3.7 НЕКОТОРЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СХЕМ И РАБОТЫ КОТЛОВ НА ЧАСТИЧНЫХ НАГРУЗКАХ
При создании новых современных котлов, предназначенных для работы в широком диапазоне нагрузок, гидравлические схемы должны быть рассчитаны на работу в указанном диапазоне нагрузок как при номинальном, так и при скользящем давлении среды во всем тракте. Диапазон нагрузок должен составлять не менее 30—100% номинальной нагрузки, при этом не должны возникать ограничения по работе питательных насосов, тягодутьевых машин, по узлам тепловой схемы, контрольноизмерительным приборам, автоматике и т. д. Топочный режим должен быть организован без отключения отдельных горелок, а температура металла экранов и среды не должна превышать допустимых значений.
Для приближенной оценки температуры экранных труб в области максимальной нагрузки можно принимать значения удельных тепловосприятий труб, отнесенных к их эффективной лучевоспринимающей поверхности [76, 151].
Вил. топлива и дополнительные условии | Максимальное местное удельное тепловосприятие, |
| ккал/(м2-ч) |
Газ | 350 |
Сжигание газа в пылеугольных топках с учетом возможности оголения участков ошипованных поверхностей | 400 |
Мазут | 450—500 |
Пыль бурых углей при замкнутой схеме сушки | 300 |
Го же при разомкнутой схеме сушки | 350 |
Пыль каменных углей и АШ при твердом шлакоудалении | 350 |
То же при жидком шлакоудалении | 400 |
То же при ошипованных поверхностях пылеугольных топок | 180 |
Приведенные значения принимаются как максимально возможные для котлов обычных конструкций. Для котлов сверхкритического давления максимальное тепловое приятие экранов должно быть не более 450 Мкал/(м2-ч). Некоторые рекомендации по совершенствованию схем при проектировании и конструировании гидравлических элементов котлов приведены в [87, 151, 172, 195].
Барабанные котлы.
Подъемные звенья контуров барабанных котлов следует выполнять в виде вертикальных панелей или пучков с подъемным движением среды. Установка промежуточных коллекторов нецелесообразна, так как они в определенных условиях снижают кратность циркуляции среды. При этом верхние концы парогенерирующих труб следует присоединять непосредственно к барабану, а там, где это невозможно из-за конструктивных особенностей (например, при установке в выходном окне топки ширмовых пароперегревателей и др.), допускается устанавливать коллекторы экранов, соединяющиеся с барабанном пароотводящими трубами.
Общее сечение пароотводящих труб принимается около 40—60% сечения труб экранов, а их диаметр не должен быть меньше диаметра парогенерирующих труб. Как правило, парогенерирующие трубы котлов изготавливают внутренним диаметром 50—75 мм. Присоединение пароотводящих труб к барабану следует выполнять на боковой образующей барабана для боковых и по длине барабана для задних экранов. Отвод пароводяной смеси из коллекторов производится по верхней образующей коллекторов.
При проектировании экранов котлов следует стремиться к сведению к минимуму гибов, связанных с обводом лазов, лючков, горелок, а вынужденные гибы следует выполнить с учетом большого количества труб, распределяя их по возможности равномерно. Для улучшения обогрева угловых труб в топке необходимо скашивать углы топки, а панели этих скошенных труб желательно объединять в отдельные контуры.
Разбитые на секции экраны должны нормироваться с учетом одинаковых их высот и близкими тепловосприятиями. В секции экранов, в которых ожидается ухудшение циркуляции среды, сечение опускных труб следует увеличить. Разделение экранов на секции можно вести с применением отдельных коллекторов или общих с установкой в коллекторе перегородок. В случае применения выносных циклонов к ним следует присоединять в первую очередь секции с большими массовыми скоростями, например секции боковых экранов. Подвод среды в циклон следует производить выше оси барабана для котлов большой и средней производительности примерно на 400 мм [87].
Следует учитывать также, что в обогреваемых горизонтальных парообразующих трубах при определенных условиях и низких нагрузках котла возможно расслоение пароводяной среды, что может привести к недопустимому повышению температуры металла верхних частей труб. Поэтому минимальный угол подъема парообразующих труб в сторону движения среды допускается не менее 15°.
Опускные трубы барабанных котлов должны иметь всегда внутренний диаметр больше диаметра подъемных. В котлостроении обычно применяют трубы внутренним диаметром 60—160 мм. Отношение суммарного сечения опускных труб к суммарному сечению парогенерирующих труб рекомендуется [87] для экранов с давлением среды 14—18 МПа 0,4—0,5, для двухсветных экранов 0,7—0,4, для экранов с давлением среды 4—10 МПа 0,3—0,4, для экранов с давлением ниже 4 МПа 0,2—0,3. Число опускных труб для контура выбирается, как правило, не меньше двух, за исключением контуров в срезанных углах топки.
