КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Металл паровых котлов

Условия работы металла в паровых котлах отличаются большим раз­нообразием: температура изменяется от комнатной до 1000°С и более, дав­ление — от атмосферного до 35 МПа, рабочая среда — от нейтральной до химически активной.

В наиболее простых условиях работает металл каркаса котла, его об­шивка — при атмосферном давлении, температуре менее 100°, окружающая среда — воздух. Элементы воздухоподогревателя (трубы, трубные доски, уплотнения, крепление) также работают при давлении, близком к атмосфер­ному, но температура значительно выше. Учитывая большой расход металла на изготовление воздухоподогревателя и низкие нагрузки (тепловые и меха­нические) стремятся использовать дешевую углеродистую сталь, при этом в некоторых случаях приходится вводить ограничения на конструкцию воз­духоподогревателя, температуру горячего воздуха и дымовых газов таким образом, чтобы температура металла не превышала допустимой для угле­родистой стали. Металл воздухоподогревателя подвергается воздействию сернокислотной коррозии и абразивному износу летучей золой (при сжига­нии твердого топлива). В условиях высоких температур (1000°С и более) и интенсивной коррозии работают неохлаждаемыр стойки и подвески труб, их крепежные элементы, детали горелок.

К другой группе элементов конструкции парового котла относятся по­верхности нагрева, включающие обогреваемые трубы и коллектора, тру­бопроводы между поверхностями нагрева, барабан, работающие под воз­действием не только температуры, но и высокого внутреннего давления рабочей среды. Кроме того, поверхности нагрева подвергаются коррозии с газовой стороны и со стороны водного теплоносителя, абразивному износу летучей золой. Конкретные условия работы металла разных поверхностей нагрева существенно различаются, и, соответственно, для их выполнения необходимо использовать металл разного качества.

Работоспособность металла определяется комплексом его механиче­ских, технологических и специальных свойств и зависит от химического состава и структурного состояния.

Специальные свойства металла учитывают особенности работы его в конкретных условиях. Для поверхностей нагрева паровых котлов, работа­ющих при высоких температурах, важное значение имеют жаропрочность и окалиностойкость металла. Жаропрочность — способность материала вы­держивать механические нагрузки без существенной деформации и разру­шения при повышенных температурах. Жаропрочность отражает свойство стали сохранять прочность, пластичность и стабильность структуры при высоких температурах в условиях ползучести металла в течение расчет­ного срока службы в сочетании с высокой коррозионной стойкостью. Жа­ростойкость (<окалиностойкость) — способность материала противостоять химическому разрушению поверхности под воздействием окислительной газовой среды при высоких температурах. Критерием о калино стойкости служит удельная потеря массы при окислении металла за определенный период времени.

Каждая марка стали имеет предельные значения по температуре, выше которых наступает интенсивная коррозия металла в газовой среде (ока - линообразование) и изменение структуры металла с резким ухудшением его механических свойств. Поэтому для каждой марки стали, использу­емой в паровых котлах, устанавливается предельная температура наружной поверхности по жаропрочности и окалинообразованию. Коррозия металла поверхностей нагрева парового котла с внешней (газовой) и внутренней (водопаровой) стороны снижает прочностные характеристики металла, что может привести к его разрушению. Кроме того, продукты коррозии на стен­ках обогреваемой трубы уменьшают коэффициент теплопередачи от газов к водному теплоносителю; продукты коррозии попадают в водный тепло­носитель, загрязняя его (см. главу XII).

Перечень марок сталей, используемых в паровых котлах, представлен в таблице 9.1. Там же указана предельно допустимая температура наруж­ной поверхности металла tnр, °С, по жаропрочности, высокотемпературной наружной коррозии и окалинообразованию.

Расчет элементов парового котла на прочность. Условия работы металла в различных элементах парового котла, расчетные значения давления и температуры теплоносителя в нем и другие исходные Данные для расчета на прочность определяются в результате теплового, гидравлического и аэродинамического расчетов. В свою очередь, при про­шении этих расчетов необходимо знать конструктивные характеристики элементов котла (диаметры труб, коллекторов, толщину стенок труб и дру­гие), которые должны определяться при расчете на прочность. Практиче­ски, при тепловом расчете элементов парового котла на основе имеющихся

Промышленных или экспериментальных данных принимается марка ста­ли, диаметр и толщина стенки труб. После теплового расчета проводится расчет элементов котла на прочность, в результате которого могут быть определены (в зависимости от целей расчета):

— толщина стенки труб, коллектора, барабана, 5, м, которая сравнивается с предварительно принятой величиной 5пр, м (S ^ 5пр);

— приведенное напряжение от внутреннего давления сгпр, Па; эта величи­на не должна превышать номинальное допустимое напряжение [сг], Па;

— допустимое рабочее давление рДОп, Па, которое должно быть больше действительного рабочего давления р, Па;

— температура наружной поверхности стенки £"тР> °С; она должна быть ниже предельно допустимой температуры tnp.

Если предварительно принятые конструктивные характеристики эле­мента не удовлетворяют условиям прочности, тепловой расчет котла повто­ряется с новыми исходными данными.

Методика расчета элементов теплоэнергетического оборудования, необ­ходимые характеристики металла изложены в соответствующих нормах, а также в справочной литературе.