КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Переходные процессы в котле при изменении Нагрузки

По условиям эксплуатации часто приходится изменять режимы работы парового котла, переходя от одной нагрузки к другой. При этом времен­но могут изменяться тепловые характеристики поверхностей и выходные параметры пара (его давление и температура). Режимы работы котла в про­цессе изменения нагрузки называют переменными. Каждый из этих режи­мов через какой-то период времени становится установившимся. Переход во времени от одного установившегося режима к другому установившемуся режиму называют переходным (неустановившимся или нестационарным).

В нестационарном режиме часть массы вещества (вода, пар) и энергии (тепловая энергия) временно накапливается (аккумулируется) или расходу­ется в элементах парового котла, увеличивая (или уменьшая) его внутрен­нюю энергию Qbh и массу рабочего вещества GBH. Уравнения теплового и материального балансов для нестационарных процессов записываются в следующем виде:

GnoCT ^ОТД GnOT — "Т~(^вн)5

D (7-8)

^кСпост — Qo-ГД — "^{Q вн)э

Где GnocT И Qnocr — количество ПОСТУПИВШИХ В КОТЄЛ ВОДЫ И теплоты; Д)Тд, <Зотд — количество отданных котлом пара и теплоты; GBH и QBH — количество массы вещества и теплоты, содержащихся в котле; Gn0T — потери вещества (рабочей среды) из тракта котла.

Паровой котел в любом рабочем режиме содержит в себе определен­ное количество воды, пара, массу металла поверхностей нагрева и других элементов водопарового тракта при рабочей их температуре, т. е. обладает известной тепловой энергией, аккумулированной в указанных его элемен­тах. Количество аккумулированной в котле теплоты в стационарном режиме составляет:

Qbh — GniCmЈm + VBpBcBtB + VnPnCrA, (7-9)

Где индексы «м», «в», «п» обозначают соответственно металл, воду и пар; У, р — объем, м3, и плотность, кг/м3, воды и пара в трубной системе в пределах котла; с — теплоемкость; GM — общая масса металла котла, кг.

При переходе от одного стационарного режима к другому изменяется тепловой режим котла и при этом выделяется или поглощается теплота В количестве ±AQbh.

Аккумулирующая емкость различных типов паровых котлов неодина­кова. Так, в состав котла с естественной циркуляцией входит барабан с очень
большой массой металла (до 100 т и более) и развитой системой опускных труб. При высокой кратности циркуляции паро содержание в экранных тру­бах невелико, а масса воды в барабане, опускных и экранных трубах весьма значительна. В то же время экранные трубы прямоточного котла заметно меньшего диаметра (меньше масса металла) и массовое содержание в них рабочей среды существенно меньше. Дополнительно в условиях прямоточ­ного движения в трубах экранных поверхностей существенно выше паросо - держание, а пар, как известно, имеет меньшую плотность и теплоемкость, т. е. заметно меньший запас теплоты в единице массы.

Проведенные расчеты показывают, что полная аккумулирующая спо­собность барабанного парового котла примерно в 3 раза превосходит акку­мулирующую способность прямоточного котла, причем в барабанном кот­ле 70°/oQBh заключено в воде, а остальное содержат примерно в равных до­лях пар и металл поверхностей. В прямоточном котле СКД около 70%QBH приходится на металл (в трубах малого диаметра 32-42 мм при толщине стенки 4-6 мм масса рабочей среды внутри трубы много меньше массы ме­талла) и оставшаяся часть в большей мере определяется водо содержанием котла.

Большая аккумулирующая емкость обеспечивает известную стабилиза­цию режима работы котла, затрудняет его быструю реакцию на изменение внешней нагрузки, но, с другой стороны, при любых неожиданных отказах оборудования позволяет в течение определенного времени поддерживать режим работы, чтобы произвести необходимые переключения. Так, бара­банный котел ТП-100 (блок 200 МВт) при погасании факела может обес­печить паропроизводительность, близкую к номинальной, в течение 50 с за счет допустимого (до 15%) снижения давления пара, а при переводе блока в режим собственных нужд (снятие внешней электрической нагруз­ки) — с небольшим расходом пара на турбину — поддерживает этот режим в течение 17-18 мин., достаточных для проверки причин ложного сраба­тывания автоматики. Прямоточный котел ПК-47 такой же мощности может удержать блок в режиме собственных нужд при погасании факела не бо­лее 4 мин.

Различие процессов, протекающих в барабанных и прямоточных котлах в переходных режимах работы, связано с еще одним важным отличием этих котлов: барабан в котле естественной циркуляции фиксирует границы экономайзерной, испарительной и перегревательной поверхностей, они не изменяются при переходе с одной нагрузки к другой. В прямоточном котле этих границ нет, зоны фазовых превращений при нарушении стационарного режима работы будут перемещаться вдоль тракта рабочей среды в котле.

