Классификация пароперегревателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Классификация пароперегревателей

Баланс тепла котельного агрегата

Полнота передачи теплоты топлива в котле к рабочей среде определяется КПД котла брутто. Последний определяется как отношение количества теплоты, воспринятой рабочей средой Q_1, кДж/кг твердого и жидкого топлива, к располагаемой теплоте рабочей массы топлива, Q^р_р, кДж/кг:

=

Располагаемая теплота сжигаемого топлива в общем случае определяется по формуле

=

где Q^р_н - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг;

Q_тл - физическая теплота поступающего на горение твердого или жидкого топлива, кДж/кг;

Q_в.внш. - количество теплоты, полученной поступающим в котел воздухом при подогреве его вне агрегата, чаще всего в калориферах, кДж/кг;

Q_п.ф. - теплота пара, используемого в паромеханических форсунках для распыления мазута, кДж/кг;

Q_к - теплота разложения карбонатов минеральной массы твердого топлива, кДж/кг (учитывается при сжигании сланцев).

Физическая теплота поступающего топлива определяется его температурой

Где с_тл - удельная теплоемкость топлива, кДж/(кгЧК); t_тл - температура топлива, єС.

Использованное количество теплоты в паровом котле можно выразить также через тепловосприятия отдельных поверхностей нагрева котла:

где Q_т.к. - тепловосприятие рабочей среды в поверхностях топочной камеры, кДж/кг; Q^к_пе, Q_вт - тепловосприятие пара в конвективных поверхностях основного и промежуточного перегревателей, кДж/кг; Q_эк - тепловосприятие экономайзера, кДж/кг.

Часть располагаемой теплоты топлива в процессе работы котла неизбежно теряется и составляет тепловые потери. Распределение теплоты, поступающей в паровой котел, на полезно используемую теплоту и потери положено в основу составления теплового баланса парового котла. Уравнение теплового баланса отвечает установившемуся тепловому режиму работы котла, его обычно записывают в отношении к 1 кг или 1 м³ сжигаемого топлива:

Q^p_p=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆

тепловые потери

Если разделить левую и правую части уравнения на Q^p_p и выразить в процентах, то получим:

100=q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆

Условный коэффициент полезного действия

котельный агрегат пароперегреватель

Для сопоставления экономичности работы топочных устройств пользоваться условным коэффициентом полезного действия топки:

Отношение количества полезно используемого тепла на 1 кг сжигаемого топлива к располагаемому теплу называется коэффициентом полезного действия котельного агрегата , умножая который на 100 получают выраженное в процентах полезно использованное тепло:

При тепловом расчете котельного агрегата, зная величину всех его потерь, коэффициент полезного действия находят из баланса тепла:

Конструирование пароперегревателей

Пароперегреватель -- один из наиболее ответственных элементов котельного агрегата: температура рабочего агента в нем больше, чем в других частях котельного агрегата, а поэтому стенки его трубок нагреваются больше по сравнению с трубами котла. При высоком перегреве пара их выполняют из высококачественной стали. Учитывая это, следует стремиться к максимальному уменьшению поверхности нагрева пароперегревателя, особенно для котлов с высоким давлением и высокой температурой перегрева пара. Это достигается установкой его возможно ближе к топочному устройству, обычно за первым газоходом, где газы имеют наивысшие температуры.

Конструкция пароперегревателя несложна и состоит из ряда параллельно включенных труб, обычно диаметром 383 или 323 мм, изогнутых в виде петлеобразных змеевиков, развальцованных своими концами в коллекторах-паросборниках прямоугольного или круглого сечения. Для возможности развальцовки концов труб в коллекторах оставляют лючки, обычно один на четыре трубы.

Если необходимо получить пар с температурой свыше 450°С, поверхность нагрева первого газохода очень сильно уменьшают, оставляя в нем лишь несколько рядов кипятильных труб для защиты пароперегревателя от пережога слишком горячими газами, покидающими топку. В котлах, где требуется получить очень высокий перегрев пара (550°С и более), часть поверхности нагрева перегревателя размещают непосредственно в топке (радиационные пароперегреватели). При П-образной компоновке котельного агрегата пароперегреватель обычно располагают в соединительном газоходе между топкой и шахтой с конвективными поверхностями нагрева.

Допускается как вертикальное, так и горизонтальное расположение змеевиков пароперегревателя. Однако за последние годы применяют пароперегреватели исключительно с вертикальными змеевиками, так как крепление змеевиков в них получается более простым и надежным.

