Файл: Усов С.В. Основы эксплуатации электрических станций конспект лекций.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.07.2024
Просмотров: 135
Скачиваний: 0
где |3 — отношение наружного диаметра трубы к внутреннему, а температурные напряжения определятся по выражению
= 0,715eCTEc,At° кгс/мма. |
(7) |
Здесь ест — линейный коэффициент теплового |
расширения |
стали; Ест — модуль упругости стали; М° — температурный перепад в стенке трубы.
Рис. 34
На рис. 34 показаны суммарные напряжения на внутрен ней поверхности труб при различных их диаметрах, толщине стенки и разной тепловой нагрузке.
Как видно, at значительно повышают общее напряжение материала, в особенности при высоких тепловых нагрузках поверхности нагрева и при наличии накипи. Суммарное на пряжение может достигнуть при определенных условиях пре дела текучести материала и привести к аварийному разрыву трубы. В особенности велика эта опасность при переходных режимах (при растопке), когда тепловое состояние котла меняется и температурные градиенты, завися от скорости из менения температуры (от скорости растопки), становятся переменными по величине. В этом случае для подсчета темпе-
52
ратурного перепада должно применяться не обычное выраже ние
Д/° = - Q
Х/8 ’
где Л — теплопроводность и б — толщина стенки, через кото рую передается тепловая нагрузка q, а формула
Д* ° = - £ 8 » ° С ,
где w — скорость растопки, град/ч; а — коэффициент темпера туропроводности, м2/ч (если с — удельная теплоемкость, а р —■ плотность материала, то коэффициент температуропровод ности а = Х/ср) . Если, например, растопка ведется со ско ростью w = 200 град/ч, температурное напряжение в стенке барабана, имеющей толщину б = 160 мм, окажется равным:
о ,= 12-10_6-2- 10*--2^щ--0,163= 15,4 кгс/мм2.
Кроме стенок барабана и труб, температурные напряжения могут отрицательно сказаться на развальцованных концах труб, где эти напряжения возникают из-за неодинаковой ско рости нагревания толстых стенок барабана и тонких стенок труб.
В этом случае at подсчитывают по формуле
а, = - ^ - £ ст кгс/мм2,
« Н
где d„ — наружный диаметр трубы, мм; AI — разность диамет ров трубы и трубного отверстия,
A*=erf„(£p — Q мм.
Вальцованные соединения труб могут расстроиться не только при растопке котла, но и при заполнении котла водой при большой разности температуры воды и металла труб. Особенно опасно заполнение горячего котла относительно хо лодной водой. В этом случае питательная вода будет охлаж дать барабан и трубы, что неминуемо приведет к ослаблению вальцовки труб и к массовой течи. Именно в связи с этим об стоятельством возникло требование ПТЭ, чтобы заполнение котла водой летом продолжалось 1—2 часа при температуре воды, не превосходящей 90° С, а зимой — 2—3 часа при темпе ратуре воды не выше 50° С.
Кроме радиальных температурных напряжений в стенках барабанов паровых котлов в период растопки возникают еще аксиальные напряжения из-за неравномерного прогрева верха и низа барабана. Верхняя часть его прогревается значительно
53
быстрей, так как она находится в зоне |
парового объема, |
а, как известно, коэффициент теплоотдачи |
при конденсации |
пара в несколько раз превышает коэффициент теплоотдачи от
воды. В результате барабан изгибается |
(рис. 35), причем |
|
верхняя его часть оказывается сжатой, а |
нижняя — растя |
|
нутой. |
|
|
Аксиальные напряжения можно вычислить по приближен |
||
ной формуле, но для температурного перепада |
следует под |
|
ставлять полуразность температур верха и низа |
барабана: |
оо
Д £ ° _ Аерх ~~ Ашз O Q
Сжатие
Приведенное напряжение в стенке барабана, обусловлен ное совместными механическими и температурными воздейст виями, может быть приближенно найдено так:
°пр = V 0 , 5 ( з т — аа) 2 -ф- (о а — ат ) 2 - f - ( а р — ат ) 2,
где (7Т— тангенциальное напряжение в стенке барабана,
ор£)ви .
Т200В ’
оа — аксиальное напряжение в стенке барабана,
аa |
Р |
D L |
ф- |
||
|
100 |
D l - D l „ |
Op— радиальное напряжение в стенке барабана,
ор |
р |
100 ' |
Подсчитанное по этим формулам приведенное напряжение в стенках барабана котла ТП-170 при его растопке, когда была замерена разность температур между верхом и низом барабана, равная 20° С, оказалось 9,45 кгс/мм2 [6].
При отсутствии разности температур между верхом и ни-
54
зом (которая исчезает при установившемся тепловом режиме) это напряжение было бы всего 5,84 кгс/мм2.