« I t ио

T MC _

T 1

/)К ^

1 t t 1

С

/ии,

[ t t t t

0

In.

--------

T t t t t t t t t

6)

Переходные процессы в котле при изменении Нагрузки

Рис. 7.6. Переходные процессы в тракте прямоточного котла: а - нормальный ре­жим; б — режим с повышенным тепловосприятием экранов; в — изменение пара­метров в. переходном процессе.

Б)

Рассмотрим в качестве примера режим увеличения тепловыделения в прямоточном котле (увеличение подачи топлива Вк) при неизменном рас­ходе питательной воды Gn в (рис. 7.6). В этих условиях, ввиду роста теп­лового напряжения топочных. экранов и теплообмена в конвективных по­верхностях пароперегревателя (qn 4- Aqn), произойдет сокращение длины экономайзерного и испарительного трактов (рис. 7.6,6), их границы смеща­ются навстречу движения потока, а размер перегревательных поверхностей возрастает. В результате массовое заполнение поверхностей котла рабочей средой уменьшается, так как во втором случае

Vb2Pb + Vn2pn < ^віЛз 4- VnlPn

Или

Gвн2 < Gвні И AGBH = GBH1 — GBH2>

Где Ki, VB2 — объем тракта, заполненного водой, соответственно при нор­мальном И повышенном тепловыделении В топке, М3; УпЬ Уп2 — ТО по паровой части тракта, м3; рв, ри — средняя плотность воды и пара в трак­те, кг/м3.

( Уменьшение водосодержания котла приведет к временному увеличе­нию выхода пара Dn (рис. 7.6, в), большему, чем поступает Gn_B:

А{Вп) = Спв + А{АСвн)_ (7.10)

В результате на какой-то период времени (И этап) на выходе из кот­ла увеличивается расход пара. Когда стабилизируется положение новых границ фазовых превращений, снова устанавливается материальное рав­новесие Dn = Gn. B. Но теперь (без воздействия органов регулирования) температура пара на выходе из котла существенно возрастает, произо­шло отклонение выходных параметров пара в результате теплового возму­щения.

Чтобы исключить такой характер процессов в прямоточном котле и практически зафиксировать положение границ фазовых превращений, необходимо соблюдать пропорциональность изменения тепловыделения (расход топлива) и подачи питательной воды в котел, т. е. соблюдать условие BK/Gn. B = const. В этом случае увеличение тепловыделения с газовой сто­роны воспринимается большим расходом рабочей среды, что стабилизирует тепловое состояние тракта и параметры пара.

В барабанном котле в рассматриваемом случае процесс будет протекать несколько иначе (рис. 7.7). В результате повышения тепловыделения в топке произойдет дополнительный рост парообразования в экранных трубах, уве­личится паросодержание, а так как объем пара многократно больше объема испарившейся воды, произойдет вытеснение части воды из труб в барабан, в результате чего в нем начнется повышение уровня воды. В дальнейшем из-за превышения расхода пара над подачей воды в барабан уровень начнет снижаться и при достижении его нормального значения регулятор пита­ния увеличит подачу воды в котел. Температура перегретого пара вначале несколько снизится из-за резкого увеличения расхода пара, а затем выйдет

На новый режим с несколько повышенной (без воздействия регулятора пере­грева) температурой пара, что соответствует конвективной характеристике тепловосприятия от нагрузки (см. § 7.2). Для приведения £п. п к номиналь­ному значению включится система автоматического поддержания темпера­туры пара (см. § 7.4).

Наличие барабана в котле с естественной циркуляцией снижает ско­рость набора нагрузки в сравнении с прямоточным котлом особенно в ре­жиме пуска из холодного состояния из-за появления в барабане высоких температурных напряжений трех видов:

— по толщине стенки барабана в верхней (паровой) части в период конденсации насыщенного пара на внутренней поверхности барабана с большой отдачей теплоты металлу;

— из-за разности температур между верхней и нижней частями барабана, поскольку температура водяного объема достаточно медленно изменя­ется, а парового — растет по мере увеличения давления насыщенного пара;

— из-за разности температур по длине нижней части барабана при запаз­дывании прогрева торцевых его частей.

І Как показал опыт эксплуатации и испытания барабанов котлов, ско­рость повышения температуры насыщения среды в барабане не должна превышать 2,0 — 2, 5°С/мин, а перепад температур между верхом и низом барабана и по длине барабана не должен превышать 70°С.

{На характер и быстроту изменения^параметров в переходном режиме сильное влияние будет оказывать аккумулирующая способность отдельных элементов котла. Она замедляет начало переходного процесса, создает плав­ность изменения характеристик, что облегчает автоматике выравнивать от­клонения параметров. С другой стороны, она обуславливает более высокую инерцию объекта (при большом QBH) и тем тормозит переход с одного ре­жима на другой, снижает, как говорят специалисты, приемистость котла, т. е. быстроту его реагирования на внешние возмущения.

