Файл: Усов С.В. Основы эксплуатации электрических станций конспект лекций.pdf

Технический минимум нагрузки камерных пылевых котлов зависит от устойчивости горения факела, т. е. от реакционной способности топлива и от степени экранирования топки, на­ личия и размеров огневых поясов. Наиболее быстро возникает неустойчивость горения и пульсации факела при сжигании таких трудновоспламеняемых топлив, как АШ, частицы кото­ рого размером 100 мкм выгорают при прочих равных усло­ виях в 2,5 раза дольше, чем частицы бурого назаровского угля. Температура воспламенения АШ около 1000° С (рис. 32) против 900° С для донецкого тощего и 550° С для бурого под­ московного угля. Температура «потухания» откоксованных

Рис. 32

частиц АШ равна 1100° С. Недостаточное при малой нагрузке заполнение факелом топочного объема приводит к неодина­ ковому обогреву включенных параллельно трубных панелей НРЧ, что нарушает устойчивость движения воды. Гидродина­ мическая устойчивость снижается также при выключении части горелок при низкой нагрузке. На рис. 33 показано изме­ нение температуры в топке по длине факела при разных на­ грузках. При сопоставлении этих кривых с рис. 32, где изоб­ ражена реакционная способность в зависимости от выхода ле­ тучих для разных топлив, можно сделать заключение, что кри­ тическая нагрузка, при которой возможно погасание факела,, лежит в пределах 50-—60% номинальной. Дальнейшее пониже­ ние нагрузки возможно только при условии перехода на сжи­ гание мазута—-топлива с очень высокой реакционной способ­ ностью, но так как длительная работа на мазуте на пыле­ угольных станциях не предусматривается, этот режим до­ пускается только как аварийный.

Таким образом, установленный с запасом надежности в 10% технический минимум барабанных и прямоточных котлов с камерной пылевой топкой составляет 60—70% номинальной нагрузки.

47

Барабанные котлы с мазутной или с газо-мазутной топкой могут понижать нагрузку до 30—35% номинальной, причем эти цифры определяются устойчивостью циркуляции.

В крупных многокорпусных и однокорпусных прямоточных котлах типа Еп/640, Пп/950 при низких нагрузках возникает тай называемая гидравлическая разверка (отклонения рас­ хода воды или пароводяной смеси через отдельные витки ш от среднего шср) из-за неодинаковых гидравлических сопротивле­ ний и напоров в начале и конце коллекторов, вызванных пре­ образованием динамического напора в статический, а также разной величины нивелирных напоров в отдельных трубах. По этому признаку ограничивают нагрузку двухкорпусных котлов :35% номинальной (при возможности длительной работы одним корпусом) и до 65—70% номинальной для однокорпус­ ного котла независимо от вида сжигаемого топлива и типа топки.

Прямоточные котлы с мазутной или газовой топкой не имеют ограничений по неустойчивости горения или циркуля­ ции, но зато в них возникает опасность пережога труб при низких нагрузках, так как скорость воды в прямоточных кот­ лах прямо пропорциональна нагрузке. Для защиты поверхно­ стей нагрева от пережога при низких нагрузках потребова­ лась бы очень большая скорость при номинальной нагрузке, что вызвало бы большую потерю давления и неоправданно высокий расход энергии на питательные насосы. Поэтому обычно ограничивают нижний предел нагрузки подобных котлов 30%.

В котлах всех типов при низких нагрузках (менее 30—40% номинальной) возникает также опасность пережога труб па­ роперегревателя из-за резкого уменьшения коэффициента теплоотдачи от металла к пару при низких скоростях пара и вследствие этого ухудшения охлаждения труб пароперегрева­ теля. Поэтому установленный для каждого котла технический минимум нагрузки обязательно должен быть проверен на до­ пустимость этого режима для пароперегревателя.

Верхний предел нагрузки у всех типов котлов принима­ ется равным их номинальной производительности. Вообще говоря, увеличение нагрузки котла сверх номинального значе­ ния способствует повышению надежности работы поверхно­ стей нагрева из-за возрастания скорости рабочей среды. Однако при этом увеличивается гидравлическое сопротивле­ ние котла, которое в котлах закритического давления, напри­ мер, и так составляет 50—60 кгс/см2, и одновременно умень­ шается напор питательных насосов. Возникающее в резуль­ тате этого уменьшение перепада давлений в питательных кла­ панах может затруднить регулирование питания котла. При

48

повышенной нагрузке возрастает расход воздуха и дымовых газов, что приведет к увеличению абразивного износа поверх­ ностей нагрева, пропорционального кубу скорости дымовых газов.

Перегрузка котлов недопустима также из-за шлакования топки при форсировке процесса горения в котлах, работаю­ щих на твердом топливе, и из-за вспенивания котловой воды в барабанных котлах при увеличении их нагрузки сверх номи­ нальной. Как шлакование топки, так и вспенивание котловой воды создают опасное аварийное состояние, и поэтому пере­ грузка котлов воспрещается.