Присоединение опускных труб к барабану котла производится по его длине на нижней образующей. Расстояние между опускными и подъемными трубами не должно быть меньше 200—300 мм. Если это расстояние не выдерживается, следует ставить перегородки для предотвращения возможного захвата пара опускными трубами. В целях снижения сопротивления входной части опускных труб с внутренней стороны барабана отверстия труб увеличивают на конце до 18% диаметра отверстия и по длине до 25% толщины стенки барабана.
В нижней части котла опускные трубы присоединяют к раздающим коллекторам под углом к подъемным трубам примерно 90°.
В контурах с повышенным сопротивлением отводящих систем, как показали исследования ЦКТИ, могут применяться рециркуляционные трубы, особенно для котлов низкого давления. Эти трубы присоединяются к верхним коллекторам по нижней образующей, как правило, в торцевом участке. Суммарное сечение рециркуляционных труб должно быть не менее 30—40% суммарного сечения подъемных труб, а их диаметр следует принимать несколько большим диаметра парогенерирующих труб.
Прямоточные котлы.
Прямоточные котлы проектируются как на докритическое, так и на сверхкритическое давление среды. Компоновку гидравлических схем прямоточных котлов на докритическое давление следует производить исходя из общепризнанных решений. В целях повышения надежности работы экранов котла при частичных нагрузках не рекомендуется применять систему с подъемно-опускным движением среды и с вертикальным расположением распределительных коллекторов. Также не рекомендуется применять панели с горизонтальноопускным движением среды. Формирование панелей должно производиться трубами одинаковой длины и с одинаковым гидравлическим сопротивлением. При необходимости выполнения гибов труб (для лазов, лючков) производить их следует по возможности равномерно, не допуская нескольких гибов на одной трубе.
Панели в топке следует размещать таким образом, чтобы их тепловосприятие было как можно более равномерным, например взаимным перекрещиванием. Для испарительных поверхностей нагрева в отечественном котлостроении применяются трубы внутренним диаметром 20—40 мм. Котлы на сверхкритическое давление среды проектируются с массовыми скоростями в испарительных поверхностях нагрева в расчете на номинальную нагрузку не ниже 1000 кг/(м2-с) [151], при этом радиационные экранные поверхности изготавливаются из труб внутренним диаметром 20-30 мм. Для уменьшения тепловых и гидравлических разверок в экранах котла последние разбивают на отдельные поверхности (элементы) нагрева.
В случае необходимости допускается дросселирование отдельных элементов путем установки дроссельных шайб на входе в экранные трубы. Шайбы необходимо устанавливать в области энтальпий среды не более 1700 кДж/кг. Для более надежной работы котла, а также его управления следует избегать компоновок с нерегулируемыми параллельными подпотоками, отличающимися по тепловосприятию. Для увеличения межпромывочных кампаний экранных поверхностей котла в области интенсивного рационального тепловосприятия энтальпия среды в последних не должна превышать 1700 кДж/кг. Повышение надежности работы экранов котлов при частичных нагрузках возможно путем циркуляции среды, о чем было сказано в гл. 2.
Пароперегреватели и экономайзеры котлов.
Пароперегреватели котлов сверхкритического и среднего давлений изготавливаются из труб внутренним диаметром соответственно 20—30 и 30—40 мм, а пароперегреватели промежуточного перегрева — до 50 мм. Экономайзеры изготавливаются из труб внутренним диаметром 15—30 мм.
При компоновке пароперегревателей и экономайзеров котлов массовые скорости в них предварительно следует принимать в соответствии с данными [151].
Пароперегреватели
Настенные радиационные элементы 1000—1500
Ширмовые элементы 800—1100
Первичные конвективные элементы 500
Вторичные конвективные элементы 300
Экономайзеры
Некипящие радиационные элементы 1000—1200
Кипящие конвективные элементы 800 1000
Некипящие конвективные элементы 500—600
В конвективных пароперегревателях котлов низкого и среднего давления, а также в промежуточных пароперегревателях сверхкритического давления целесообразно применять схемы с равномерным подводом и отводом пара. При необходимости применения коллекторов с сосредоточенным подводом и отводом пара лучше использовать Н-образную схему. При известной и устойчивой тепловой неравномерности может оказаться целесообразным применение Z-образной схемы, скомпонованной так, чтобы взаимно компенсировать гидравлическую разверку и тепловую неравномерность. Для ширмовых и радиационных пароперегревателей котельных агрегатов сверхкритического давления желательно применять Z-образную схему с взаимной компенсацией гидравлической разверки и тепловой неравномерности. Установка коллекторов пароперегревателей в зоне температур дымовых газов более 500° С не рекомендуется.
Для кипящих ступеней экономайзеров установка коллекторов между ступенями недопустима. Распределяющие коллекторы отводящей системы следует располагать горизонтально. Сечение отводящих труб каждой ступени (секции) желательно принимать в пределах 30—50% сечения ее трубы. При вводе труб из экономайзера в барабан обязательна установка защитных рубашек.
