопка ведется на мазутных форсунках. Для снижения растопочной нагрузки и повы­шения надежности сварных экранов агрегат оборудован системой рециркуляции среды, которая работает до нагрузки Расположение горелок —двух - фронтовое, в три яруса. В верхнюю и нижнюю части топки вводятся газы рециркуляции, отбираемые за эко­номайзером. Движение среды в экранах топочной каме­ры — одноходовое. Растопочные узлы — по одному на каждый поток. Водопаровой тракт СКД — двухпоточный. Пароперегреватель СКД расположен в горизонтальном газоходе. Он состоит из последо­вательно расположенных в газовом тракте ширм и двух ступеней конвективного пароперегревателя. На тракте СКД предусмотрены два впрыска: первый — перед шир­мами в количестве , второй — перед выходной сту­пенью КПП в количестве

Тракт низкого давления состоит из регулирующего, промежуточного и выходного пакетов. Через регулирую­щий пакет при номинальной нагрузке на мазуте прохо­дит около пара, остальные байпасируются мимо пакета. После смешения в коллекторе пар посту­пает в промежуточный пакет, а оттуда в выходной.

Экономайзер состоит из двух пакетов. Установлено четыре воздухоподогревателя регенеративного типа диа­метром 12,9 м.

Полупиковый прямоточный котел паропроизводительностью на давление с двойным перегревом парапредназначен для работы в блоке с турбиной 500 МВт. Выполнен он по П-образной схеме (рис. 22.6). Топка — открытая призматиче­ская со слабонаклонной навивкой экранов на всех сте­нах в области НРЧ. Это препятствует образованию зна­чительных тепловых перекосов в зоне интенсивного обо­грева рабочей среды, которые наиболее вероятны при низких нагрузках и переходных режимах, когда отдель­ные стены обогреваются неравномерно. В менее обогре­ваемой зоне ВРЧ топочные экраны выполнены в виде вертикальных панелей. Отсутствие значительных тепло­вых неравномерностей рабочей среды между параллель­ными трубами позволило их выполнить цельносварными, а котел — газоплотным.

При сравнительно невысоких температурах перегре­того пара все поверхности нагрева котла выполнены из перлитной стали, более надежно работающей в условиях переменной температуры, чем аустенитная сталь. Той же цели повышения надежности служат малые толщины стенок коллекторов (менее 36 мм), препятствующие воз­никновению значительных термических напряжений. Это стало возможным благодаря применению умеренного давления. Температура свежего пара регулируется впрыском воды в поток пара, а температура вторично-перегретого пара — рециркуляцией продуктов сгорания, вводимых в топку через горелки, при полной же нагруз­ке — еще и впрыском в него воды.

С учетом повышенной коррозионной опасности при малых нагрузках, а также частых растопках и остано­вах предусмотрены два аппарата РВП с фарфоровой насадкой в холодной части и калориферная установка, обеспечивающая высокий подогрев воздуха при всех ре­жимах. Котел подвешен к хребтовым балкам здания

На рис. 22.7 показан паровой котел электростанции «Гевин» (США) для энергоблока . Он представляет собой однокорпусный агрегат П-образной ком­поновки. Топочная камера для сжигания каменных углей открытого типа со встречным расположением горелок и твердым шлакоудалением. Ширина, глубина и высота топки соответственно равныОсновные особенности котла: оборудован 14 валковыми по 7 шт. с каждой стороны: полная производительность обеспечивается работой 10—12 мельниц, остальные — в резерве: воздушная сушка топлива, пылеприготовление по прямой схеме вдувания; капитальный ремонт мельниц 1 раз в 2 года; топливо подается в мельницы ленточ­ными транспортерами в закрытом исполнении со встроен­ными автоматическими весами для определения расхода топлива; от каждой мельницы к горелкам идет по во­семь пылепроводов значительной длины, чем обеспечи­вается компенсация перемещения горелок из-за тер ми-

ческих расширений топочных экранов; котел оборудован 112 горелками, размещенными на фронтовой и задней стенках топки в четыре яруса (горелки заключены в ко­роба вторичного воздуха).

Топочная камера выполнена в виде цельносварных панелей с подъемным движением среды в вертикальных трубах. По высоте они имеют один разъем. В верхней части топки расположены три двусветных экрана. Котел оборудован системой рециркуляции газов, подаваемых в двух разных местах: меньшая часть — через экраны холодной воронки (на схеме не показано), большая — через короба ввода в верхней части топки.

Котел работает под наддувом, создаваемым тремя воздуходувками. Резервные дымососы отсутствуют. Кон­струкция котла — подвесная.

Подвеска сконструирована на длинных тягах диаметром до 120 мм через пружин­ные опоры, работающие на сжатие. Обдувка поверхно­стей нагрева осуществляется стационарными и длинновыдвижными аппаратами с вылетом до 17 м, включае­мыми автоматически по определенной программе 2 раза в сутки.

