Теплотехническое оборудование

ВОДОГРЕЙНЫЕ И ПАРОВОДОГРЕЙНЫЕ ‘КОТЛЫ

Эксплуатация стальных прямоточных водогрейных и комби­нированных пароводогрейных котлов имеет свои особенности, обусловленные их конструкцией и режимом работы. Основной особенностью водогрейных котлов является работа их при по­стоянном расходе сетевой воды и включении непосредственно в тепловую сеть. Основной особенностью комбинированных паро­водогрейных котлов является необходимость регулирования паро­вой и водогрейной нагрузок, а также наличие двух различных циркуляционных контуров: одного для выработки перегретой воды, другого для выработки пара.

Надежность и долговечность работы водогрейных котлов вависит главным образом от условий циркуляции воды и стой­кости поверхностей нагрева к коррозии. '

В циркуляционном контуре водогрейного котла недопустимо закипание воды, так как это приводит к гидравлическим ударам и может вывести котел из строя. Однако опасно не только общее закипание воды в отдельных обогреваемых трубах, но и поверх­ностное кипение. Под поверхностным кипением понимают обра­зование пузырьков пара на внутренней поверхности труб водо­грейного котла при средней температуре воды, меньшей темпера­туры кцпения. Образование паровых пузырей на стенках трубы возможно только в случае достижения стенкой температур, пре­вышающих температуру насыщения. Следовательно, во избежание поверхностного кипения необходим некоторый недогрев воды до температуры насыщения при давлении, равном давлению на выходе из котла.

Исследования и расчеты показали, что во избежание поверх­ностного кипения в трубах водогрейного котла необходимо под­держание определенных скоростей воды при недогреве ее до кипения на 30—35 °С в условиях максимальной нагрузки.

Опыт эксплуатации водогрейных котлов показал, что в трубах опускных панелей' при определенных скоростях и тепловых нагрузках происходит поверхностное кипение. Это приводит к гидравлическим ударам и отложению накипи на внутренних стенках труб. Исследования и расчеты показали, что на процесс поверхностного кипения оказывает влияние удельная нагрузка поверхности нагрева, а также гидравлические и тепловые не­равномерности. Увеличение удельной тепловой нагрузки труб и высоты экранной панели требует повышения минимальной допустимой скорости воды в трубах. Неравномерный обогрев труб продуктами сгорания способствует увеличению гидравли­ческой неравномерности и вынуждает повышать минимальные допустимые скорости воды в трубах.

На рис. 5-3 приведено изменение минимальной допустимой скорости воды в трубах поверхностей нагрева водогрейных кот­лов б зависимости от удельн. ой тепловой нагрузки при недогреве воды на входе 35—40 °С. Из графика ясно, что при движении воды в трубах снизу вверх скорость может быть значительно ниже, чем при движении сверху вниз.

Во избежание гидравлических ударов при эксплуатации водо­грейных котлов недопустимы тепловые перекосы в топке. Отсут­ствие тепловых перекосов достигается при работе всех установ­ленных горелок с одинаковой тепловой мощностью. Регулирование

Форсировки топки следует производить одинаковым изменением тепловой мощности всех работающих горелок.

Водогрейные котлЫ в течение большей части отопительного сезона эксплуатируются с низкими нагрузками при низких тем­пературах обогреваемой среды и останавливаются на длительный срок в летнее время. Эти особенности работы котлов способствуют наружной и внутренней коррозии поверхностей нагрева. У водо­грейных котлов наблюдаются следующие виды коррозии наруж­ных поверхностей: нйзКОтемпеРатУРная сернокислотная, местная под неудаляющимися золовыми отложениями, низкотемператур­ная кислородная, стояночная.

Сернокислотная низкотемпературная коррозия вызывает износ труб экранных и конвективных поверхностей нагрева. Как пока­зал опыт эксплуатации, экранные трубы изнашиваются со сто­роны, обращенной в топку, а конвективные — со всех сторон. Толщина стенок труб уменьшается довольно равномерно. Опре­делить износ по вне1Иним признакам трудно. Трубы, подверга­ющиеся износу, имеют ровную, гладкую, как бы вороненую поверхность.