При конструировании пароперегревателей скорость пара в них принимают в пределах 25--10 м/сек; причем, чтобы не получить слишком больших гидравлических потерь, ее принимают тем меньше, чем больше давление пара.

В пароперегревателе кроме нагрева пара происходит также и некоторое испарение котловой воды, уносимой с насыщенным паром из барабана котла. Явление это нежелательное, так как вызывает накипь в змеевиках, очищать которую из-за сложной их формы трудно. Учитывая это, приходится очень тщательно следить за качеством котловой воды и работой паросепарационных устройств.

При растопке котла, когда пар через пароперегреватель еще не идет, возможен пережог трубок, поэтому предлагалось перед растопкой пароперегреватель заливать водой. Однако эта мера приносит больше вреда, чем пользы, так как из воды в змеевиках откладывается накипь. В начале растопки температура газов еще невелика и конденсата, оставшегося в змеевиках после остановки котла, вполне достаточно для их охлаждения. В дальнейшем, когда котел начинает прогреваться сильней, в нем уже идет процесс парообразования. Пар можно выпускать через пароперегреватель в атмосферу, охлаждая тем самым его змеевики.

Большое значение для надежной работы пароперегревателя имеет равномерность расхода пара по отдельным змеевикам. При большой разнице в расходе пара некоторые змеевики сильно перегреваются и возможен их пережог. Положение еще осложняется в связи с тем, что при большой ширине современных котлов температура газового потока различна в отдельных местах, а это в свою очередь еще больше увеличивает температурную разрегулировку по змеевикам. Равномерность расхода пара по змеевикам обычно обеспечивается, если скорость пара вдоль оси коллекторов в два раза меньше, чем в змеевиках. Температурная разрегулировка резко уменьшается, если устанавливать промежуточные коллекторы, где происходит перемешивание пара.

Классификация пароперегревателей

Пароперегреватель предназначен для перегрева поступающего в него насыщенного пара до заданной температуры. Он является одним из наиболее ответственных элементов установки, так как температура пара здесь достигает наибольших значений и размещается он в зоне высокой температуры газов.

По виду тепловосприятия пароперегреватели различают конвективные, располагаемые в конвективном газоходе и получающие теплоту конвекцией, и радиационные, устанавливаемые на стенах топочной камеры и получающие теплоту радиацией. Имеются еще и полурадиационные ширмовые пароперегреватели; их располагают в верхней части топки и частично в горизонтальном газоходе между радиационными и конвективными поверхностями нагрева.

По назначению они делятся на основные, в которых перегревается пар ВД или СКД, и промежуточные, в которых перегревается пар, частично отработавший в турбине.

Конвективные пароперегреватели выполняют из стальных труб внутренним диаметром 20--30 мм. В промежуточных пароперегревателях внутренний диаметр достигает 50 мм.

Обычно для пароперегревателей применяют гладкие трубы. Они технологичны и дешевле ребристых. Гладкие трубы меньше подвержены наружным отложениям и легче подвергаются очистке. Недостаток гладкотрубных поверхностей нагрева -- ограниченное тепловосприятие при умеренных скоростях газового потока. Учитывая, что теплопередача через поверхность нагрева лимитируется наружным теплообменом , предложили конструкции с наружным оребрением труб. Различают продольное оребрение и поперечное оребрение.

На мощных энергетических блоках применяют промежуточный перегрев пара. Поскольку давление вторично-перегретого пара невелико (3--4 МПа), гидравлическое сопротивление промежуточного пароперегревателя должно быть небольшим (0,2--0,3 МПа). Это ограничивает массовую скорость пара и соответственно требует применения труб значительного диаметра, что снижает коэффициент теплоотдачи на внутренней стенке. Низкие значения коэффициента теплоотдачи при интенсивном обогреве поверхности промперегревателя, особенно на выходе из него, вызывают в ряде случаев недопустимое повышение температуры перлитной стали, из которой выполняется пароперегреватель, и требуют перехода на дорогую и технологически более сложную аустенитную сталь. Уменьшить температуру стенки промежуточного перегревателя можно, расположив его в зоне умеренного обогрева, однако это связано со значительным увеличением его поверхности нагрева, что экономически невыгодно. Интенсифицировать внутренний теплообмен в выходной («горячей») части перегревателя можно применением труб с внутренним продольным оребрением. Такая конструкция, развивая внутреннюю поверхность, существенно уменьшает температуру стенки.