Шлакование топки вызывается повышением температуры в топке при ее форсировке выше температуры плавления золы и превращения золы в жидкий расплавленный шлак. Отдель­ ные составляющие золы сравнительно тугоплавки (кремнекислота БЮг 1600—2500, глинозем А120з 2800, окислы железа

FeO, Fe20 3, Рез04 1400, магнезия MgO 1600, щелочи Na20,

К20 800° С), однако при нагревании золы до высокой темпе­ ратуры возникают восстановительные и окислительные про­ цессы с образованием эвтектических смесей с большой вяз­ костью и пониженной температурой плавления. Шлак пла­ вится, налипает на поверхности нагрева, схватывается с ме­ таллом труб и образует наросты, с катастрофической быстро­ той увеличивающиеся в объеме до многотонных глыб. При этом легко возникают аварийные состояния: падение произво­ дительности котла из-за ухудшения теплопередачи, пережог труб поверхностей нагрева, поломка труб и стенок холодной воронки при обвале глыб шлака.

Вспенивание котловой воды — это бурное образование пузырьков пены, взаимно связанных и содержащих воду. Вспениванию содействуют органические вещества, находя­ щиеся в котловой воде: масла, мыла, щелочи. Механизм вспе­ нивания заключается в «набухании» объема пароводяной смеси в барабане котла при повышенной нагрузке из-за уси­ ления парообразования во всем объеме, повышении уровня и уменьшении объема сепарации в барабане котла, в повыше­ нии солесодержания в паре до sI<p критического значения, что приводит к «взрыву» пенообразования и забросу воды в тур­ бину с последующим гидравлическим ударом и повреждением проточной части турбины. С повышением солесодержания котловой воды процессы набухания и вспенивания усилива­ ются и увеличивают унос влаги с паром.

Таким образом, пределы изменения производительности для различных типов котлов могут быть представлены табл. 4.

Существует также экономический предел минимальной на- ' грузки, который определяется характером изменения к. п. д.

котла при изменении нагрузки. Для большей части паровых котлов этот «экономический» минимум лежит в пределах по­ ловинной нагрузки. При снижении нагрузки ниже 50% к. п. д. котла начинает резко падать и с точки зрения экономической работа его становится невыгодной.

§ 14. Растопочная характеристика парового котла

Растопочная характеристика является одной из самых важных для парового котла. Она показывает зависимость из­ менения основных его параметров (давления и температуры пара) от времени растопки.

Растопкой называют не только собственно разжигание фа­ кела и установление устойчивого горения в топке котла, НО' весь процесс доведения котла до рабочего состояния, при ко­ тором его параметры будут иметь нормальные значения и он сможет быть подключен к паропроводу для постоянной ра­ боты.

Основной трудностью растопочного процесса является необ­ ходимость нагрева отдельных разнородных элементов котла от температуры окружающей среды, которую они имели в холодном состоянии, до рабочих значений в 300—600° С. Так

ведении растопки могут привести к аварийным повреждениям котла. Общеизвестно, что больше половины всех аварий на. котлах происходит именно в период их растопки или расхола­ живания.

Процесс растопки делится на два этапа: заполнение котла водой и собственно растопка, сопровождающаяся повышением давления и температуры. Во время обоих этапов возможно по-

50

явление опасных температурных напряжений в металлических элементах котла.

§ 15. Температурные напряжения

Температурные напряжения возникают в стенках металли­ ческих труб, коллекторов, барабанов котла при нагреве их в процессе растопки и продолжают существовать при установив­ шемся тепловом состоянии котла. В обоих случаях эти напря­ жения пропорциональны перепаду температуры в стенке тру­ бы, однако при неправильном ведении растопки котла они могут достигнуть опасных разрушающих значений, так как температурные градиенты зависят от скорости повышения температуры, т. е. от скорости растопки.

Через стенки барабанов и коллекторов котла в установив­ шемся тепловом состоянии передаются лишь потери тепла. При этом основной перепад температуры ложится на тепло­ вую изоляцию и тепловые напряжения в стенках элементов котла при установившемся режиме практически отсутствуют.

Наоборот, тепловая нагрузка кипятильных, экранных и пароперегревательных труб очень велика, и поэтому в их стен­ ках возникают значительные температурные перепады не только при растопке, но и в рабочем режиме.

Температурные напряжения щ накладываются на постоян­ но действующие в рабочем режиме напряжения от внутрен­ него давления ар и, будучи одного знака с ними на внутрен­ ней поверхности труб (растягивающими), увеличивают общее напряжение материала труб во время работы котла: <

а = аГ Т ар-

Напряжения от внутреннего давления ар на внутренней поверхности трубы могут быть подсчитаны по формуле [5]