Опыт эксплуатации показал, что попытки снизить интенсив­ность низкотемпературна сернокислотной коррозии с помощью присадок, а также снижением коэффициента избытка воздуха оказались недостаточно эффективными. Наиболее эффективным способом борьбы с низкотемпературной сернокислотной и кисло­родной коррозией является повышение температуры стенки труб путем увеличения температуры воды на входе в водогрейный котеЛ - При кратковременной работе на мазуте (в пределах 1100 ч в год) рекомендуется поддерживать температуру воды на входе

Рис. 5-4. Схема включения водогрей«

Ного котла в сеть I — водогрейный котел; 2 — рециркуля­ционный насос; 8 ~~ перемычка; 4 — сете* вой касос

В котел не менее 70 °С, а при сжигании только сернистых ма­зутов— около 110°С. При сжи­гании природного газа или дру­гих топлив, не содержащих серы, температура воды на входе в ко­тел должна быть выше точки

Росы, т. е. не менее 60 °С. Поддержание указанных температур на входе в котел достигается смешением выходящей из котла воды с обратной сетевой водой, т. е. рециркуляцией горячей воды.

Схема включения водогрейного котла и рециркуляционного насоса в сеть показана на рис. 6-4. Горячая вода из выходного коллектора котла рециркуляционным насосом 2 подается во входной коллектор и, смешиваясь с обратной сетевой водой, подогревает ее, Заданная температура воды в теплосети при этом достигается направлением в нее обратной воды по перемычке 3.

Опыт эксплуатации водогрейных котлов показал, что при сжигании сернистых мавутов весьма опасна местная коррозия труб под неудаляемыми золовыми отложениями. Наличие в эоло­вых отложениях сернистых и других соединений вызывает местные язвы, выводящие из строя трубы конвективной поверхности на** грев а о Защита от местной коррозии заключается в систематической тщательной очистке поверхностей нагрева от золовых отложений.

Низкотемпературная кислородная коррозия появляется при ра­боте на природном газе и других топливах, не содержащих серы, вследствие конденсации водяных паров из продуктов сгорания:

Стояночной коррозии водогрейные котлы подвержены в летний период, особенно когда через них не пропускается горячая вода. Стояночная коррозия особенно заметно проявляется на котлах, в которых сжигаются сернистые мазуты, если поверхность нагрева при остановке была недостаточно хорошо очищена от золовых отложений. Для предотвращения стояночной коррозии произ­водят консервацию наружной поверхности нагрева. Для этого перед остановкой котла на лето необходимо очистить наружные поверхности нагрева, обратив особое внимание на удаление золо­вых отложений в межтрубном пространстве экранных труб. После удаления отложений в отдельных местах котла обмывкбй щелочной водой следует произвести сушку трубной системы и обмуровки котла. Сушка производится сетевой водой (с темпе­ратурой не ниже 70 °С), которая пропускается через котел. Вы- сушенный котел отключают от тепловой сети и после остывания все наружные поверхности обогреваемых труб покрывают ми­неральным маслом. Наиболее рационально использовать отра* ботанные масла: компрессорное, машинное, турбинное, трансфор-

Рис. 5-5. Принципиальная схема ком­бинированного пароводогрейного, котла

1 — конденсатопровод от бойлера; 2 бойлер; 3 — уравнительная емкость; 4 — выносной циклон; б — паропровод к по - требителям; 6 —■ паровой контур; / трубопровод горячей сетевой воды; 8 — конвективная поверхность нагрева водо­грейного контура; 9 — водогрейный кон­тур; 10 — дроссельная шайба; И — тру­бопровод от сетевые насосов

Маторное и т. д. В период «сто­янки» котла следует периодиче­ски проверять наличие масля­ной пленки на трубах и при вы­сыхании ее снова производить промасливание. Во избежание высыхания масла верхний ряд труб конвективной поверхности нагрева покрывают листами тол я.

