Лекция 10 «Тепловые и температурные элементы»

Формирование исходных знаний

Тепловые и температурные элементы выполняют главные функции в формировании в тепловой мощности с требуемыми параметрами пара на главный паровой задвижке котла «ГПЗ», его КПД брутто.

Тепловая мощность котла формируется факелом в топке, передается котельной воде в топочных экранах для образования влажного пара, который преобразуется в сухой пар в парообразующих элементах котла за фестонным выступом.

Параметры отпускаемого котла сухого пара взаимосвязаны в соответствии с уравнением Клайперона-Мендееева: произведение давления на объем пара пропорционально его температуре.

Передача теплоты происходит лучистым, конвективным теплообменном и теплопередачей стенки нагреваемой трубы экрана котельной воде и пару.

 

Изучение нового материала

Главными параметрами сухого пара являются избыточное давление, температура и расход, отпускаемые в главный коллектор ТЭС с регистрацией на ГПЗ котла.

Основным элементом котла формирующим влажный пар в топке, являются подъемные трубы топочного экрана, как составные элементы циркуляционного контура.

Влажный пар перегревается в сухой пар с помощью экранных поверхностей пароперегревателей различного типа.

Регулирование параметров сухого пара при отпуске производится работой пароохладителя.

Топочные экраны. Трубная поверхность нагрева установлена в топке парового котла. В трубках циркулирует котельная вода. Элементы топки применяются для повышения парового напряжения поверхности нагрева котла, снижения топочной температуры газов и предохранения обмуровки котла от выгорания.

Типы экранов [23]:

1) В котлах малой и средней мощности используют гладкотрубные экраны с трубами диаметром 60 × 3 ммиз стали Ст 20, рисунок10.1.

 

 

Рисунок 10.1- Глаткотрубный экран

 

2) Ошипованный экран применяют в топках с жидким шлакоудалением для ускорения воспламенения топлива и улучшения вывода шлака в чистом виде. шипы. К трубам привариваются (перпендикулярно осям) прутки (шипы d_ш = 10 мм, h_ш = 25 мм) и обкладывают термостойкой бмуровкой, рисунок 10.2.

 

.

 

Рисунок 10.2- Ошипованный экран

 

3) Газоплотный экран (из плавниковых труб) используют в газоплотных топках (∆ α =0), которые позволяют повысить тепло-восприятие факела, рисунок 10.3.

 

Рисунок 10.3 –Газоплотный экран

 

Пароперегреватель служит для получения перегретого пара из сухого насыщенного в пароперегревателе котла, для нагрева пара от температуры насыщения до требуемой температуры (t_н = 200÷ 340º С, t_пе = 440÷ 545º С), для обеспечения цикла Ренкина, рисунок 10.4.

(1-2-3-4) – нагрев воды, её испарение, перегрев пара; (4-5) – расширение пара в турбине; (5-0) – конденсация пара; (0-1) – регенеративный подогрев конденсата и питательной воды (для уменьшения расхода теплоты на нагрев пара).

Рисунок 10.4- Рабочий цикл паросиловой установки в Т-S диаграмме

 

По способу тепловосприятия пароперегреватели подразделяются на конвективные, радиационно-конвективные и радиационные. В отопительных котлах низкого и среднего давлений используются конвективные пароперегреватели с вертикальным или горизонтальным расположением труб. Для получения пара с температурой перегрева более 500 °С в отопительных котлах применяют комбинированные пароперегреватели, в которых тепловосприятие в одной части поверхности происходит за счет излучения, а в другой путем конвекции, например ширмовые поверхности пароперегревателя.

Конвективный пароперегреватель устанавливают в горизонтальном газоходе по прямоточной, противоточной и смешанной схеме.

Прямоточная схема: d_тр = 32 – 38 – 42 мм; δ _ст = 3 – 5 мм; ∆ t_прям = min => H_прям = mаx, рисунок 10.5.

 

 

Рисунок 10.5- Конвективный пароперегреватель, прямоточная схема

 

Противоточная схема: ∆ t_прот = mаx => H_прот = min.

Недостаток: пережог выходных петель (t_ст=t_п+ => одинарные петли получают при повышения температуры стенки t_ст↑ ↑ = t_п↑ + ↑ → разрыв), рисунок 10.6.

 

 

Рисунок 10.6- Конвективный пароперегреватель, противоточная схема

 

Недостатки предыдущих схем устраняет смешанная схема движения, рисунок 10.7.

Рисунок 10.7- Конвективный пароперегреватель, смешанная схема

 

Для снижения тепловой развертки пароперегреватель делят на секции и осуществляют переброс пара:

 

 

Рисунок 10.8 - Схема раздельной компоновки конвективного пароперегревателя

 

Для защиты от пережога необходима высокая скорость пара: ↑ W_п ≈ 25 м/с т.к. α ₂↑ (↓ )~ W_п^{0, 6}. Если t_пе < 400º C используют Ст20. При t_пе = 410÷ 510º С → Сталь12Х1МФ.