Как можно видеть на рис. 36, иллюстрирующем прогрев барабана котла ТП-170 в период его растопки, наиболее опас ными являются первые 1,5—2 часа растопки, когда разность температур превышает 50° С.
Следующим элементом, который требует особого внимания при растопке, является пароперегреватель. На рис. 37 пока зана зависимость температуры и давления пара от времени при растопке котла ТП-230. Как видно, перегрев пара растет значительно быстрее давления, и это объясняется относитель но небольшим расходом пара через перегреватель во время
растопки. При пониженных скоростях пара коэффициент теп лоотдачи от стенки трубы к пару уменьшается по сравнению
сего нормальным значением в 8—10 раз, что может привести
кпережогу труб пароперегревателя во время растопки. Как известно, поэтому при растопке котла требуется усиленная
продувка пароперегревателя паром для его охлаждения.
. Все рассмотренные выше явления ограничивают верхний предел скорости растопки.
Однако очень медленная растопка также неприемлема, так как при этом из-за «ленивой» циркуляции нижние экранные коллекторы будут отставать в нагреве от верхних, что приве дет к значительным продольным температурным градиентам в экранных трубах и к их неравномерному удлинению. В ре зультате могут возникнуть опасные перекосы экранов, их вы пучивание, защемление и другие нежелательные явления.
§ 16. Скорость растопки
Скоростью растопки называют скорость повышения темпе ратуры воды в котле. В ПТЭ предписывается производить растопку котлов со скоростью 1,0—1,5°/мин или 60—90°/ч.
55
При этом длительность растопки для котлов до 40 кгс/см2 получается 2—4 ч, до 100 кгс/см2 — 5—6 ч и для котлов свыше 100 кгс/см2 — 8—12 ч. Считается, что такая длительность обес печивает надежную растопку без появления опасных темпера турных напряжений.
Однако, как видно из графика нормальной растопки котла' ТП-170 (рис. 38), при этой скорости в экранных трубах возни кают в отдельные периоды чрезмерные продольные темпера турные градиенты, доходящие до 160° С. Это объясняется от ставанием нагрева нижнего экранного коллектора, который
догоняет температуру насыщения только на исходе пятого часа растопки.
Ускоренная всего до 1,5°/мин растопка того же котла (рис. 39) дает уменьшение этих опасных температурных гра диентов до 75° С, что можно считать уже более допустимым с точки зрения появления деформаций в экранных трубах.
Очевидно, нужно вести растопку с такой скоростью, при которой еще не появляются опасные температурные напряже ния в стенках барабана, т. е. при градиентах, не превосходя щих 50° С. В этом случае скорость растопки может быть
2аМ° _ 2-0,04-50 |
160°/ч, |
||
52 ~ |
0Д62 |
||
|
или ~3°/мин. При этом продолжительность растопки будет сокращена до 2—2,5 часов. Убыстренный пуск барабанных котлов из холодного состояния, как безопасный и рациональ ный, все шире применяется в СССР и других странах. В опы тах, проведенных в США на котлах высокого давления, ско-
56
рость растопки достигала 220—280° С в час, причем было установлено, что основного внимания требует температурная разность между верхом и низом барабана, а радиальные гра диенты в стенке барабана не опасны и с ними в большинстве случаев можно не считаться.
§ 17. Особенности растопки прямоточного котла
Скорость растопки прямоточного парового котла допуска
ется до 10—12°/мин, т. е. гораздо большей, |
чем у |
барабан |
||||||||||
ных. |
Это оказывается возможным потому, что трубы прямо |
|||||||||||
точного |
котла имеют не-- |
|
|
. |
||||||||
большие |
диаметры и тол |
|
|
л |
Сепаратор- |
|||||||
щины стенок |
и хорошую |
|
Растопочная |
|
||||||||
|
линия |
|
||||||||||
компенсацию, |
а барабан с |
|
|
Паровые |
|
|||||||
его |
|
толстыми |
стенками |
|
|
магистрали |
||||||
|
----------- &!Х]--5»--WXHI |
|
||||||||||
отсутствует. По |
этой |
же |
|
|||||||||
причине |
заполнение |
пря |
ГлаСный паропровод 4 x i— |
|
||||||||
моточного |
котла |
водой |
|
|
|
1 Сли$ |
||||||
не вызывает резких тем |
Котел |
И м — |
|
|||||||||
пературных |
деформаций |
|
|
Дреназкрый |
||||||||
и |
продолжается |
всего |
Пит.нас. |
|
Дан |
|||||||
30—40 минут. |
|
|
|
|
|
|
9 |
|
||||
Сама растопка ведется |
|
|
|
|||||||||
через растопочную линию |
|
Рис. |
40 |
|
||||||||
(рис. |
40), |
в |
которую |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||||
включен |
растопочный се |
|
|
|
|
|||||||
паратор, |
|
где |
происходит |
|
|
|
|
|||||
отделение воды |
от |
пара. |
|
|
|
|
||||||
Вода возвращается |
в ко |
|
|
|
|
|||||||
тел через деаэратор, |
а пар |
|
|
|
|
|||||||
удаляется |
в атмосферу. |
|
|
|
|
|||||||
В первые |
4—5 минут |
|
|
|
|
|||||||
расход питательной |
воды |
|
|
|
|
|||||||
составляет до 80% |
номи |
|
|
|
|
|||||||
нальной |
|
паропроизводи- |
|
|
|
|
||||||
тельности, |
так |
как «соз |
|
|
|
|
||||||
дающиеся |
при |
этом вы |
|
|
|
|
||||||
сокие |
скорости |
движения |
|
|
|
|
||||||
воды по трубам спо |
|
|
|
|
||||||||
собствуют |
наиболее |
пол |
|
Рис. |
41 |
|
||||||
ному |
удалению |
воздуха |
|
|
|
|
(рис. 41). Затем расход воды уменьшают до растопочной на грузки, которую обычно принимают равной до 30—35% номи нальной производительности котла.
