Файл: Мейкляр, М. В. Паровые котлы электростанций [учеб. пособие].pdf

в обогреве его отдельных труб, при которой возможно неустойчивое движение воды в наименее обогреваемых трубах.

У современного котла с естественной циркуляцией каждый экран состоит из трех—пяти циркуляционных контуров. В каждом из контуров нижние концы обогре­ ваемых труб включены в горизонтальный коллектор (камеру), а верхние концы либо во второй коллектор, либо непосредственно в барабан котла. Необогреваемые водоопускные трубы включены верхним концом в самую нижнюю часть барабана, а нижним концом — в тот же коллектор, что и обогреваемые трубы (рис. 10-2 и 10-3).

Неравномерность обогрева отдельных труб несколько возрастает из-за того, что экранные трубы, огибая амб­ разуру топливной горелки, заслоняют собой соседние трубы или сами заслоняются ими. Но обычно такая не­ равномерность не доходит до опасного предела.

Отсутствие искривления труб, имеющих длину около 20 м, обеспечивается поясами жесткости, в которых тру­ бы с помощью тяг прикрепляются к элементам каркаса котла.

10-2. Изменение уровня воды в барабане

Чрезмерное снижение уровня воды в барабане котла (упуск уровня) становится опасным задолго до опорож­ нения барабана и далее до оголения верхних концов во­ доопускных труб экранов. Над этими отверстиями в во­ де образуются воронки, подобные тем, какие можно на­ блюдать при вытекании воды из любого сосуда через отверстие, расположеное неглубоко под ее уровнем.

С повышением температуры уменьшается вязкость воды, и такие воронки возникают при большей высоте ее слоя, нежели в бытовых условиях. Образование во­ ронок ускоряется при завихренном движении воды в ба­ рабане.

Как указывалось, циркуляция воды в котле происхо­

160

медляется по мере возрастания количества пара в опуск­ ных трубах. Но при этом немедленно прекращается по­ падание в них пара.

Паровые пузыри всплывают, частично они могут быть унесены вниз, и в опускных трубах остается только вода. Тогда снова возникает циркуляция с большой скоростью. В опускных трубах опять появляется пар, который снова начинает тормозить циркуляцию, и т. д.

При возникающей неравномерной циркуляции трубы повреждаются не только в верхней части топочной каме­ ры, но и гораздо ниже, иногда даже на уровне горелок. Разрыв труб иногда происходит не в момент наиболь­ шего упуска уровня воды, а позже, когда уровень начи­ нает повышаться и кажется, что опасность миновала. Все это указывает на то, что при упуске уровня нужно опасаться не только оголения верхних концов экранных труб, но и нарушения циркуляции в экранах из-за появ­ ления пара в опускных трубах.

У газомазутного котла производительностью 220 т/ч на 100 кгс/см2 в первые полгода эксплуатации 4 раза разрывалась одна и та же труба в левой части фронтового экрана. Аварийную трубу удалили, заглушив места ее присоединения к экранным коллекторам, но вскоре произошел разрыв соседней трубы. Анализы металла пока­ зали, что вблизи места разрыва труба нагревалась до высокой темпе­ ратуры, по-видимому, из-за того, что временно становилась неустой­ чивой циркуляция воды. Проверка подтвердила отсутствие посторон­ них предметов во всех трубах циркуляционного контура.

Внутри барабана котла из восьми питательных труб четыре по­ дают воду на дырчатый лист для очистки пара (рис. 9-4), а по дру­ гим четырем трубам вода со скоростью до 2 м/с направляется в во­ дяное пространство барабана. При осмотре обнаружили, что одна из этих труб была установлена неточно и направляла воду по касатель­ ной к водоопускной трубе аварийного циркуляционного контура. Воз­ никало вихревое движение воды, способствовавшее образованию во­ ронки над водоопускной трубой. Изредка пар попадал в эту воронку в таком количестве, что циркуляция в экране становилась неустойчи­ вой. Повреждалась труба, в которой циркуляция нарушалась прежде всего.

Аварии прекратились после установки в барабане перегородок, препятствующих завихрению воды над водоопускной трубой экрана.

нижним п р е д е л ь н ы м и положениями, которые указы­ ваются заводом-изготовителем котла.

На многих электростанциях среднего давления при снижении уровня воды за пределы его прямой видимо­ сти практикуется проверка уровня «на подтяжку». При закрытии верхнего краника пар в водоуказательной ко-

«подтяжке» уровень перестает появляться.

У современных котлов высокого давления изменения уровня воды должны ограничиваться более жестко. Кроме предельных положений уровня воды, находящих­ ся обычно на 50—75 мм от среднего, завод-изготовитель указывает верхнее и нижнее а в а р и й н ы е положения уровня. Чрезмерное его повышение может привести к уносу воды с выходящим из барабана паром, а сни­ жение— к возникновению воронок над водоопускными трубами экранов и нарушению устойчивости циркуляции в них воды. Возможны и другие последствия чрезмер­ ного изменения уровня. Например, при малой высоте слоя воды над поддонами внутрибарабанных сепарационных циклонов (рис. 9-1) вода из этих циклонов раз­ брызгивается внутри барабана, из-за чего ухудшается качество пара.

При отклонении уровня воды сначала автоматически включается световая и звуковая сигнализация. В случае дальнейшего повышения уровня автоматически откры­ вается линия сброса воды из барабана. При еще боль­ шем повышении или снижении уровня защитные устрой­ ства останавливают котел.

Наиболее опасны периоды растопки котла и взятия им нагрузки после растопки, когда уровень воды в бара­ бане регулируют вручную. Такое регулирование должно производиться особенно четко.

