Котельные установки

Переход к высоким параметрам пара

Стремление повысить КПД электростанции привело к росту параметров пара. Повышение параметров пара и применение высокого подогрева воздуха приводит к перераспределению поверхностей нагрева котлоагрегата, ведет к изменению его конструктивных форм.

Все тепло, передаваемое в котлоагрегате, условно можно разбить на 3 части:

1) тепло, идущее на подогрев воды до кипения;

2) тепло, идущее на испарение воды;

3) тепло, расходуемое на перегрев пара.

При увеличении параметров пара доля тепла, идущая на подогрев воды и на перегрев пара, увеличивается, а на испарение - уменьшается. Это хорошо показано на диаграмме Карницкого (рис. 15.10).

При критическом давлении Ркр = 22,6 МПа расход тепла на испарение равен нулю. С повышением температуры подогрева воздуха увеличивается до­ля тепла, передаваемого радиацией, и уменьшается доля тепла, передаваемого конвекцией.

При уменьшении влажности топлива доля тепла, передаваемого радиа­цией, увеличивается.

И 100

80

60

40

20

При переходе к высоким параметрам сохраняется П-образная компонов­ка. Изменяется соотношение отдельных поверхностей нагрева. Сильно возрас­тает воздухоподогреватель, пароперегреватель и водяной экономайзер. Повы­шение доли тепла, идущей на перегрев (при повышении давления), а также по­вышение температуры перегрева приводит к тому, что конвективного тепла уже недостаточно для обеспечения перегрева. Также повышение температуры перегрева снижает температурные потери, а следовательно, и коэффициент те­плопередачи. Поэтому при повышении параметров пара перегреватель пере­мещается в зону более высоких температур, а затем и в самую топку.

Пароперегреватели в топочной камере выполняют в виде полурадиаци­онных ширмовых. В современных котлах высокого давления между топкой и пароперегревателем конвективных поверхностей нагрева не устанавливается, а если есть, то только фестон (рис. 15.8).

В этих котлах испарительными поверхностями являются топочные экра­ны. Вследствие того, что доля тепла, идущего на подогрев воды, увеличивает­ся с ростом давления, в котлах высокого давления вода в водяных экономайзе­рах почти никогда не кипит.

Вследствие увеличения количества тепла, поглощаемого перегревате­лем, температура газов за ним снижается. С другой стороны увеличивается температура питательной воды. Следовательно, с точки зрения температурно­го напора работа экономайзера ухудшается. Одновременно с увеличением па­раметров пара увеличивается доля тепла, идущего на подогрев. Поэтому водя­ной экономайзер увеличивается в размерах и все же, как правило, вода в нем не кипит. Часть работы экономайзера по подогреву воды выполняют экраны.

Подогрев воздуха перераспределяет тепло. При повышении температуры подогрева воздуха увеличивается доля тепла, передаваемого радиацией. Сле­довательно, подогрев воздуха в современных котлоагрегатах высокого давле­ния действует аналогично повышению параметров пара, т. е. тоже перераспре­деляет поверхности.

Влажность топлива также влияет на распределение тепла на радиацион­ное и конвективное. Объясняется это тем, что влага топлива повышает объем газов, а это снижает температуру газов в топке и на выходе из нее. Последнее приводит к уменьшению теплоотдачи радиацией.

В котлах высокого давления появляются радиационные водяные эконо­майзеры (явно выражены в прямоточных котлах) и радиационные паропере­греватели.

Следовательно, наличие большого количества радиационных поверхно­стей нагрева - характерная особенность котлов высокого давления.

Радиационные поверхности нагрева применяют и для среднего давления. Это рационально, так как уменьшается расход металла и упрощается конст­рукция котлов. При высоком же давлении применение радиационной поверх­ности и отказ от котельных пучков необходимы по причинам, указанным вы-

Перенесение в котлах высокого давления части пароперегревателя в топку дает возможность не только увеличить температурный напор, но и улучшить температурную характеристику пароперегревателя.

Выбор параметров пара как и температуры уходящих газов определяют соотношением стоимости топлива и металла. Процесс повышения достигают, в основном, за счет повышения параметров пара. Это было вызвано удорожа­нием топлива в различных странах мира. Уголь становился более дорогим по сравнению с металлом.