Коррозия внутренних поверх­ностей труб водогрейных котлов происходит под действием кислорода и углекислоты. Деаэрация подпиточной воды вполне предохран-яет внутренние поверхности нагрева от коррозии. Для предотвращения стояночной коррозии внутренних поверхностей производится их консервация мокрым или сухим способом.

В СССР комбинированные пароводогрейные котлы создаются на базе серийных прямоточных водогрейных котлов. Перевод серийного водогрейного котла на комбинированную выработку пара и горячей воды осуществляется путем выключения экранных панелей из гидравлического контура водогрейного котла и обра - зования из них парообразующего контура с естественной цирку­ляцией. Для этого экранные панели включаются на выносные циклоны с уравнительной емкостью. Принципиальная схема комбинированного пароводогрейного котла показана на рис. 5-5. Питание парового контура от сетевого насоса, как показано на рис. 5-5, возможно при давлении пара, меньшем 1 МПа. Для получения пара с давлением более 1 МПа необходим специальный питательный насос, подающий воду в парообразующий контур. При включении части экранов в испарительный контур комбини­рованные котлы выдают 10—15% теплоты в виде пара, а осталь­ную теплоту в виде горячей воды. Использование всех топочных экранов как испарительных поверхностей нагрева серийных водогрейных котлов обеспечивает при номинальной нагрузке получение 40—45% теплоты в виде пара с давлением от 1 до 2,3 МПа и 60—55% теплоты в виде перегретой воды.

На рис. 5-6 показан комбинированный пароводогрейный котел КВ-ГМ-50 с дополнительной конвективной шахтой, в которой размещены пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухо-

Подогреватель. Это обеспечивает достаточно глубокое регулиро­вание расхода пара и горячей воды.

На рис. 5-7 показана циркуляционная схема парообразу­ющего контура комбинированного котла КВ-ГМ-50. Гидравличе­ская схема водогрейной части этого котла представлена на рис. 5-8. В парообразующий контур котла включены все экраны то­почной камеры. При этом два циклона, на которые включены бо­ковые и задний экраны, являются чистовым отсеком, а третий цик­лон с включенным на него фронтовым экраном является солевым отсеком. Непрерывная продувка производится из солевого циклона с использованием ее теплоты в расширителе непрерывной продувки.

Характеристики работы котла приведены на рис. 5-9. Из. них ясно, что при номинальной нагрузке котла максимальная паро - производительность составляет 57 т/ч (кривая /), а мощность по горячей воде 16 кВт. При этом режиме 40% продуктов сгорания пропускается через первую конвективную шахту и 60% —через дополнительную. Регулирование количества вырабатываемого

Котлом пара и горячей воды производится изменением расхода продуктов сгорания через первую и дополнительную конвективные шахты посредством шиберов, имеющихся в газовом тракте котло - агрегата. Увеличение мощности котла по горячей воде (при номи­нальной общей нагрузке котла) до 27 кВт (кривая 3) может быть достигнуто эа счет снижения его паропроизводительности до 45 т/ч (кривая 2) путем полного отключения дополнительной конвективной шахты и пропуска всех продуктов сгорания только через первую конвективную шахту.

При изменении общей нагрузки агрегата от 60 до 100% номи­нальной, паропроизводительность котла может поддерживаться постоянной 45 т/ч, а мощность по горячей воде регулироваться в пределах от 13 до 27 кВт путем изменения расхода продуктов сгорания черев дополнительную конвективную шахту. В случае уменьшения общей нагрувки агрегата ниже 60% номинальной

Приходится все продукты сгорания пропускать через дополнительную конвективную шахту, а паропроиз­водительность котла будет изменяться по кривой 1 в соответствии с измене­нием общей нагрузки агрегата. При

Рис. 5-9. Характеристики работы комбини­рованного котла КВ-ГМ-50 с дополнитель­ной конвективной шахтой 1 — паропроизводительность О = f ^N) при вклю­ченной второй конвективной шахте; 2— паро­производительность И =■ f ^N) при отключенной второй конвективной шахте; 3 — теплопронзво - дительность по горячей воде <3 } (ЛО при от­ключенной второй конвективной шахте; 4 — теплопроизводительность по горячей воде Q ~f (АО при включенной второй конвективной шахте

Пропуске всех продуктов сгорания через первую конвективную шахту паропроизводительность котла будет изменяться в зависи­мости от общей нагрузки агрегата по кривой 2.