Так, при резком увеличении электрической нагрузки энергоблоком си­стема регулирования турбины тут же увеличивает потребление пара, однако топочный режим котла еще не перестроен и возникает разбаланс производ­ства и потребления пара, в результате чего падает давление пара в маги­страли и в тракте рабочей среды котла. При большой аккумулирующей спо­собности котла сразу произойдет дополнительное вскипание части кипящей воды в барабане и экранных трубах. Этим на короткое время поддерживает­ся переход на повышенную нагрузку, а затем после форсирования режима работы топки дополнительные затраты теплоты потребуются на повышение температуры металла, воды и пара и восстановление потерянного давления. Это обстоятельство заметно задерживает взятие энергоблоком новой повы­шенной нагрузки. На прямоточном котле такой переход произойдет много быстрее, хотя в первый момент времени падение давления перегретого пара произойдет в большей мере.

Способность парового котла изменять выработку пара в соответствии с изменением внешней (электрической) нагрузки называется маневренно­стью котла. Последняя тем выше, чем меньше аккумулирующая способ­ность котла. Но это обстоятельство требует использования на таком кот­ле более чувствительной системы автоматики, чтобы изменения нагрузок не вызывали глубоких отклонений параметров рабочей среды. Каждый ко­тел по своим конструктивным характеристикам и значению аккумулиру­ющей способности имеет оптимальное значение скорости изменения на­грузки, при которой суммарные тепловые потери, в переходном процес­се будут наименьшими и значение максимальнодопустимой скорости из­менения нагрузки, выше которой возможна аварийная ситуация на кот­ле. Индикатором скорости изменения нагрузки является изменение дав­ления в рабочем тракте котла dp/dr, МПа/мин, поэтому обычно эту ха­рактеристику выражают в форме допустимой скорости изменения давления (рис. 7.8,а). Обычно допустимые скорости изменения давления находятся

Переходные процессы в котле при изменении Нагрузки

Рис. 7.8. Маневренные характеристики барабанного котла: а — скорость изменения давления при сбросе нагрузки и разном номинальном давлении рном за одинаковое время (5 мин); б — изменение уровня воды в барабане во времени при разном номи­нальном давлении рном и подъеме нагрузки турбины; АЯуПр — предельное значение подъема уровня; в — влияние недогрева воды в барабане Д/іб на допустимую ско­рость понижения давления при разных значениях скорости в опускных трубах Won.

В пределах 0,2-0,9% изменения номинального давления в секунду или в пе­ресчете 1,2-3,0% МПа/мин.

Скорость изменения давления в барабанных котлах ограничивает­ся двумя факторами: подъемом уровня воды в барабане за счет допол­нительного вскипания воды в трубах и вытеснения части ее в барабан (рис. 7.8,6) и вскипанием воды в опускных трубах при быстром сбро­се давления, что нарушает циркуляцию (рис. 7.8, в). Обычно эти значе­ния составляют 1-1,2 МПа/мин при высоком давлении пара (14-18 МПа). В прямоточных котлах предельная скорость понижения давления огра­ничивается недопустимостью перемещения зоны влажного пара (при ис­парении пленки воды на поверхности трубы) в НРЧ и составляет 3,5- 4,5 МПа/мин. Ввиду малой аккумулирующей способности котла падение давления в нем происходит быстрее и глубже за более короткое время, чем в барабанном.

Оптимальное изменение нагрузки энергоблока во времени dN/dr — 3% номинальной мощности блока в минуту составляет 5—10 МВт/мин. Для блоков СКД номинальной мощностью 500-800 МВт скорость изменения мощности ограничивается значениями 7-10 МВт/мин. Указанные скорости существенно меньше предельных значений для турбины (20% номинальной мощности в минуту). Таким образом, маневренность энергоблока ограни­чена возможностями парового котла.

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Требования к котельной (топочной) на твердом топливе: основные нюансы от специалистов компании Статус 24

Проектирование и сборка составляющих для системы обогрева должна быть четко согласовано со строительными стандартами к отопительным помещениям.

ТТ котлы, электричество и тепловой насос, как альтернатива газу.

Тарифы на центральное отопление постоянно растут, оплата этой коммунальной услуги отнимает большую часть платежей семьи. Отличным выходом может стать выбор альтернативного источника тепловой энергии, который должен стать энергосберегающим, недорогим и …

Подбор мощности твердотопливного котла.

Наиболее важным параметром, от которого зависит удобство и комфорт использования котла, является его мощность. Неправильно подобранная мощность грозит Вам целым рядом проблем и неудобств. Самой распространенной ошибкой является недостаточная мощность

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.