Из труб пароперегревателя образуют змеевики с радиусами гибов не менее 1,9d. Концы змеевиков приваривают к коллекторам круглого сечения. Различают змеевики одно и многозаходные. В котлах большой мощности пароперегреватели выполняют с большим числом заходов змеевиков. При этом затрудняются условия крепления концов труб в коллекторе, уменьшается его прочность. Поэтому в многозаходных поверхностях нагрева применяют «перчаточную» конструкцию присоединения змеевиков к коллекторам.

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

В противоточном пароперегревателе достигается максимальный температурный напор между продуктами сгорания и паром, что уменьшает поверхность нагрева и расход металла. Недостатком схемы является опасность пережога последних по пару змеевиков, так как здесь пар наиболее высокой температуры встречается с продуктами сгорания, также имеющими наибольшую температуру, и металл труб находится в тяжелых температурных условиях. При прямотоке температурный напор меньше, чем при противотоке. Однако условия работы металла лучше, так как змеевики с наибольшей температурой пара обогреваются продуктами сгорания, уже частично охлажденными на входном участке пароперегревателя. Оптимальных условий надежности и умеренной стоимости конвективного пароперегревателя достигают в смешанной схеме.

Змеевики пароперегревателей располагают вертикально и горизонтально. Вертикальные пароперегреватели более удобны в конструктивном отношении, проще, и надежнее их крепление, они меньше подвержены шлакованию, но недренируемы, т. е. невозможен непосредственный слив конденсата, что вызывает стояночную коррозию и некоторые трудности при растопке котла. Горизонтальные пароперегреватели конструктивно более сложны в части креплений, но допускают полный слив конденсата, что упрощает эксплуатацию.

Радиационные пароперегреватели. При небольшой поверхности нагрева радиационный: пароперегреватель барабанных котлов обычно занимает потолок топки, а если этого недостаточно, то его размещают и на вертикальных ее стенах. В прямоточных котлах радиационный пароперегреватель обычно занимает потолок, ВРЧ, СРЧ и стены горизонтального газохода.

Крепления труб вертикальных и горизонтальных радиационных пароперегревателей такие же, как у парообразующих экранов, и должны обеспечивать свободное термическое удлинение труб при их нагревании.

Преимущества радиационных пароперегревателей: малое гидравлическое сопротивление (доли мегапаскалей), отсутствие загромождений газохода и сопротивления по газовой стороне.

Ширмовые пароперегреватели. Они обычно представляют собой систему труб, образующих плоские плотные ленты с входными и выходными коллекторами. Ширмы размещают на расстоянии 600-- 1000 мм одна от другой вертикально или горизонтально. В вертикальной конструкции ширмы подвешиваются своими коллекторами. Основные преимущества

ширм -- сочетание лучистого и конвективного теплообмена, что обеспечивает им высокую тепловую эффективность при незначительном сопротивлении с газовой стороны. Ширмовые пароперегреватели воспринимают до 50% теплоты, идущей на перегрев. Размягченные частицы золы непрерывно налипают на ширмы и затвердевают на трубах. Но вследствие вибрации труб ширмы самоочищаются, и отложения не достигают большой толщины. Лишь в случае сильно шлакующих топлив могут образоваться плотные отложения. Недостаток вертикальных ширм с верхним расположением коллекторов -- недренируемость. Горизонтальные ширмы подвешивают на трубах, выделяемых из пакетов самих ширм.

По длине и конфигурации трубы ширм резко различаются между собой. Параллельно включенные трубы обогреваются неодинаково. Особенно сильному обогреву по сравнению с остальными подвержены лобовые трубы. Все это приводит к тому, что наиболее аварийными оказываются внешние трубы ширм. Повышение надежности ширм достигается изготовлением одного или нескольких наиболее теплонапряженных труб из более жаропрочной стали или большего диаметра, закорачиванием внешних труб, защитой внешних труб обрамляющими трубами другой, более низкотемпературной поверхности нагрева.

Обычно ширмовые поверхности выполняются из гладких труб. На ряде станций опробованы мембранные ширмы из плавниковых труб. Они меньше шлакуются, легче очищаются от наружных загрязнений, трубы ширм не выходят из ранжира. Горизонтальные мембранные ширмы могут выполняться с опорой по краям без промежуточных опор и подвесок, так как представляют собой жесткую плоскую систему.

Условия работы пароперегревателей и методы повышения надежности

По условиям ползучести и окалинообразования металл пароперегревателя работает практически на пределе. Запас по температуре металла пароперегревателя, весьма ограничен и потому допустимая тепловая развертка и допустимое превышение температуры над средним (расчетным) значением очень малы.