При эксплуатации комбинированных пароводогрейных котлов с экранными контурами, включенными в выносн&е циклоны, во избежание нарушения циркуляции в этих контурах надлежит не допускать резкого снижения уровня воды в выносных циклонах и непосредственного обогрева экранных труб факелом.

Резкое снижение уровня воды в циклонах происходит при периодической продувке нижних коллекторов экранов. Это об­условлено тем, что поступление воды из уравнительной емкости меньше, чем сброс воды через периодическую продувку. В связи с этим диаметр продувочных трубопроводов нижних коллекторов экранов должен быть не более 25 мм, а кроме того, на каждом продувочном штуцере между продувочными вентилями должна устанавливаться ограничительная шайба диаметром 8—10 мм. Время периодической продувки должно быть ограничено. При продувке следует продувочный вентиль открыть и сразу же за­крыть.

В экранных парообразующих контурах, включенных на вынос­ные циклоны, естественная циркуляция заметно запаздывает по сравнению с остальными циркуляционными контурами. По­этому при растопке котла недопустим непосредственный обогрев экранных труб факелом. В топках, имеющих ширину около 3 м, возможен непосредственный обогрев факелом боковых экранов,, а в неглубоких топках — заднего экрана. В связи с этим необхо­дима тщательная регулировка положения факела, выдаваемого газомазутными горелками. В узких топках не следует устанавли­вать горелки с большим углом раскрытия факела, а в неглубоких топках — горелки с дальнобойным факелом.

Непосредственное обогревание труб экранов, включенных на выносные циклоны, при нормальной работе котла приводит к ин­тенсивному отложению на внутренних стенках труб «вторичных» накипей (железистых, железофосфатных и др.), вызывающих свищи и разрыв труб. Поэтому в процессе эксплуатации пароводо­грейных котлов должен быть усилен контроль над водным режи­мом агрегата.

Существенное влияние на надежность циркуляции в парообра­зующих поверхностях нагрева, включенных на выносные циклоны, оказывает расхождение уровня воды в циклоне и в уравнительной емкости, причем уровень воды в циклоне всегда ниже. Однако в условиях эксплуатации действительная разница в уровнях воды в циклоне и в уравнительной емкости не должна превышать рас­четную. Поэтому при пуске и наладке комбинированных паро­водогрейных котлов необходим контроль над уровнем воды в цик­лонах при различных нагрузках парообразующего контура. Если в результате первичного пуска агрегата выявляется расхождение между действительной и расчетной разницей уровней в циклонах

И в уравнительной емкости, то коррекция осуществляется уста­новкой дроссельных шайб на различные участки соединительных паропроводов (между циклонами и сборными коллекторами).

Посадка уровня воды в циклоне относительно уравнительной емкости при работе котла с различными нагрузками зависит от выбора схемы и размера соединительных трубопроводов по пару и воде. Значительное расхождение уровней воды в циклоне и в уравнительной емкости может привести к нарушению циркуля­ции в отдельных трубах, а также к кавитации в опускных трубах, что в конечном счете приведет к перегреву и выходу из строя отдельных экранных труб.

Комбинированные пароводогрейные котлы на базе серийных водогрейных котлов КВ-ГМ-100 и КВ-ГМ-180 предназначаются для работы в качестве пиковых котлов для ТЭЦ и крупных про­мышленно-отопительных котельных при значительных расходах пара на технологические нужды.

Комбинированные пароводогрейные котлы могут также изго­товляться на базе серийных водогрейных котлов, предназначенных для слоевого и камерного сжигания твердого топлива.