Барабанные котлы изготовляют на ДКД. На оте­чественных электростанциях работают котлы с естест­венной циркуляцией, большей частью с уравновешенной тягой. За рубежом применяют и барабанные котлы с принудительной циркуляцией.

Барабанный котел ТПЕ-211 с естественной цирку­ляцией (рис. 22.8) создан на базе аналогичного котла ТП-100, получившего широкое применение. Он рассчитан на сжигание каменных углей при твердом шлакоудалении, а также природного газа. Его отличительная осо­бенность— Т- образная компоновка. Топочная камера располагается в восходящей шахте, низкотемпературные конвективные поверхности — в двух вертикальных шах­тах симметрично — слева и справа от топочной камеры и связаны с ней горизонтальными газоходами, в которых размещены высокотемпературные конвективные по­верхности пароперегревателя.

Открытая топочная камера призматической формы длинной стороной расположена поперек главного здания. Стены ее экранированы парообразующими панеля­ми. По всей высоте она симметрично разделена дву­светным экраном на две параллельно работающие топ­ки. Внизу двусветный экран вместе с противоположны­ми настенными экранами образует две холодные ворон­ки. Каждая секция топки оборудована пылегазовыми горелками, установленными на боковых стенках в два яруса. Особенностью агрегата является расположение барабана перпендикулярно фронту. Барабан с внутрен­ним диаметром 1800 мм и толщиной стенки 112 мм изго­товлен из стали

Начальный перегрев свежего пара осуществляется в потолочном экране и радиационном перегревателе, расположенном в верхней части топки под пережимом на экранных трубах. Основной конвективный перегрева­тель и промежуточный пароперегреватель почти полно­стью размещены в горизонтальных газоходах. В проме­жуточный перегреватель пар поступает из турбины дву­мя потоками, каждый из которых в регулирующем бай-пасном клапане раздваивается и может быть частично направлен в дополнительную (регулирующую) поверх­ность перегревателя и частично с обводом ее непосред­ственно в конвективные пакеты. Температура перегре­того пара высокого давления регулируется впрыском собственного конденсата. Экономайзер расположен в опускной шахте вместе с коллекторами. Воздухоподо­греватель — трубчатый, трехходовой.

В традиционных конструкциях, когда экранные по­верхности нагрева располагаются вдоль ограждающих стен топки, габариты агрегата получаются очень боль­шими. Возможными путями уменьшение габаритов явля­ются высокофорсированные вихревые топки, интенсифи­кация теплообмена рабочих поверхностей нагрева и их развитие. Примером малогабаритного агрегата является котел, разработанный ЦКТИ (рис. 22.9). Это

барабанный котел в газоплотном исполнении для рабо­ты под наддувом. Топка — двухкамерная: внизу вихре­вой предтопок ЦКТИ, выше — топочная камера с откры­тыми настенными экранами. Развитие поверхностей на­грева достигается разделением топки по всей высоте на три отсека двумя двусветными плавниковыми экранами, расположенными перпендикулярно фронту. Все экраны топочной камеры включены в контуры естественной цир­куляции. Вместо большого числа опускных труб приме­нены четыре водоопускных стояка диаметром 426X Х36 мм.

Шесть прямоточных газомазутных горелок располо­жены на фронтовой стенке по две в каждом отсеке. В зоне выхода продуктов сгорания из топки установле­ны 12 вертикальных цельносварных одноходовых ширм пароперегревателя. Теплонапряжение объема предтопка , а топки в целом .

За топочной камерой расположены горизонтальный газоход и два вертикальных сомкнутых газохода. Все они ограждены цельносварными экранами. В вертикаль­ных шахтах размещены ширмоконвективные поверхно­сти нагрева пароперегревателя. За ними на выходе из восходящего газохода продукты сгорания проходят эко­номайзер и, наконец, РВП (один на агрегат). Все по­верхности нагрева дренируемы.

Преимущества котла: существенно меньшие габари­ты на 30—40, уменьшение металлоемкости на 25— 30; сокращение строительного объема главного корпу­са ТЭС, в том числе занимаемого собственно котлом в 2—3 раза; сокращение трудозатрат на изготовление и монтаж на 30—40. Для котла характерна повышен­ная тепловая и технологическая универсальность. По­следнее достигается применением топочного устройства для ряда ступеней мощности на основе выбора числа топочных модулей. Размеры топочного модуля: длина М=4480 мм при диаметре 3960 мм. Так, для описанно­го котла D=500необходимы три модуля, т. е. дли-

на предтопка (ширина по фронту) Малога­баритные высокофорсированные кот­лы находятся в стадии промышлен­ного освоения.

В табл. 22.1 и 22.2 приведены основные характеристики некоторых типов серийных паровых котлов: пря­моточных и с естественной циркуля­цией.

Дата добавления: 2014-01-04