Розрахунок циркуляції грунтується на тому, що при усталеному режимі рушійний напір дорівнює сумі опорів, що виникають при рухові води й пароводяної суміші. Загальна схема його може бути показана на прикладі найпростішого контура, опір якого складається з опорів підйомної DРпід і опускної DРоп труб (опори, що виникають при рухові води в барабанах, дуже малі). Тому
Р = DРпід + DРоп кг/м2.
Різницю між рушійним напором і опором підйомної труби називають корисним напором Р - Рпід = Ркор. Отже,
Ркор = DРоп кг/м2.
Ркор і DРоп - функції кількості циркулюючої води, Ркор = ¦1(Gц) і DРоп = ¦2(Gц). Мета першого етапу розрахунку циркуляції - визначити корисний напір, при якому працює даний контур. Це завдання зручно розв'язати графоаналітичним способом, взявши кілька значень Gц і побудувавши криві Ркор = ¦1(Gц) і DРоп = ¦2(Gц).
Визначивши корисний напір, при якому працює контур, що складається з великої кількості паралельно включених грійних труб, порівнюють його з величинами корисних напорів застою і перекидання, знайденими в припущенні погіршеного обігрівання якоїсь труби розрахункового контура. Ці величини (як питомі напори, віднесені до 1 м висоти труби) дістають з номограм, приведених у нормах розрахунку циркуляції води в парових котлах. Якщо робочий корисний напір менший від корисних напорів застою і перекидання, то контурможна вважати надійним. Він витримає перевірку на неможливість утворення вільного рівня і перекидання циркуляції.
3.2 Одержання чистої пари
Для надійної і економічної роботи парових турбін треба підтримувати постійні параметри пари (її тиск і температуру) і забезпечувати високу її чистоту. Постійні параметри вироблюваної котлоагрегатом пари підтримують автоматичним регулюванням температури перегрітої пари, подачі палива, повітря, живильної води та ін.
У прямотокових котлах вода випаровується без залишку, при цьому частина розчинених у ній речовин відкладається на поверхнях нагріву котла і пароперегрівника, друга частина переходить у пару. При надвисоких і надкритичних тисках пара може розчиняти багато кремнекислої і солей натрію і цим перевищуватиме допустиму концентрацію їх у парі.
Основною причиною забруднення солями пари в барабанних котлах з природною циркуляцією є механічне винесення парою краплинок котлової води. Вологість пари залежить від середньої швидкості її надходження через дзеркало випаровування в паровий простір і від висоти парового простору, що характеризується навантаженням дзеркала випаровування
м3/м2 × год.
і напругою парового об'єму
м2/м3× год,
де D - витрата пари, кг/год; v» - питомий об'єм насиченої пари, м3/кг; F - площа дзеркала випаровування, м2; U - об'єм парового простору, м3.
При звичайних конструктивних розмірах барабанів і при нормальній роботі внутрішньобарабанного обладнання сучасні котлоагрегати дають пару з дуже невеликою вологістю 0,01-0,03%.
Утворення чистої пари при даній якості живильної води регулюється зниженням концентрації солей у котловій воді, застосуванням ефективного обладнання для сепарації вологи від пари, промиванням пари водою, що містить мало солей.
Під час роботи в котел з живильною водою вносять солі, з яких лише незначна частина виноситься з котла парою. Щоб сольовий баланс не перевищував норми, солі треба видаляти з котла. Це відбувається за допомогою так званого безперервного продування.
Постійна концентрація солей у котловій воді повинна бути нижчою від критичного солевмісту води, при якому різко зростає вологість і солевміст пари.
Ефективно розв'язав це завдання Е. І. Ромм, який запропонував метод східчастого випаровування води в парових котлах. За цим методом котел поділяють на відсіки. Живильна вода подається в перший (чистий) відсік. З нього продукти продування надходять в другий (солоний) відсік. У першому відсіку, таким чином, знижується концентрація солей. При однаковому продуванні котла при двосхідчастому випаровуванні 80% пари утворюється з води, що містить 840 мг/л солей, і лише 20% - з води з солевмістом 4200 мг/л, а без ступеневого випаровування всі 100% пари утворюються з води, що містить 4200 мг/л солей.
Східчасте випаровування має можливість при даній величині продування дістати чистішу пару або при даній якості пари істотно зменшити величину продування.
Сепараційне обладнання призначено зменшити вологість насиченої пари, а разом з тим - і її солевміст. Воно має гасити кінетичну енергію потоку пароводяної суміші, що надходить у барабан, відділяти основну масу води від пари і рівномірно розподіляти пару в барабані для більш ефективної природної сепарації краплинок вологи в паровому просторі барабана.
