12_Paroperegrevateli

	359
Поверхностные регуляторы могут быть включены: на стороне
насыщенного пара; между пакетами пароперегревателей («в рассечку»); на
стороне перегретого пара. Особенности каждой схемы состоят в следующем.
Регуляторы, расположенные между пароперегревателем и турбиной, не
защищают трубки пароперегревателя от перегрева, поэтому такой тип имеет
ограниченное применение.				Включение
			регулятора на сто-
			роне насыщенного
			пара	позволяет
			защитить от чрез-
Рис. 12.25. Конструкция поверхностного пароохладителя: 1 –			мерного перегрева
входной коллектор; 2 – выходной коллектор; 3 – крышка; 4 – U-			не только		металл
образные змеевики; 5 – камера			турбины, но и па-
роперегреватель. Но при этом снижение температуры перегретого пара дос-
тигается за счет конденсации некоторого количества насыщенного пара. Это
вызывает неравномерное распределение влаги по змеевикам и разверку тем-
пературы перегрева в различных змеевиках.
По отношению к экономайзеру поверхностный пароохладитель можно
включать последовательно или параллельно. При параллельном включении
(рис. 12.26) питательную воду, отбираемую для охлаждения перед входом в
экономайзер, после пароохладителя сбрасывают в барабан, а в экономайзер
		поступает меньше воды.
		По мере повышения на-
		грузки	парогенератора
		увеличивают расход воды
		на пароохладитель, в свя-
		зи с чем именно при вы-
		сокой нагрузке, когда че-
		рез экономайзер по усло-
		виям охлаждения его по-
		верхности нагрева требу-
		ется	увеличить		расход
а)	б)	воды,	при	параллельной
Рис. 12.26. Схемы включения поверхностного пароохла-		схеме	сделать		это	не
дителя по отношению к экономайзеру: а – параллельная;		представляется			возмож-
б – последовательная; 1 – барабан; 2 – пароохладитель; 3		ным, так как приходится
– сброс воды после пароохладителя; 4 – экономайзер		увеличивать расход воды
на пароохладитель. Параллельная схема приводит к недоиспользованию теп-
ла продуктов сгорания в области экономайзера: в связи с уменьшением рас-
хода воды через экономайзер при повышенной нагрузке температура ее по-
вышается, а температурный напор между продуктами сгорания и водой соот-
ветственно падает.

360

Последовательная схема включения пароохладители и экономайзера (рис. 12.26, б) лишена перечисленных недостатков и применяется в современ- ных установках. Расход воды на пароохладитель при полной нагрузке высок и может достигать 30–40% общего расхода питательной воды.

Наиболее разумным является включение пароохладителя между паке- тами пароперегревателя.

Основные недостатки пароохладителей поверхностного типа:

1)инертность, т. е. значительное запаздывание изменения температуры перегретого пара (5–7 мин) при изменении режима работы котла. Это явилось основной причиной того, что новые парогенераторы высокого давления те- перь проектируют с охлаждением перегретого пара впрыском;

2)трудность достижения равномерного распределения сконденсиро- вавшейся влаги по змеевикам при установке пароохладителя на стороне на- сыщенного пара.

Изготовляемые в настоящее время поверхностные регуляторы могут

изменять температуру перегретого пара в пределах 50–60 °C. При этом через пароохладитель проходит до 40–60% расхода питательной воды. За счет па- роохладителя питательная вода нагревается на 20–25 °C.

Для регулирования температуры промежуточного перегрева пара наи- более широко применяют теплообменники, в которых теплота пара высокого давления передается пару, поступающему на вторичный перегрев. Их назы- вают паро-паровыми теплообменниками.

Паро-паровой теплообменник (ППТО). Промежуточный перегреватель является конвективной поверхностью. При снижении нагрузки на котле тем-

пература пара высокого давления после прохождения радиационной части перегревателя будет несколько возрастать, а в промежуточном перегревателе

	снижаться.
	Для	стабилизации
	температуры вторично пе-
	регреваемого	пара при
	снижении нагрузки можно
	использовать часть тепло-
Рис. 12.27. Принципиальная схема пароперегревателя	ты свежего пара и пере-
	дать его пару, поступаю-
котла СКД: РП – радиационный перегреватель; ШП –	щему на повторный пере-
ширмовый перегреватель; КП – конвективный перегре-	грев, в паро-паровых теп-
ватель; ВПР – впрыск воды; ППТО - паро-паровой теп-
лообменник; ПП – промежуточный пароперегреватель	лообменниках (рис. 12.27).
(цифры обозначают пакет перегревателя)	Секция	паро-

парового теплообменника состоит из системы 10–20 трубок диаметром 25–35 мм, помещенных в кол- лектор диаметром 300–400 мм (рис. 12.28). Для лучшей компенсации темпе- ратурных удлинений трубной системы и компактности устройства теплооб- меннику придают U-образную форму. Внутри трубок движется пар высокого

361

давления, а в коллекторе между ними – пар промежуточного перегрева, регу- лирование температуры которого достигается обводом (байпасированием) части потока помимо теплообменника.