Вместе с тем в мощных котлах с высоким перегревом пара и, следовательно, с большим тепловосприятием пароперегревателя действительная тепловая развертка может превысить допустимую, что резко понизит его надежность. До последнего времени в основу расчета надежности поверхностей нагрева, а, следовательно, и пароперегревателя закладывается срок службы металла 100 тыс. ч (около 15 лет). Исследования и опыт эксплуатации энергоблоков выявили возможность увеличить срок службы примерно в 2 раза. Однако повышение температуры металла труб пароперегревателя на 15--20°С приводит к сокращению срока службы примерно в 2 раза.

В котлах большой мощности, а, следовательно, и с большим поперечным сечением газоходов наблюдается значительная неравномерность обогрева по ширине и высоте горизонтального газохода, по ширине и глубине вертикального газохода. Для вертикальных пароперегревателей, у которых змеевики лежат в плоскости направления движения продуктов сгорания и пар многократно изменяет свое направление движения с подъемного на опускное и обратно, неравномерность обогрева по высоте газохода не играет роли, так как при одинаковом обогреве по ширине газохода все параллельные змеевики находятся в одинаковых условиях. В горизонтальных пароперегревателях, у которых змеевики расположены к плоскости направления движения продуктов сгорания, а пар многократно изменяет свое направление по глубине газохода в обе стороны (змеевики расположены перпендикулярно фронту) неравномерность обогрева по глубине газохода также не существенна. В обоих типах пароперегревателей сильно сказывается неравномерность обогрева по ширине газохода тем в большей степени, чем шире фронт котла.

Уменьшение влияния неравномерности обогрева по ширине газохода достигается секционированием пароперегревателя по ширине и по глубине с обязательным перебросом полупотоков пара на противоположные стороны газохода. Переброс пара осуществляется либо трубами, либо коллекторами.

В котлах большой единичной мощности с развитым фронтом конструктивная реализация переброса пара существенно усложняется, увеличивается также гидравлическое сопротивление пароперегревателя. В этих условиях желательно выдерживать такой топочный режим, при котором неравномерности обогрева газоходов по ширине были бы минимальными.

Пароперегреватель большей частью располагается в горизонтальном газоходе и непосредственно за ним -- на входе в конвективную шахту. В котлах большой мощности глубина шахты и примерно равная ей высота горизонтального газохода имеют значительные размеры, что при большой скорости продуктов сгорания приводит к увеличению неравномерности скоростного поля и поля концентрации, особенно крупных фракций золы в поворотной камере и на входе в конвективную шахту. При расположении змеевиков перпендикулярно фронту интенсивному золовому износу подвержены все змеевики и объем ремонтных работ возрастает, в то время как в пароперегревателях с расположением змеевиков параллельно фронту износ сосредоточивается лишь на небольшой группе труб, расположенных у задней стены газохода. Условия охлаждения труб основных и промежуточных перегревателей различны. Основные перегреватели охлаждаются, паром с начала растопки котла, поэтому их располагают не только в конвективных газоходах, но и в топке. В промежуточные пароперегреватели пар поступает лишь при пуске турбины, а потому длительное время они лишены охлаждения. То же наблюдается при аварийном останове котла. Во избежание перегрева металла труб промежуточный пароперегреватель выполняют преимущественно конвективным, реже ширмовым и располагают его в зоне умеренного обогрева при температуре продуктов сгорания не выше 850°С. Существуют схемы с охлаждением промежуточных пароперегревателей при растопке и аварийных остановах свежим паром через редукционно-охладительную установку (РОУ).

Методы регулирования температуры перегретого пара

Регулировочная характеристика, т. е. зависимость температуры перегретого пара от нагрузки котла, различна для пароперегревателей различных систем. Характерной особенностью радиационного пароперегревателя является снижение температуры перегретого пара с повышением нагрузки. В радиационной поверхности нагрева количество передаваемой теплоты зависит главным образом 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. 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. Вследствие уменьшения прямой отдачи в топке и соответственно роста температуры продуктов сгорания на выходе из топки увеличивается температурный напор в области конвективного пароперегревателя. Оба эти обстоятельства приводят к более быстрому росту температуры перегретого пара по сравнению с темпом роста нагрузки котла.

При соответствующем подборе размеров радиационной и конвективной частей пароперегревателя теоретически можно было бы добиться постоянства температуры перегретого пара. Однако в реальных условиях температура перегретого пара будет изменяться вследствие изменения эксплуатационных факторов. К ним относятся температура питательной воды, избыток воздуха в топке, шлакование экранов топки и особенно пароперегревателя, влажность топлива.