 

Для повышения компактности змеевики уплотняют и сдваивают, рисунок 10.9.

одна нитка змеевиков

Рисунок 10. 9 - Схема компоновки конвективного пароперегревателя

 

Недостатки конвективного пароперегревателя: высокое сопротив-ление прохода по дымовым газам.

 

Радиационный пароперегреватель. Радиационная часть поверхности нагрева пароперегревателя расположена в виде ширм непосредственно в верхней части топочной камеры, как и испарительные экраны, воспринимают тепло, излучаемое факелом сжигаемого топлива. Радиационные пароперегреватели работают с большими тепловыми нагрузками, температура металла их труб выше, чем у конвективных пароперегревателей, и превышает температуру пара на 100-150 °С. Радиационные пароперегреватели применяют для частичного перегрева пара, завершение которого осуществляется в конвективном пароперегревателе.

С увеличением Р_пара→ ↑ q_исп и ↓ q_пе => c ростом давления Р роль пароперегревающих поверхностей в котле растёт и в топке вместо части экранов устанавливают радиационный перегреватель [23].

а) Р_п < 10 МПа, рис.10.10.

 

 

Рисунок 10.10 - Радиационный пароперегреватель при Р_п < 10 МПа

 

б) Р_п ≥ 14 МПа, рисунок 10.11.

Надежное охлаждение труб достигается применением высокой скорости пара до 30 м/с..

Преимуществами радиационных пароперегревателей являются меньшая удельная площадь поверхности нагрева и отсутствие сопротивлений по газовой стороне, чем у конвективных пароперегревателей.

 

 

Рисунок 10.11 - Радиационный пароперегреватель при Р_п ≥ 14 МПа

 

Ширмовый перегреватель представляют систему трубок, размещают вертикально или горизонтально в верхней части топки. Использование ширмовых пароперегревателей уменьшает площадь поверхности нагрева настенных радиационных пароперегревателей и улучшает использование объема верхней части топочной камеры, рисунок 10.12.

Рисунок 10.12 - Ширмовый перегреватель при Р_п ≥ 14 МПа

 

Поскольку тепловосприятие пароперегревателя при высоком и сверх­критическом давлении пара достаточно большое, его выполняют комбинированным, включающим все три вида (радиационный настенный, полурадиационный ширмовой и змеевиковый конвективный). Радиационная часть пароперегревателя имеют место на начальном этапе перегрева пара, когда его температура еще невелика, что облегчает условия работы металла. С достаточно высокими сред­ними тепловыми напряжениями и в условиях заметной неравномерности температур газового потока работают полурадиационные поверхности, их располагают в средней зоне перегрева пара. Завершающий этап перегрева осуществляют в змеевиковых конвективных пакетах, рас­положенных в зоне более низких температур газов и тепловых потоков [24].

Компоновка перегревателя зависит от выходного давления пара в нем [23].

а) Р = 4 МПа, t_пе = 440º С, q_пе ≈ 20%, рис.10.13.

 

 

Рисунок 10.13- Общая компоновка перегревателя при Р = 4 МПа,

t_пе = 440º С, q_пе ≈ 20%

 

б) Р = 10 МПа, t_пе = 510º С, q_пе ≈ 30%, рис.10.14.

 

 

Рисунок 10.14- Общая компоновка перегревателя при Р = 10 МПа,

t_пе = 510º С, q_пе ≈ 30%

 

Для оценки состояния основного металла и сварных соединений оборудования и его пригодности к дальнейшей эксплуатации проводятся контроль и исследование металла вырезок его ответственных узлов и элементов в соответствии с требованиями.

 

Анализ

В топочной камере по всему периметру и по всей высоте стен обычно расположены трубные плоские системы - топочные экраны, являющиеся радиационными поверхностями нагрева.

Температура в топке в зоне горения факела достигает 1400-1600°С. Поэтому стены топочной камеры выкладывают из огнеупорного материала, а их наружная поверхность покрывается тепловой изоляцией. Частично охладившиеся в топке продукты сгорания с температурой 900-1200°С поступают в горизонтальный газоход котла, где омывают пароперегреватель, а затем направляются в конвективную шахту, в которой размещаются промежуточный пароперегреватель, водяной экономайзер и последняя по ходу газов поверхность нагрева — воздухоподогреватель, в котором воздух подогревается перед его подачей в топку котла. Продукты сгорания имеют температуру на выходе 110-160°С. Поскольку дальнейшая утилизация тепла при такой низкой температуре нерентабельна, уходящие газы с помощью дымососа удаляются в дымовую трубу [24].

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Средние температурные поправки плотности нефти и нефтепродуктов