Сепараційне обладнання ОРГРЕС із зануреним дірчастим листом. Пароводяна суміш, що надходить по трубах, глухим щитом спрямовується у воду. Для рівномірного навантаження дзеркала випаровування і парового простору барабана під водою встановлюється дірчастий лист. Живильна вода подається по трубі над дірчастим листом, що сприяє промиванню пари. Таку схему доцільно застосовувати при помірних концентраціях солей у котловій воді.
При високому солевмісті котлової води і схильності її до піноутворення застосовують внутрішньобарабанні циклони. Пароводяна суміш з коробів 2 підводиться тангенціальне до циклонів 7, плівка виділеної в циклоні води стікає вниз, а пара з циклону надходить у паровий простір барабана. Крім внутрішньобарабанних застосовуються також виносні циклони, які працюють дуже ефективно.
4. Пароперегрівники. Водяні економайзери. Повітропідігрівники
4.1 Пароперегрівники
У пароперегрівнику пара перегрівається до заданої температури. З підвищенням тиску і температури перегрітої пари частина теплоти, передана в пароперегрівник, відносно загального приросту ентальпії води в агрегаті дуже зростає і пароперегрівник стає одним з основних теплосприймальних елементів котельного агрегату.
Для виготовлення труб-пакетів пароперегрівника, що працюють у дуже важких температурних умовах, застосовуються дорогі леговані сталі.
За видом теплообміну пароперегрівники поділяються на конвективні, напіврадіаційні і радіаційні; за розміщенням змійовиків - на вертикальні і горизонтальні.
У старих конструкціях котлів застосовувались конвективні пароперегрівники, розміщені за потужним котельним пучком у ділянці помірних температур газів. Конструктивна схема їх була дуже проста, вони складались з горизонтальних або вертикальних змійовиків, приєднаних до колекторів (камер) насиченої і перегрітої пари розвальцьовкою.
У сучасних агрегатах застосовуються більш складні за схемою і конструкцією комбіновані пароперегрівники, що складаються з радіаційної, напіврадіаційної і конвективної частин.
Характеристика перегрівника - це залежність температури перегрітої пари від міри навантаження котла. У конвективному перегрівнику із зростанням навантаження температура перегрітої пари підвищується, в радіаційному, навпаки, знижується, напіврадіаційний перегрівник має плавну характеристику, температура пари на виході з нього із зміною навантаження змінюється в невеликих (до 10° С) межах.
Розмір поверхні нагріву і умови роботи труб конвективного перегрівника залежать від прийнятої схеми руху пари і димових газів. Перевага протитокової схеми - більш високий середній температурний напір у ділянці перегрівника і через це менша поверхня нагріву його; недолік - важчі умови роботи металу останніх за ходом пари ділянок змійовика. При прямотоковій схемі умови роботи металу полегшуються, але потрібна більша поверхня нагріву перегрівника. Щоб поєднати переваги тієї і другої схем, застосовують змішану схему комбінованої течії.
З барабана, котлоагрегату високого тиску ПК-10 з вертикальними змійовиками, пара по перепускних трубах, розміщених під стельовим перекриттям котла, надходить у колектор насиченої пари, з нього - в змійовики другої за ходом газів частини перегрівника, а потім - у проміжний колектор. У широкому по фронту агрегаті великої потужності треба вживати заходів для того, щоб забезпечити теплову й температурну рівномірність роботи змійовиків перегрівника. З цією метою пару перекидають з колектора в бічні короткі колектори, з яких пара надходить у бічні пакети змійовиків першої за ходом газів частини перегрівника, збирається в змішувальному колекторі, виходять з нього в центральний пакет змійовиків і потім надходить у центральний вихідний колектор перегрітої пари.
Друга частина перегрівника виконана з труб 38 ´ 4,5 мм з вуглецевої сталі, перша частина - з труб 42 ´ 6 мм з малолегованої хромомолібденової сталі, змійовики приєднуються до колекторів приварюванням.
Щоб, котла високого тиску, пароперегрівник працював надійно, треба рівномірно розподіляти пару по змійовиках. Цього досягають вибором раціональної схеми підведення пари до колекторів і зміною швидкості пари в колекторах і змійовиках. Швидкість пари в осьовому напрямку в колекторі повинна бути мінімальною, а швидкість пари в змійовиках значною. Для цього розподіляють підведення пари до колектора і доводять швидкість пари в змійовиках котлів високого тиску до 10-15 м/сек. Спад тиску пари в перегрівнику звичайно допускається до 10% від тиску пари в котлоагрегаті.