В барабанных котлах, у которых поверхность нагрева пароперегревателя фиксирована, влияние температуры питательной воды выражается в том, что понижение ее связано с уменьшением паропроизводительности. При неизменном расходе топлива это означает, что количество теплоты газов в зоне перегревателя, приходящейся на единицу расхода пара, возрастает. При этом повышается температура перегретого пара. В прямоточных котлах, наоборот, низкая температура питательной воды вызывает соответствующее понижение и температуры перегретого пара, так как тепловыделение сохраняется постоянным. Увеличение избытка воздуха в топке связано с повышением количества продуктов сгорания, омывающих конвективный пароперегреватель, интенсификацией в нем теплообмена, в связи, с чем повышается температура перегретого пара. Чем больше влажность топлива, тем выше температура перегретого пара, так как повышенная влажность связана с ростом количества продуктов сгорания, омывающих пароперегреватель, и с увеличением коэффициента теплоотдачи по газовой стороне, а также повышением их излучающей способности вследствие увеличения доли трехатомных газов. Шлакование топочных экранов вызывает рост температуры продуктов сгорания на выходе из топки и соответствующее повышение температуры пара. Наоборот, шлакование самого пароперегревателя приводит к ухудшению теплоотдачи и уменьшению температуры перегретого пара.

В прямоточных котлах, у которых зоны фазового перехода не фиксированы, поверхность пароперегревателя изменяется с изменением эксплуатационных факторов вследствие перемещения конца зоны парообразования. Поддержанием соотношения расхода воды и топлива можно достигнуть постоянства температуры перегретого пара. Вместе с тем ввиду малой аккумулирующей способности (малые водосодержание и металлоемкость) прямоточные котлы весьма чувствительны к изменению расхода топлива или воды, что вызывает в эксплуатации изменение температуры перегретого пара.

По ГОСТ 3619-76 установлены небольшие допустимые отклонения температуры перегретого пара от номинального значения (от +5 до -10°С). Даже комбинированные радиационно-конвективные пароперегреватели в эксплуатационных условиях не обеспечивают постоянства температуры перегретого пара в пределах допустимых отклонений, в связи, с чем каждый паровой котел оборудуют устройствами для регулирования температуры перегретого пара. По условиям глубокого изменения графика нагрузки электростанции желательно иметь, возможно, больший диапазон регулирования паропроизводительности при сохранении номинальных температур пара. Номинальная температура должна обеспечиваться: по перегретому пару -- в регулировочном диапазоне нагрузок от 30 до 100%, по вторично-перегретому пару -- в регулировочном диапазоне от 60 до 100%.

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

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

Паровое регулирование. Паровое регулирование получило широкое применение и осуществляется главным образом в двух вариантах: охлаждение пара в поверхностных пароохладителях -- теплообменниках и вспрыскивание в поток перегретого пара чистого конденсата -- впрыскивающие пароохладители. При этом поверхность пароперегревателя выбирают с запасом, а излишний перегрев пара снимают в пароохладителе. Впрыскивающие и поверхностные пароохладители применяют для регулирования температуры свежего пара. Для вторичного перегрева этот метод регулирования осуществляют в паропаровых теплообменниках ППТО. Впрыск конденсата в поток вторично-перегретого пара экономически не оправдан, так как образующееся за счет впрыска дополнительное количество перегретого пара вместе с основным потоком пара поступает в турбину, минуя ее ЦВД.

Пароохладитель можно устанавливать за пароперегревателем, в рассечку (между ступенями пароперегревателя) либо на стороне насыщенного пара. При установке пароохладителя на выходе пароперегреватель остается незащищенным от высокой температуры пара, и потому для регулирования температуры перегретого пара такой метод не применяется.

Установка пароохладителя по остальным вариантам защищает и турбину и пароперегреватель. Однако меньшей инерционностью обладает регулирование температуры при установке пароохладителя врассечку, особенно при высоком давлении. При таком способе регулирования сокращается не только длина пути пара после регулятора, но и время, необходимое для изменения количества теплоты, аккумулированного в металле пароперегревателя после регулятора перегрева. Инерционность воздействия пароохладителя на температуру перегретого пара определяется тепловосприятием тракта за охладителем. Чем оно меньше, тем быстрее достигается результат регулирования конечной температуры перегретого пара, а само регулирование получается более гибким. Установка пароохладителя на стороне насыщенного пара приводит к большему запаздыванию регулирования.

