Котельные установки

Тепловая и гидродинамическая неравномерность в работе пароперегревателя

Перекос температур по газовой стороне, а также гидродинамическая не­равномерность по газовой и паровой стороне вызывают в отдельных змеевиках значительные отклонения температур перегретого пара от расчетной. В неко­торых конструкциях разность температуры перегретого пара между змеевика­ми, например крайними и средними, достигала 100-150 °С.

В то же время повышение температуры металла всего на 10 °С (с 540 до 550 °С) приводит к снижению допустимого напряжения для стали 12 МХА в 1,3 раза.

Неравномерность температурных полей в сечении газохода может быть вызвана:

1) более значительным охлаждением газов по бокам топки, чем в средней ее части;

2) неодинаковыми условиями горения пыли у симметрично расположен­ных горелок (неравномерность подачи пыли или воздуха в горелки);

3) задержкой воспламенения пыли в отдельных горелках;

4) относительно большим шлакованием одной стороны топки.

Различие гидравлических и тепловых характеристик труб особенно харак­терно для агрегатов большой мощности, так как возрастает и неизбежность от­клонения режима отдельных элементов от расчетного. Распределение рабочего тела по трубам в этих условиях различно, и удельная энтальпия его на выходе из отдельных труб значительно отличается от среднего значения.

Соотношение расходов в разверенном элементе и в среднем для системы представляет собой коэффициент гидравлической неравномерности:

_ D _ Wp llr"^T(WP)0'

Аналогично коэффициент тепловой эффективности:

11т_ Q _ дн _ g Qo qoн qo1

Здесь Н - поверхность нагрева прямоточного элемента.

Коэффициент тепловой разверки представляет собой отношение прира­щения удельной энтальпии рабочего тела в разверенном элементе к прираще­нию удельной энтальпии в элементе, находящемся в средних (расчетных) ус­ловиях: R = . В свою очередь, Ді = А—; Ді0 где А - коэффициент Ai0 D D0

Пропорциональности.

После подстановки получим:

R = JL(WP)o илиК = 2Ь:. q<> w р гіг

При этом тепловая неравномерность вызывается неодинаковыми тепло­выми характеристиками параллельно включенных труб, а гидравлическая не­равномерность - их неодинаковыми гидравлическими характеристиками. Из последней формулы следует, что тепловая разверка вызывается тепловой или гидравлической неравномерностью либо тем и другим одновременно.

На основании анализа полученных зависимостей для выбранного мате­риала, из которого выполнена поверхность нагрева, устанавливается макси­мально допустимая тепловая неравномерность и тепловая разверка трубной системы.

Для пароперегревателей, выходные участки труб которых работают поч­ти в предельных температурных условиях, допустимая тепловая разверка не должна превышать 15 % общего тепловосприятия пароперегревателей.

Экономайзеры размещают в области умеренного обогрева. Протекающая через них вода имеет сравнительно низкую температуру. Поэтому допустимая тепловая разверка для экономайзера может достигать 100 % и более.

Неравномерность скоростных полей по сечению газохода вызывается раз­личным сопротивлением поверхностей нагрева по газовому тракту котельного агрегата, что может быть вызвано следующими факторами.

1. Забивание летучей золой поверхности нагрева одной стороны или части газохода настолько, что проходные сечения резко уменьшаются. Тогда газы будут двигаться с большой скоростью по противоположной стороне газохода, где сопротивление меньше.

2. Дефекты монтажа (неодинаковый шаг труб).

3.Наличие газовых коридоров (появляются ввиду неудачной компоновки пароперегревателя либо в случае вырезки части змеевиков). В коридорах ско­рость и температура газов значительно превосходит среднее значение, что вы­зывает перегрев пара в змеевиках, прилежащих к коридору.

В поворотных камерах котлов по газовой стороне наблюдается тепловая неравномерность не только по высоте камеры, но и по ширине.

Зависимость изменения температуры по ширине, относящаяся в основном к котлоагрегатам П-образной компоновки, снабженным топочными камерами со встречным расположением горелок, может быть описана уравнением

■ і ■ ■ і ■ 2.

~ макс ^ ^ '

Где Тмакс - максимальная температура; а - постоянный коэффициент;

Х - размер, отсчитываемый от оси симметрии топки.

Предложенный вид зависимости не является стабильным и универсаль­ным. Распределение температур газового потока на выходе из топочной каме­ры определяется комплексом конструктивных и режимных факторов. Соответ­ственно эта сумма факторов и определяется по ширине расположенных в этой камере поверхностей нагрева.

К конструктивным факторам, влияющим на эпюру температур газового потока, относятся: тип топочного устройства, расположение и тип мельниц и горелок, компоновка газоходов котла и др. К эксплуатационным факторам можно отнести: производительность котла, особенности сжигаемого топлива, неравномерность включения мельниц или горелок, перекосы по топливу и воздушному режиму и др. Неравномерность температур по ширине поворот­ной камеры может превышать 100-130 °С.

При проектировании новых котлоагрегатов сверхмощных энергоблоков, предназначенных для работы в широком диапазоне нагрузок, необходимо учи­тывать нестабильность поля температур в конце топки.

Неодинаковый расход пара по параллельно включенным змеевикам мо­жет быть вызван следующими причинами:

Неудачный подвод и отвод пара от коллекторов;

Различия сопротивления змеевиков ввиду неодинаковой их длины либо сечения (неудачная сварка и др.).

Имеются следующие схемы подвода пара к коллекторам и его отвод.

ІЇІТПТТГ

Ш j. Ll-u jl и ji j_lu_l

V

П-гтітгПТПІТіТГГт^

Рис. 12.5. Падение давления по длине коллектора при Z-образной схеме подвода пара

1.Схема Z-образная (рис. 12.5). Схема неудовлетворительна. Она не обеспечивает равномерного распределения пара по змеевикам.

2.Схема П-образная (рис. 12.6). Эта схема характеризуется значительно меньшим перекосом, чем предыдущая, но все же разность перепадов по змее­викам имеет место.

3. В современных отечественных котлоагрегатах подвод и отвод пара осуществляют сбоку, по всей ширине коллектора по нескольким трубам, что обеспечивает равномерное распределение пара по змеевикам.

Для уменьшения влияния тепловой и гидравлической неравномерности конвективный пароперегреватель, как правило, разделяется на две-три после­довательно включенные части с приращением энтальпии пара в каждой не бо­лее 120-250 кДж/кг. После каждого пакета организуется перемешивание пара. При наличии ширмового (полурадиационного) и радиационного пароперегре­вателей перемешивание пара организуется и между ними.