КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Статические характеристики парового котла в нерасчетных режимах работы

При работе парового котла в режимах, отличных от расчетного за счет различий тепловых характеристик его элементов, происходит перераспре­деление теплово сприятий между радиационными и конвективными поверх­ностями нагрева. Это может привести к изменению параметров перегретого пара, температуры горячего воздуха, поступающего в топку, нагрева воды в экономайзере. В данном параграфе мы подвергнем анализу изменения по­казателей работы котла при переходе от одного выдержанного во времени стабильного режима работы к другому. Характеристики, соответствующие любому стабильному режиму работы парового котла, называются статиче­скими.

Зависимость от нагрузки. Тепловой режим топочной каме­ры при переходе на другую нагрузку изменяется не так заметно, как на­грузка. Он определяется законами радиационного (лучистого) теплообмена, в котором определяющими являются адиабатная (максимальная) темпера­тура газов в ядре факела 0а и температура газов на выходе из топки

Адиабатная температура горения характеризует максимальную теоре­тическую температуру газов, когда все тепловыделение в топке QT (см. 6.5) расходуется на нагрев газов. Она практически не зависит от нагрузки, по­скольку определяется по уцловиям расчета на 1 кг (м3) топлива и несколько уменьшается при снижении нагрузки лишь из-за незначительного измене­ния Qr. B, которое в целом составляет около 10%Q? r

Температура на выходе из топки д" определяется уменьшением массо­вого потока газов в сечении топки с уменьшением нагрузки при сохранении размера тепловоспринимающих поверхностей, в результате чего происхо­дит заметное снижение 0".

Так, при изменении нагрузки на AN = 10% температура газов на вы­ходе из топки изменяется примерно на АО" ~ 2,5% от уровня обычной
7.2. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРОВОГО KOTJIA

Температуры = 1 150-1 200°С. В итоге средняя эффективная температу­ра газов в топочной камере, зависящая в большей мере от да, изменяется незначительно. Средний воспринятый тепловой поток поверхностью топоч­ного экрана изменяется с нагрузкой следующим образом:

= (7.4)

Где индексы «н» и «х»_относятся соответственно к номинальной и любой пониженной нагрузке; N = Nx/Nu — относительная нагрузка.

Расход рабочей среды в топочных экранах прямоточного котла изме­няется пропорционально нагрузке: Dx — DHN, поэтому теплоприращение рабочей среды в экранах топки

А^л = (7.5)

Изменится при пониженной нагрузке в зависимости

Д^л _ ЇУ°'6 _ 1 А К N n°a'

Если принять снижение нагрузки, например, до 0,5 iVH, то значение

Акн N

Таким образом, в радиационной поверхности при принудительном движе­нии рабочей среды имеет место повышение ее тепловосприятия по мере снижения нагрузки (рис. 7.3, а).

Другой характер имеет эта зависимость в конвективных поверхностях нагрева. Основное уравнение конвективного теплообмена имеет вид:

QK = kAtFK, (7.7)

Где к — коэффициент теплопередачи в поверхности нагрева FK; At. — темпе­ратурный напор между греющей газовой средой и рабочей средой в трубах поверхности.

При снижении нагрузки происходит одновременное уменьшение тем­пературного напора в результате падения температуры газов на входе в по­верхность и уменьшения коэффициента теплоотдачи за счет снижения ско­рости газов в газоходах. В связи с этим тепловосприятие конвективной

Поверхности QK заметно снижается, причем в большей мере, чем изменя­ется расход среды с нагрузкой. В результате этого приращение энтальпии рабочей среды в конвективной поверхности Д/гк = QK/DK уменьшается с понижением нагрузки (рис. 7.3,6) и температура пара (воды, воздуха) на выходе из соответствующих поверхностей нагрева снижается.

В полурадиационных поверхностях нагрева на выходе из топки (шир - мовые поверхности перегревателя, разведенные ряды труб с увеличенным шагом между трубами) радиационный и конвективный теплообмен соизме­римы, тогда полное теплоприращение Д/г*.к = Д/г* + Д/г* и с учетом разной зависимости этих характеристик при снижении нагрузки тепловосприятие рабочей среды Д/гр. к останется постоянным или мало изменится в зависи­мости от превалирования одного вида теплообмена над другим (рис. 7.3, в).

На основе различия тепловых характеристик поверхностей парового котла при изменении нагрузки можно проследить, как будет изменяться тем­пература газового потока вдоль всего тракта котла при снижении нагрузки от номинальной (рис. 7.4). Наибольшее снижение температуры газов имеет место на выходе из топки — д". В связи с тем, что каждая из конвективных поверхностей в дальнейшем воспринимает меньше теплоты, чем при но­минальной нагрузке, крутизна температурной характеристики уменьшается и температура газов на выходе каждой из них постепенно приближается к. уровню номинальной нагрузки (рис. 7.4, кривая 2), но не достигает ее. Происходит процесс постепенного выравнивания температур. В конечном итоге снижение температуры уходящих газов составит примерно 1/10 от изменения ее на выходе из топки, т. е. Д^ух = 0,При этом увели­чивается доля радиационного тепловосприятия в котле и снижается доля тепловосприятия конвективных поверхностей котла.