Поверхностные пароохладители представляют собой трубчатый теплообменник, внутри труб, которого протекает охлаждающая вода (обычно питательная вода), а снаружи они омываются потоком охлаждаемого (конденсирующегося, если регулятор на входе в перегреватель) пара. Трубная система состоит из U-образных змеевиков, встроенных в камеру.

По отношению к экономайзеру поверхностный пароохладитель включают последовательно. При этом независимо от нагрузки котла через экономайзер проходит вся питательная вода, что обеспечивает надежное его охлаждение. Поверхностные пароохладители используют на котлах малой паропроизводительности.

Впрыск воды в пар является самым простым методом парового регулирования. Впрыскивающий пароохладитель представляет собой участок коллектора, в котором в поток перегретого пара впрыскивается конденсат. Его вводят через форсунку-распылитель с несколькими отверстиями диаметром 3--6 мм. Во избежание попадания относительно холодных струй конденсата на стенки коллектора, имеющего температуру перегретого пара, установлена разгруженная от давления защитная рубашка с зазором 6--10 мм. Ее длина (4--5 м) соответствует участку испарения капель влаги.

Впрыскивающие пароохладители требовательны к качеству воды, используемой для впрыска. Прямоточные котлы всегда, а барабанные котлы часто питают турбинным конденсатом, в связи, с чем одни и другие оборудуют впрыскивающими пароохладителями, использующими этот конденсат. При минерализованной питательной воде барабанных котлов конденсат для впрыска получают непосредственно в котле из собственного насыщенного пара.

Следует учитывать, что по мере приближения впрыскивающего пароохладителя к выходу из пароперегревателя сильно повышается температура пара перед вспрыскивающим устройством, а следовательно, ухудшаются температурные условия работы металла коллектора в месте впрыска. Для регулирования температуры пара и ограничения максимальных температур за отдельными ступенями пароперегревателя вместо одного обычно предусматривают два по тракту пара или даже три впрыска. Последний по тракту впрыск предусматривают перед выходной ступенью перегревателя с кДж/кг.

Паро-паровой теплообменник. Если основной пароперегреватель выполнить радиационным, а промежуточный -- конвективным, то при снижении нагрузки котла температура свежего пара будет повышаться, а вторично-перегретого пара понижаться.

Для стабилизации температуры пара в обоих пароперегревателях при снижении нагрузки целесообразно отнять избыточную теплоту от свежего пара и передать его вторично-перегретому пару. Для этого используют ППТО, способствующие перераспределению теплоты, передаваемой радиацией и конвекцией.

Паро-паровые теплообменники являются частью поверхности нагрева промежуточного пароперегревателя, воспринимающей теплоту от перегретого пара и располагаемой вне газового тракта; остальная часть теплоты воспринимается в поверхностях нагрева, размещаемых в конвективном газоходе. Все эти поверхности включаются между собой последовательно.

Газовое регулирование. Газовое регулирование осуществляют рециркуляцией продуктов сгорания, поворотными горелками, переключением ярусов горелок, байпасированием продуктов сгорания.

Газовое регулирование применяют для поддержания требуемой температуры вторично-перегретого пара, но оно связано с изменением топочного режима и потому влияет на температуру и перегретого пара. Газовое регулирование вызывает дополнительные расходы энергии на тягу и потерю теплоты с уходящими газами, а также оказывает влияние на температуру перегретого пара, что усложняет эксплуатацию.

Требуемая температура перегретого пара не обеспечивается газовым регулированием, а потому в современных котлах его применяют совместно с паровым. При наличии промежуточного пароперегревателя неизбежно применение двух независимых методов регулирования.

Рециркуляция продуктов сгорания. Отбираемые из конвективной шахты при температуре 250--350°С (обычно после экономайзера) продукты сгорания рециркуляционным дымососом нагнетаются в топочную камеру, что позволяет перераспределить теплоту между отдельными поверхностями нагрева в зависимости от принятого коэффициента рециркуляции. Чем выше этот коэффициент, тем больше полученный тепловой эффект. Минимальный коэффициент рециркуляции по условиям предупреждения обратного перетока по тракту рециркуляции и охлаждения устройств ввода газов в топочную камеру составляет около 5%.