В мощных паровых котлах число включенных секций по типу показан- ных на рис. 12.28 достигает несколько десятков. Диапазон регулирования температуры пара в ППТО составляет 30–40 °С. Паро-паровые теплообмен-

ники можно рассматривать как часть поверхности нагрева промежуточного пароперегревателя. По тракту вторично перегреваемого пара их устанавли- вают перед входом в конвективную поверхность промежуточного перегрева- теля котла. За счет регулирования пропуска части пара помимо ППТО темпе-

ратура пара в смесительном коллекторе перед конвективной поверхностью меняется, что обеспечивает при изменении нагрузки котла (изменении тепло- восприятия конвективной поверхности в газоходе) стабилизацию выходной температуры вторично перегретого пара.

От ЦВД		Вход пара
	1
4		промежуточного
		перегрева
3		Выход первичного
		пара
		Вход первичного
		пара
	2	Выход пара
В ЦСД		промежуточного
		перегрева

Рис. 12.28. Схема (а) и конструкция (б) паро-парового теплообменника: 1 – теплообменные трубки; 2 – камера; 3 – байпас; 4 – регулирующий клапан

Общим недостатком паро-паровых теплообменников является некото- рая трудность обнаружения повреждений внутренних трубок теплообменни- ков и ремонта их.

Регулирующая поверхность пароперегревателя. В этой схеме промежу-

точный пароперегреватель выполняют из двух конвективных ступеней – хо- лодной, размещаемой в зоне относительно низкой температуры продуктов сгорания, и горячей, размещаемой в зоне высокой температуры – с располо- жением между ними другой поверхности нагрева (рис. 12.29). Весь поток па- ра промежуточного перегрева распределяют байпасным клапаном между хо- лодной ступенью и обводным паропроводом. Регулирующей является холод- ная ступень пароперегревателя. Горячая ступень работает с переменной тем- пературой пара на входе, причем с повышением этой температуры тепловос- приятие горячей ступени уменьшается, что направлено против необходимого воздействия и снижает эффект регулирования. Преимущество этого метода регулирования состоит в том, что он не оказывает воздействия на работу пе- регревателя высокого давления. Недостатками метода являются повышенный расход металла на холодную ступень промежуточного перегревателя и инер- ционность системы регулирования. Поэтому она не получила широкого рас- пространения.

362

Рис. 12.29.

Регулирование

t′′

температуры пара промежу-

точного перегрева

методом

пе

байпасирования пара: а –

схема регулирования; б –

зависимость

температуры

перегретого

пара

от доли

байпасируемого пара; 1 –

горячая степень; 2 – пере-

ходная зона; 3 – холодная

ступень; 4 – байпасный кла-

Dб

пан; 5 – обводной паропро-

вод; Dб – доля пара, идущая

а)

б)

помимо холодной ступени

12.3.4. Методы газового регулирования

Газовое регулирование применяют для поддержания требуемой темпе- ратуры пара промежуточного перегрева, но оно связано с изменением топоч- ного режима и температур газов по тракту, поэтому влияет на температуру пара высокого давления. Газовое регулирование вызывает дополнительные

расходы энергии на тягу и увеличение потерь теплоты с уходящими газами и усложняет эксплуатацию.

Газовое регулирование осуществляют рециркуляцией продуктов сгора- ния, поворотными горелками или переключением ярусов горелок, байпасиро- ванием продуктов сгорания, использованием эффекта взаимодействия вихрей на выходе из горелок.

Требуемая температура промежуточного перегрева пара обычно не обеспечивается только газовым регулированием, поэтому в мощных котлах его применяют совместно с паровым.