Для нормальної роботи котлів дуже важливе значення має регулювання температури перегрітої пари за допомогою комбінованих перегрівників з плавною характеристикою, регулювання по газовій стороні (поворотними пальниками, шиберами і т. п.), регулювання по паровій стороні. У сучасних агрегатах як основний і найбільш надійний застосовується швидкий і тонкий метод регулювання по паровій стороні впорскуванням конденсату в потік пари. Це здійснюється в пароохолодниках змішувального типу. В агрегатах надвисокого і надкритичного тиску впорскування провадиться в двох точках парового тракту: в початковій його частині і поблизу вихідного колектора, там, де ентальпія пари на 125-210 кдж/кг менша від кінцевої її ентальпії, що відповідає температурі перегрітої пари у вихідному колекторі.
4.2 Водяні економайзери
Основне призначення водяного економайзера - підігрівання живильної води за рахунок теплоти димових газів. Проте в ряді випадків вода в економайзері не тільки підігрівається, а й частково (до 20% від ваги) перетворюється в пару. Такі економайзери називаються киплячими.
Заміна хвостової котельної поверхні нагріву економайзерною вигідна, бо економайзер працює з вищим середнім температурним напором, ніж котельна поверхня, розміщена в тому самому газоході, оскільки середня температура води в економайзері нижча за температуру води в котлі. Ця температура дорівнює температурі насичення при даному тискові. Тому поверхня нагріву економайзера при тому самому значенні температури димових газів значно менша від температури котельної поверхні нагріву. В той самий час вартість 1 м2 поверхні нагріву економайзера менша, ніж вартість 1 м2 котла.
Водяні економайзери виготовляються з чавунних або стальних труб. Чавунні економайзери виконуються з ребристих труб і застосовуються в установках низького і середнього тиску (у нас - тільки до 22 бар). Розміщення труб горизонтальне, з'єднуються вони між собою зовнішніми чавунними калачами. Чавунні економайзери корозостійкі і порівняно дешеві, але громіздкі і мають багато фланцевих з'єднань. У них, щоб запобігти гідравлічним ударам, які виникають при закипанні води, допускають обмежене підігрівання води (температура води на виході з економайзера повинна бути на 40° С нижчою від температури насичення).
У котельних агрегатах високого тиску застосовують стальні водяні економайзери змійовикового типу, аналогічні за конструктивною схемою до пароперегрівників. Вони можуть бути некиплячими і киплячими.
Котел високого тиску типу ТП-230 Таганрозького котельного заводу з горизонтальним розміщенням труб у шаховому порядку. Труби змійовиків діаметром 32 ´ 4 мм виготовлені з вуглецевої сталі. Економайзер складається з трьох пакетів. Живильна вода надходить у нижні колектори і підігріта відводиться з верхнього колектора. Вона проходить по змійовиках знизу вгору, щоб полегшити видалення з економайзера газових і парових бульбашок. Гази рухаються зверху вниз, обмиваючи зовні труби економайзера. Протитокова схема забезпечує високий середній температурний напір. Пакети труб спираються на стальні порожнисті охолоджувані повітрям балки. Колектори економайзера розміщені поза обмурівкою.
Щоб запобігти корозії і розшаруванню пароводяної суміші у вихідних змійовиках, треба стежити, щоб швидкість води в трубах економайзера була в не киплячих пакетах не менш як 0,5 м/сек, а в киплячих - не менш як 1 м/сек.
Для захисту економайзера від зовнішньої корозії температура води, що надходить до нього, повинна бути вища за температуру точки роси димових газів tр. Значення tр коливається при спалюванні вологого палива з незначним вмістом сірки від 20 до 60° С, а при спалюванні сірчистого палива воно досягає 130-140° С.
4.3 Повітропідігрівники
Потреба у повітропідігрівниках у котельних установках зумовлена тим, що при регенеративному підігріванні живильної води не можна глибоко охолодити димові гази у водяних економайзерах, бо вода, що надходить до них, має дуже високу температуру. В той самий час підігрівання повітря, що підводиться в топку, корисне для підвищення ефективності топкового процесу. Воно дає змогу працювати з меншим коефіцієнтом зайвини повітря і меншою неповнотою згоряння. Таким чином, внаслідок підігрівання повітря знижуються основні витрати котельного агрегату (q2, q3, q4).
За способом передачі теплоти повітропідігрівники поділяються, на рекуперативні і регенеративні. В рекуперативних повітропідігрівниках теплота від газу до повітря передається безпосередньо через роздільну стінку. В регенеративних повітропідігрівниках металеві або керамічні насадки обмиваються почергово газом і повітрям. Газ нагріває насадку, в ній акумулюється теплота, яка потім передається повітрю.