Рециркулирующие продукты сгорания можно вводить в верхнюю или нижнюю часть топки. В зависимости от схемы и коэффициента рециркуляции изменяются температурный и аэродинамический режимы в зоне движения рециркулирующих продуктов сгорания. Сброс продуктов сгорания в нижнюю часть топки приводит к ослаблению прямой отдачи в топке и соответственно к повышению температуры продуктов сгорания на выходе из нее. Рециркуляция увеличивает количество газов, проходящих через пароперегреватель. Оба обстоятельства вызывают усиление конвективного теплообмена и, следовательно, повышение температуры перегретого пара. Ослабление прямой отдачи в топочной камере при рециркуляции продуктов сгорания играет положительную роль в отношении защиты экранов НРЧ от чрезмерно высоких тепловых нагрузок. Рециркуляцию продуктов сгорания усиливают при малой нагрузке, когда температура перегретого пара снижается, и, наоборот, отключают ее при большой нагрузке, когда перегрев пара возрастает, в связи, с чем объем продуктов сгорания, уходящих из агрегата, мало изменяется. Однако увеличенный объем продуктов сгорания в газоходах при сниженных нагрузках и повышение _ух приводят к возрастанию q_z и некоторому пережогу топлива. Наиболее рационально вводить рециркулирующие газы в короб горячего воздуха горелок.

Сброс рециркулирующих продуктов сгорания в верхнюю часть толки не оказывает влияния на ее тепловую работу, но существенно снижает температуру продуктов сгорания в основном пароперегревателе, что исключает его шлакование, но приводит к некоторому снижению тепловосприятия.

Недостатком метода регулирования рециркуляцией продуктов сгорания является необходимость дополнительного оборудования и увеличения собственного расхода энергии. Это в значительной мере окупается экономией металла и арматуры пароперегревателя, устанавливаемой при паровом регулировании. При высокой зольности топлива рециркуляция продуктов сгорания приводит к увеличению износа поверхности нагрева.

Изменение положения факела в топке Тепловосприятие топочных экранов определяется не только уровнем температуры в топке, но и характером ее распределения. Изменяя положение факела, можно увеличить или уменьшить тепловосприятие в топке, а следовательно, и ". Это в свою очередь изменяет тепловосприятие промежуточного пароперегревателя в конвективном газоходе. Так, при повороте горелок в нижнее положение суммарное радиационное тепловосприятие топочных экранов q/q увеличивается, а температура на выходе из топки " понижается. При этом уменьшается и тепловосприятие промежуточного пароперегревателя, расположенного в конвективном газоходе. Наоборот, поворот осей горелок вверх топки приводит к уменьшению тепловосприятия экранов и росту температуры продуктов сгорания на выходе из топки. Поэтому при уменьшении нагрузки котла, когда температура вторично-перегретого пара снижается, горелки поворачивают вверх топки, чтобы повысить температуру пара. Газовое регулирование поворотными горелками позволяет поддерживать постоянную температуру вторично-перегретого пара в диапазоне нагрузок котла 100--70%.

Положение факела изменяют также переключением горелок, расположенных в несколько ярусов. Если при трех ярусах суммарный расход топлива через них соответствует 150% паропроизводительности, то включение любых двух ярусов обеспечивает работу котла со 100%-ной нагрузкой. Поэтому при большой нагрузке, когда перегрев пара растет, включают нижние ярусы горелок, а при малой нагрузке, наоборот,-- верхние.

Байпасирование продуктов сгорания. Регулирование температуры перегретого пара байпасированием продуктов сгорания выполняют в трех вариантах: изменением расхода продуктов сгорания через холостой газоход между пакетами пароперегревателя и распределением продуктов сгорания по параллельным газоходам, в которых расположены различные поверхности нагрева.

Байпасирование продуктов сгорания через холостой газоход осуществляют газовыми зслонками -- шиберами. При холостом газоходе газовые заслонки работают в тяжелых температурных условиях, коробятся, и поэтому такая схема применяется редко. Более надежно обеспечивается распределение продуктов сгорания по газоходам газовыми заслонками, расположенными за поверхностью нагрева. Регулирование осуществляют также перераспределением расхода продуктов сгорания через газоходы экономайзера и промежуточного пароперегревателя автоматическим воздействием на регулирующий шибер или последовательно включенный с ним регулирующий дымосос. Недостаток метода -- усложнение и удорожание установки.

Пароперегреватели котлов ДКВР

Особо следует упомянуть о пароперегревателях, применяемых в котельных агрегатах типа ДКВР. Для всех котлов и давлений пароперегреватели изготовляются из труб диаметром 32/3 мм и располагаются за двумя рядами труб пучка (при этом часть кипятильных труб удаляется).