Перегретый пар начинает появляться по истечении 25— 35 минут до начала растопки и достигает номинальной темпе-
57
ратуры перегрева через десять минут. Таким образом, котел можно включать под нагрузку через 40—50 минут, когда дав ление и температура пара достигнут номинальных значений.
В последнее время в СССР начали применять схему пуска котлов закритического давления, работающих в блоке с тур бинами 300 МВт, обеспечивающую пуск блока и последующую его работу на скользящих параметрах пара (рис. 42).
Как видно из схемы, в перегревательной части котла уста новлена встроенная задвижка ВЗ, перед которой присоединя ется трубопровод с дроссельными клапанами Др. С помощью
этих клапанов в тракте котла до встроенной задвижки в тече ние всего времени пуска поддерживается номинальное давле ние, что в совокупности с 30%-ным растопочным расходом пи тательной воды обеспечивает надежность температурного и гидравлического режимов поверхностей нагрева до встроен ной задвижки. Схема дает возможность пуска блока не только из любого теплового состояния котла, паропроводов и турбины без ущерба для надежности работы оборудования, но и удержания блока в работе при сбросе нагрузки до холо стого хода или до нагрузки собственных нужд, а также регу лирования нагрузки в широких пределах (регулирование на скользящих параметрах) без опасности для надежности.
§ 18. Прогрев паропровода
Паропроводы, соединяющие котел с магистралью или с турбиной, обычно имеют достаточно большую длину и сложлую конфигурацию, а их отдельные элементы (фланцы,
58
шпильки, стенки труб) значительно разнятся по толщине. По этому скорость повышения температуры должна быть такой, чтобы избежать появления опасных температурных напряже ний во фланцах, шпильках и стенках труб.
Рекомендуемая ПТЭ скорость повышения температуры со ставляет 1—1,5°/мин, и, таким образом, длительность про грева паропровода с рабочей температурой, например, 565° С составит 6—10 часов,
Как видно из графика на рис. 43, прогрев стенки 1 самого трубопровода идет достаточно равномерно и опережает про грев фланцев 2 и шпилек 3. Возникающие при этом разности
температур трубы и фланца, |
|
||||
.а также |
фланца |
и |
шпилек |
|
|
вызывают появление допол |
|
||||
нительных |
растягивающих |
|
|||
усилий в шпильках и флан |
|
||||
цах, которые могут оказать |
|
||||
ся опасными для |
прочности |
|
|||
сварки и привести к ослаб |
|
||||
лению |
фланцевых |
соеди |
|
||
нений и даже к обрыву шпи- |
|
||||
.лек. |
|
|
|
|
|
Однако |
такие |
|
опасные |
|
|
напряжения |
в |
материале |
|
||
трубопроводов и |
его флан |
|
|||
цевых |
соединений |
могут |
|
||
■быть достигнуты только при |
|
||||
очень |
больших |
скоростях |
Рис. 43 |
прогрева.
На основании многочисленных экспериментальных исследо ваний можно считать безопасными скорости повышения тем пературы паропроводов высокого давления в 4—5%шн. На некоторых электростанциях за рубежом применяется скорость прогрева до 10°/мин. Таким образом, можно считать, что в нормах ПТЭ имеется достаточный резерв.
Г Л А В А III РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
И РЕЖИМЫ ПАРОВЫХ ТУРБИН
§ 19. Общие сведения
Паровые турбины, так же как и котлы, могут быть разде лены на группы по номинальному давлению: ниже 35 кгс/см2, ■высокого давления (90 и 130 кгс/см2) и закритического
240 кгс/см2.
59