В США и ФРГ (где стоимость топлива особенно высока) применяются околокритические давления (Р = 24,5 МПа). Некоторые опытные блоки на 30,0-35,0 МПа, построенные в этих странах, дали показатели ниже ожидаемых и больше их не строят. В области температур то же наблюдается ее пониже­ние. В большинстве стран перешли от температур 600-650 °С на 540-560 °С.

Рост показателей экономичности ТЭС продолжается, но только за счет оптимизации цикла и повышения КПД основного и вспомогательного обору­дования.

В районах относительно дорогого топлива можно ожидать применения на крупных конденсационных станциях котлоагрегатов закритического давле­ния с однократным или даже двукратным промышленным перегревом. Однако в условиях tnn порядка 540 °С при Р = 24,0 МПа потребуется использование дорогих аустенитных сталей, что не целесообразно.

В районах дешевого топлива можно ожидать применения докритическо - го давления при tnn = 530-540 °С с промышленным перегревом до той же тем­пературы.

Укрупнение единичной мощности парогенераторов - эффективный спо­соб снижения удельных капитальных затрат по ТЭС в целом, отнесенных к единице установленной мощности. Так, при увеличении единичной мощности блока вдвое капитальные затраты снижаются на 20 %, в основном за счет строительной части. Кроме того, укрупнение энергоблоков ускоряет наращи­вание энергетических мощностей и снижает эксплуатационные расходы.

У сверхмощных котлоагрегатов всех типов оформление парового тракта сильно затрудняется в части пароперегревателя: большая ширина топки и га­зохода увеличивает тепловые перекосы всех видов и повышает требования к периодическому перемешиванию пара. В то же время предельный диаметр па - роперепускных труб ограничен. Значительные гидравлические сопротивления при большой скорости пара и максимальный наружный диаметр труб (426 мм) ограничивает расход пара величиной 300-350 т/ч, т. е. эта величина может быть повышена. В США при наружном диаметре 560 мм одна линия обеспе­чивает мощность 250 МВт. Все же и при этом сверхмощные котлоагрегаты приходится выполнять из нескольких независимых несмешивающихся пото­ков пара. Это усложняет схему и систему регулирования.

Разная температура размягчения золы большинства наших углей требует глубокого охлаждения топочных газов (до 1050-1150 °С), размещения в топке больших экранных поверхностей, использования двухсветных экранов и силь­но развитых ширмовых поверхностей нагрева в верхней части топки.

Возрастание ширины котла по фронту (при 200 МВт - более 20 метров) усложняет задачу конструирования каркаса, в частности горизонтальных ба­лок, расположенных параллельно фронту. Пытаются решить эту проблему пу­тем полного разделения топки по ширине с установкой на каждую часть от­дельного каркаса. Это удорожает и еще увеличивает габариты.

При применении циклонных предтопков можно всю среднюю и верх­нюю часть камеры заполнить ширмами.

Использование циклонных топок поможет решить и другую проблему - создание малогабаритных конвективных газоходов. Одна из причин ограниче­ния скорости газов - золовой износ. При работе циклонных предтопков уменьшается доля уносимой золы, и зола (летучая) получается более мелкая, что позволяет при том же износе значительно увеличить скорости. Это сокра­щает размеры конвективного газохода (увеличивается а).

Еще одной важной задачей является сохранение одного барабана на мощных парогенераторах. В современных сверхмощных котлоагрегатах внут­ренний диаметр барабана доходит до 1800 мм и длина до 30 м. Такие размеры обеспечивают сохранение одного барабана до Д = 1000 т/ч и выше (в США - до 1500-1700 т/ч, т. е. для блока 500 МВт).

Имея в виду существующую ныне интенсивность процессов в котлоаг­регатах, можно считать, что на ближайшие годы основной компоновкой агре­гата остается П-образная. Большая глубина конвективного газохода при этом вполне допустима, поскольку есть возможность трубные пакеты не опирать на балки, а подвешивать на трубной системе. При очень абразивной золе скоро­сти газов в конвективных поверхностях нагрева можно снижать применением Т-образной компоновки. Башенная компоновка тоже может найти некоторое распространение для случаев стесненной площадки ТЭС и чрезмерной дорого­визны земельного участка.