У котлов с давлением 13 ати и t=250°С перегреватели выполняются в виде одной вертикальной петли, а на давление 23 и 39 ати из нескольких петель. С повышением производительности котла увеличивается количество параллельных змеевиков. Входные концы змеевиков пароперегревателей развальцовываются в верхнем барабане, а выходные привариваются к. камере перегретого пара. Камера перегретого пара крепится к верхнему барабану. В котлах на давление 13 и 23 ати температура перегретого пара не регулируется; в котлах на давление 39 ати перегрев регулируется поверхностными пароохладителями.

Пароперегреватель котла ДКВР-10-39 имеет промежуточную камеру, разделенную перегородкой. Пройдя первую половину пароперегревателя, пар из промежуточной камеры направляется в пароохладитель, затем возвращается в промежуточную камеру и проходит вторую половину пароперегревателя. Пароохладитель размещается в нижнем барабане, и пар охлаждается котловой водой. Все пароперегреватели котлов ДКВР недренируемые.

Заключение

За счет сжигания топлива (включая дрова и другие биоресурсы) в настоящее время производится около 90% энергии. Доля тепловых источников уменьшается до 80-85% в производстве электроэнергии. При этом в промышленно развитых странах нефть и нефтепродукты используются в основном для обеспечения нужд транспорта. Например, в США (данные на 1995 г.) нефть в общем энергобалансе страны составляла 44%,а в получении электроэнергии - только 3%. Для угля характерна противоположная закономерность: при 22% в общем энергобалансе он является основным в получении электроэнергии |52%). В Китае доля угля в получении электроэнергии близка к 75%, в то же время в России преобладающим источником получения электроэнергии является природный газ (около 40%), а на долю угля приходится только 18% получаемой энергии, доля нефти не превышает 10%.

В мировом масштабе гидроресурсы обеспечивают получение около 5-6% электроэнергии (в России 20,5%), атомная энергетика, дает 17-18% электроэнергии. В России ее доля близка к 12%, а в ряде стран она является преобладающей в энергетическом балансе (Франция - 74%, Бельгия -61%, Швеция - 45%).

Сжигание топлива - не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода, около 50% двуокиси серы, 35% - окислов азота и около 35% пыли. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности.

В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния - 1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем.

Вместе с тем влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

Хотя в настоящее время значительная доля электроэнергии производится за счет относительно чистых видов топлива (газ, нефть), однако закономерной является тенденция уменьшения их доли. По имеющимся прогнозам, эти энергоносители потеряют свое ведущее значение уже в первой четверти XXI столетия. Здесь уместно вспомнить высказывание Д.И. Менделеева о недопустимости использования нефти как топлива: «нефть не топливо - топить можно и ассигнациями».

Не исключена вероятность существенного увеличения в мировом энергобалансе использования угля. По имеющимся расчетам, запасы углей таковы, что они могут обеспечивать мировые потребности в энергии в течение 200-300 лет. Возможная добыча углей, с учетом разведанных и прогнозных запасов, оценивается более чем в 7 триллионов тони. При этом более 1/3 мировых запасов углей находится на территории России. Поэтому закономерно ожидать увеличения доли углей или продуктов их переработки (например, газа) в получении энергии, а, следовательно, и в загрязнении среды. Угли содержат от 0,2 до десятков процентов серы в основном в виде пирита, сульфата, закисного железа и гипса. Имеющиеся способы улавливания серы при сжигании топлива далеко не всегда используются из-за сложности и дороговизны. Поэтому значительное количество ее поступает и, по-видимому, будет поступать в ближайшей перспективе в окружающую среду. Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС - золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков; а, попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

Выбросы ТЭС являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи угольных ТЭС.

Серьезную проблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и ишаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности.

ТЭС - существенный источник подогретых вод, которые используются здесь как охлаждающий агент. Эти воды нередко попадают в реки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязнение и сопутствующие ему цепные природные реакции (размножение водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превращение типично водных экосистем в болотные и т. п.).

Список литературы

1. Сергеев А.В., Справочное учебное пособие для персонала котельных: тепломеханическое оборудование котельных. - СПб.: Издательство ДЕАН, 2005 г.

2. Резников М.И., Липов Ю.М., Паровые котлы тепловых электрических станций. - М.: Энергоиздат, 1981 г.

3. Сидельниковский А.Н., Юренев В.Н., Парогенераторы промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1978 г.

4. Баженов М.И., Богородский А.С., Промышленные тепловые электростанции. - М.: Энергия, 1979 г.

5. Прокофьев А.М., Большой энциклопедический словарь. - М.: «Советская энциклопедия», 1994 г.

Размещено на Allbest.ru