Рекуперативні повітропідігрівники бувають чавунні і стальні. У великих установках застосовують стальні повітропідігрівники. Вони можуть бути пластинчастими й трубчастими. В наших енергетичних котельних агрегатах застосовуються трубчасті повітропідігрівники, які виготовлені з тонкостінних труб (d = 1,25 ¸ 1,5 мм) із зовнішнім діаметром 25-40 мм. Із зменшенням діаметра труб збільшується коефіцієнт теплопередачі і підігрівник стає компактнішим.
Трубчастий повітропідігрівник складається з багатьох розміщених у шаховому порядку труб, приєднаних до трубних дощок. Проміжні перегородки поділяють повітропідігрівник на дві половини. Газ рухається всередині труб зверху вниз. Повітря подається вентилятором праворуч у нижню половину повітропідігрівника, обмиває поперечним потоком труби повітропідігрівника зовні, надходить у перепускний короб, а з нього - в міжтрубний простір верхньої половини повітропідігрівника. При цьому повітряний потік повертає на 180° і рухається у верхній половині повітропідігрівника зліва направо.
Останнім часом у потужних котельних агрегатах стали широко застосовувати регенеративні повітропідігрівники. Вони значно компактніші і легші від рекуперативних і менш чутливі до корозійних поразок.
Регенеративний обертовий повітропідігрівник - це циліндр, заповнений насадкою у вигляді тонких гофрованих залізних листів, що обертається навколо вертикальної осі із швидкістю 2 об/хв. При цьому насадку поперемінно обмиває то газовий, то повітряний потік. Рух газу й повітря протитокові. Газова й повітряна сторони розділені секторною плитою. Для зменшення перетікання повітря до газу передбачено ущільнене обладнання.
Помірне підігрівання повітря застосовують водносхідчастих повітропідігрівниках. При високому повітропідігріванні (320-420° С) застосовують двосхідчасті повітропідігрівники з установкою водяного економайзера в розсічку між першим і другим східцем повітропідігрівника, бо підігрівання повітря до високої температури при односхідчастій схемі або економічно не вигідне, або взагалі неможливе.
4.4 Основи теплового розрахунку конвективних елементів
Конвективні поверхні нагріву виконуються здебільшого (за винятком регенеративних повітропідігрівників) у вигляді трубних пучків або пакетів, установлених упоперек або вподовж руху обмиваних димових газів. Пучки можуть бути двох типів: з коридорним і з шаховим розміщенням труб.
Існує два види теплового розрахунку конвективних елементів (аналогічно до розрахунку топки): конструктивний і перевірний. Конструктивним розрахунком визначають розміри потрібної тепло-сприймальної поверхні елемента. При перевірному розрахунку за відомою поверхнею нагріву елемента (або пакета) визначають температури газів і робочої речовини (води, газу і повітря) на виході з елемента. Перевірний розрахунок виконують не тільки під час перерахунку агрегату на інший вид палива або відмінне від номінального навантаження і т. п., але й під час проектування нових агрегатів. При цьому поверхня нагріву елементів намічається на основі загальних компоновочних міркувань, а перевірним розрахунком уточнюють їх теплосприймання.
Для теплового розрахунку конвективних елементів користуються рівняннями теплообміну і теплового балансу.
Рівняння конвективного теплообміну записуємо у вигляді закону охолодження Ньютона:
Qгод = kHDt кдж/год, (1)
з якого виходить, що кількість переданої за одиницю часу теплоти пропорційна температурному напорові і розмірові поверхні нагріву; k - коефіцієнт теплопередачі, вт/м2 град.
Поверхня нагріву обчислюється по стороні максимального термічного опору; в котельних, перегрівальних і економайзерних поверхнях нагріву - по газовій стороні. В тих випадках, коли термічний опір з обох сторін одного порядку, як, наприклад, у повітропідігрівниках, у розрахунок вводиться середня по повітрю і по газовій стороні величина H.
Коефіцієнт теплопередачі (теоретичний) для незабрудненої поверхні нагріву
вт/м2 × град. (2)
Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки a1 = (30¸70); lcm = (52-для вуглецевої сталі, 15-для аустенітової); dcm - порядку кількох тисячних (0,003¸0,006); коефіцієнт віддачі a2 від стінки до води для економайзерних і паротвірних поверхонь нагріву - порядку кількох тисяч і десятків тисяч (3000-30000). Тому для чистих економайзерних і котельних поверхонь нагріву інтенсивність теплопередачі практично цілком визначається інтенсивністю тепловіддачі від газів до стінки:
km @ a1 (3)
Для пароперегрівників, де a2 - порядку кількох сотень (580-2320), і особливо для повітропідігрівників, де a2 такого ж порядку, як і a1, нехтувати величиною - не можна. Для них
. (4)
4.5 Визначення a1, a2, k і Dt
Величину a1 знаходять з формули:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