Зависимость от избытка воздуха и рециркуяции газов в топку. Увеличение избытка воздуха, подаваемого через горел­ки, имеет такое же воздействие на тепловой режим парового котла, как и рециркуляция газов в зону горения через горелки. При этом увеличива­ется объем газов в зоне горения при сохранении практически одинакового тепловыделения. В результате заметно снижается адиабатная (теоретиче­ская) температура горения да (рис. 7.4, кривая 3), расчетная эффектив­ная температура факела в топке, что приводит к снижению интенсивно­сти лучистого теплообмена в топке и тепловосприятия экранов. Послед­нее ведет к приближению температуры газов на выходе из топки к ис­ходному значению при номинальном режиме. Поверхности нагрева гори­зонтального газохода мало изменяют свое тепловосприятие, так как лучи­стый теплообмен ослаблен, а конвективный за счет увеличения скоростей газов несколько растет. В итоге температура газов в поворотной камере оказывается выше исходной при номинальной нагрузке на Д$пе. Это со­здает условия для заметного повышения тепловосприятия поверхностей, находящихся в верхней части конвективной шахты, поскольку здесь уве­личивается как температурный напор, так и коэффициент теплоотдачи. Обычно здесь помещают промежуточный перегреватель, а рециркуляция газов используется для регулирования температуры вторично перегревае­мого пара.

В дальнейшем каждая из последующих поверхностей по тракту газов также получает больше теплоты, а температура газов постепенно прибли­жается к исходной, оставаясь все же несколько большей. При этом потеря теплоты с уходящими. газами возрастает в случае рециркуляции газов только за счет некоторого повышения температуры fly*, а при повышенном избыт­ке воздуха в потоке газов потеря увеличивается более существенно ввиду роста как температуры, так и объема уходящих газов.

Таким образом, увеличение избытка воздуха, введение рециркуляции газов в топку, так же как возрастание влажности сжигаемого топлива, про­цесс шлакования топочных экранов приводят к перераспределению теп­ловосприятия поверхностей нагрева парового котла. Во всех указанных случаях снижается доля радиационной пёредачи теплоты в топке и воз­растает конвективное тепловосприятие. При этом температура уходящих газов, а также температуры горячего воздуха и воды после конвективного экономайзера несколько возрастут.

Влияние изменения температуры питательной воды. При работе блочной энергоустановки изменение (снижение) нагрузки приводит к перераспределению давлений в отборах турбины и соответствующему изменению (снижению) энтальпии и температу­ры питательной воды. Однако этот процесс в сочетании с характером изменения КПД парового котла (повышением его) не ведет к суще­ственным отклонениям от нормального расчетного режима. Другое дело, когда происходит отключение подогревателей высокого давления (ПВД) и температура питательной воды резко снижается. Так, при ра­боте блока СКД отключение этих подогревателей ведет к понижению температуры на входе в экономайзер с 260-270°С до ~ 160°С. При сохранении той же температуры газов перед экономайзером возрастает температурный напор в поверхности и тепловосприятие экономайзера заметно повышается, а температура газов за ним снижается (рис. '7.5). При этом в последующей поверхности воздухоподогревателя уменьшаются тепловосприятие и уровень в из-за снижения температурного напора. В результате температура г)ух все же окажется ниже исходной, что свиде­тельствует о некотором росте КПД котла. Такое явление нельзя считать нормальным, так как отключение ПВД сопровождается более заметным снижением КПД турбинной установки и, следовательно, всего энергоблока в целом.

Отключение ПВД приведет к изменению теплового режима поверх­ностей котла. Снижение энтальпии питательной воды /гп, в при сохранении параметров (давлениям температуры) перегретого пара и его энтальпии /іп. п ведет к росту удельного тепловосприятия 1 кг рабочей среды в котле AhK = — ^п. п ~ /іпв и соответствующему увеличению расхода топлива на котел. В случае аварийного отключения ПВД без необходимости повысить элек­трическую мощность работающей турбины одновременно с понижением температуры £п. в должно произойти снижение расхода пара в голову тур­бины примерно на 17%, что обеспечивается сохранением на барабанном котле расхода сжигаемого топлива. В прямоточном котле изменяется уста­новленное соотношение BK/GU в ввиду работы котла в нерасчетном режиме, которое увеличится (возрастает расход топлива на 1 кг поступающей пита­тельной воды).