У котлов ТП-2.30-2 производительностью 230 т/ч на 100 кгс/см2 имело место несколько разрывов экранных труб непосредственно после растопки. Повреждались трубы, в которых циркуляция была наиболее слабой. Эти трубы были удалены на всех котлах, но при последующих растопках возникли разрывы соседних труб. Во избе­ жание аварии работники электростанции стремились поднять нагруз­ ку котлов после растопки как можно быстрее, чтобы сократить про­ должительность работы при опасном режиме. Но аварийные разрывы экранных труб становились все более частыми. Регистрирующие при­ боры при растопке не включались, и причину многократных аварий долгое время не могли найти.

Наконец было обращено внимание на показания дистанционного указателя уровня в период взятия одним из котлов нагрузки после растопки. Уровень воды кратковременно резко понизился, затем стал быстро повышаться, и в это время разорвалась экранная труба.

Повреждения труб прекратились после того, как взятие котлами нагрузки после растопки стали производить постепенно и медленно, а автоматические регуляторы питания стали включать сразу после повышения давлении,

162

10-3. Экраны (радиационная часть] прямоточных котлов

В экранных трубах прямоточного котла движение рабочей среды (т. е. воды и пара) происходит под дей­ ствием напора питательного насоса. При этом не нужно изготовлять экраны такой конструкции, при которой лучше всего обеспечивается естественная циркуляция воды. В частности, считаются нецелесообразными вер­ тикальные трубные панели по всей высоте топочной ка­ меры.

Радиационная часть котлов Рамзина. Для советских прямоточных котлов докритического давления приме­ няют предложенную Л. К. Рамзиным конструкцию — длинную трубную панель, многократно опоясывающую топочную камеру (рис. 4-4). Вода и пар движутся от нижнего конца труб к верхнему. На фронтовой и задней стенах топки трубы расположены горизонтально, чем упрощается сопряжение наклонных стен холодной во­ ронки с вертикальными стенами. Наклонные участки панели расположены на одной или на обеих боковых стенах топочной камеры.

При такой схеме практически исключается возмож­ ность неодинакового обогрева включенных параллельно труб, что повышает надежность их работы. Но трубные панели Рамзина нельзя изготовлять на заводе в виде транспортабельных блоков. Становится затруднитель­ ным и монтаж длинных труб без промежуточных кол­ лекторов. Для котлов сверхкритического давления схема Рамзина не применяется.

Радиационная часть котлов сверхкритического дав­ ления. Распространение получили как одноходовые, так и многоходовые трубные панели (рис. 10-4). Преимуще­ ствами многоходовых панелей с малым количеством промежуточных коллекторов являются их меньшие вес и гидравлическое сопротивление. Но при таких панелях устойчивость движения воды и пара может быть нару­ шена при менее значительном отклонении от правиль­ ного режима работы.

В последних моделях котлов сверхкритического дав­ ления из одноходовых панелей состоит расположенная в зоне ядра факела нижняя радиационная часть (НРЧ), где опасность неодинакового обогрева отдельных труб наиболее велика. Остальные экраны (СРЧ и ВРЧ) со­ стоят из многоходовых панелей.

Рис. 10-4. Схема движения ра­ бочей среды в трубных пане­ лях радиационной части котла сверхкритического давления ТГМП-314.

а —схема сопряжения одноходовых

панелей НРЧ; б — схема сопряже­ ния панелей СРЧ (показаны со стороны обмуровки три из девяти

среды к фронтовым панелям НРЧ; 9 — линия подачи рабочей среды из НРЧ в СРЧ.

Ijillü!

в)

В каждый корпус прямоточного котла большой производительности питательная вода подается не более чем двумя раздельными потоками. Увеличение числа таких потоков считают нежелательным из-за усложнения усло­ вий регулирования, увеличения количества арматуры и уменьшения надежности. При двухпоточной схеме труб­ ные панели экранов (радиационной части) соответствен­

Если радиационная часть котла состоит из много­ петлевых трубных панелей, то каждая из этих двух групп разделяется на несколько включенных параллель­ но «подпотоков», не имеющих раздельного регулирова­ ния подачи воды. В радиационной части двухкорпусного котла ТПП-210А каждый регулируемый поток разде­ ляется на три, а в СРЧ и ВРЧ однокорпусного котла ТПП-312 — на девять таких «подпотоков».

Надежная работа экранов, разделенных на нерегу­ лируемые «подпотоки», подтверждена опытом длитель­ ной эксплуатации многих котлов. Но в отдельных слу­ чаях требовались различные изменения конструкции.

При проектировании двухкорпусного котла ТПП-200 к первому в СССР энергоблоку мощностью 800 МВт расчеты подтвердили на­ дежность схемы с разделением каждого из регулируемых потоков воды в НРЧ на девять нерегулируемых «подпотоков». Но дополни­ тельные расчеты в период монтажа котла показали, что неустойчивое движение воды может все же возникнуть при отдельных -переходных режимах эксплуатации. Для повышения надежности разделили НРЧ котла на две включенные последовательно почти равные части, между которыми установили промежуточные перемешивающие коллекторы. Кроме того, на входе в каждую из панелей НРЧ установили дрос­ сельную шайбу на 4 кгс/см2, предназначенную для дополнительного выравнивания расхода воды по панелям. Эти переделки достигли своей цели: хотя в первый период эксплуатации котла имели место различные отклонения от правильного режима работы, повреждений труб НРЧ не происходило.

В гл. 4 указывалось, что в котлах сверхкритического давления отсутствуют испарительные поверхности на­ грева. Во входной части экранов происходит подогрев воды, затем на коротком участке вся вода превращает­ ся в пар, а остальная часть экранов работает как паро­ перегреватель. Поскольку в зоне превращения воды в пар могут иметь место ухудшенные условия передачи

При проектировании котлов сверхкритического давления

165