Рециркуляция продуктов сгорания. Она обеспечивается возвратом части газов Vрц из газохода после экономайзера с температурой tрц = 350–450 °С в

топочную камеру. Газы рециркуляции вводят либо под горелки, либо в короб воздуха горелок (рис. 12.30). Поскольку абсолютное давление в топке выше, чем в месте отбора газов на рециркуляцию, их подача в топку возможна толь- ко специальным дымососом рециркуляции газов. В связи с этим возрастают общие затраты энергии на перекачку газов. Кроме того, возврат части газов в

топку увеличивает общий объем газов в тракте от топки до места отбора газов и сопротивление этого тракта, отчего дополнительно увеличиваются затраты энергии на тягу в основных дымососах.

Доля рециркулирующих газов

rрц = Vрц / Vг ,

(12.4)

363

изменяется обычно от 5 до 30% и увеличивается по мере снижения нагрузки, когда заметно снижается тепловосприятие конвективных поверхностей про- межуточного перегревателя.

При вводе рециркулирующих газов происходит снижение температуры горения в топке и ослабление тепловосприятия топочных экранов. В конвек- тивных поверхностях нагрева в результате увеличения объема и скорости га- зов увеличивается тепловосприятие, особенно в промежуточном перегревате- ле. В итоге в среднем 1% рециркуляции газов обеспечивает повышение тем- пературы пара на 1,5–1,7 °С (рис. 12.30).

	Рециркуляцию дымовых га-
	зов применяют преимущественно
	на газомазутных котлах сверхкри-
	тического давления, которые не
	подвержены эоловому износу при
	повышенной скорости газов. В
	этом случае обеспечивают не-
	большую (5–10%) рециркуляцию
	газов даже при полной нагрузке,
Рис. 12.30. Организация рециркуляции дымо-	так как ослабление прямой отдачи
	в топочной камере оказывает по-
вых газов	ложительную роль в отношении

защиты экранов НРЧ от чрезмерно высоких тепловых нагрузок.

Введение инертных газов рециркуляции в ядро факела при сжигании твердых топлив приводит к затягиванию горения и возможному росту потерь теплоты с недожогом. Такая рециркуляция газов может быть рекомендована только для топлив с большим выходом летучих веществ. В других случаях рециркуляцию газов можно осуществить в верх топки. Ее цель – снижение температуры газов перед ширмами, что уменьшает вероятность их шлакова- ния.

Наличие рециркуляции газов приводит к некоторому повышению тем- пературы уходящих газов и, следовательно, потерь теплоты с ними – q2 , при

этом несколько возрастает расход топлива по сравнению с режимом без ре- циркуляции.

Изменение положения факела в топке. Тепловосприятие топочных эк-

ранов определяется не только уровнем температуры в топке, но и характером ее распределения по высоте топки. Изменяя положение факела, можно увели- чить или уменьшить тепловосприятие топки, а следовательно, и температуру газов на выходе из нее ϑт′′ . Это в свою очередь изменяет тепловосприятие

конвективных поверхностей. При повороте горелок вниз от горизонтального положения суммарное радиационное тепловосприятие топочных экранов уве- личивается, а температура на выходе из топки ϑт′′ понижается, при этом

уменьшается и тепловосприятие промежуточного пароперегревателя. Наобо-

364

рот, поворот осей горелок вверх приводит к уменьшению тепловосприятия экранов (так как нижняя часть топки практически не «работает») и росту тем- пературы продуктов сгорания на выходе из нее. Однако в практике эксплуа- тации разворот горелок затруднен из-за деформаций выходной части горелки под воздействием высоких температур факела, а применение этого метода

при сжигании твердых топлив возможно только на мощных котлах с большой высотой топки, когда разворот горелок вверх, не приводит к появлению не- дожога из-за уменьшения длины факела.

В последнее время для наладки теплового режима топки и регулирова- ния перегрева применяют плоскофакельные горелки с верхним и нижним со- плами подачи вторичного воздуха, установленными под углом к горизон- тальному соплу ввода аэропыли. При преимущественной подаче вторичного воздуха по одному из сопл факел горелки отклоняется вверх или вниз, что обеспечивает наладку тепловой работы топки.

		На газомазутных котлах
		старых выпусков с много-
		ярусными горелками положе-
		ние факела меняют переклю-
		чением ярусов горелок, при
		этом	суммарная		мощность
		всех горелок составляет 150%
		тепловой		мощности		котла.
		При большой нагрузке, когда
а)	б)	перегрев пара растет, вклю-
		чают нижние ярусы горелок, а
Рис. 12.31. Схемы регулирования температуры пара		при малой нагрузке – верхние.
байпасированием продуктов сгорания: а – через хо-		Байпасирование				про-
лостой газоход; б – распределением газов по запол-		дуктов сгорания. Регулирова-
ненным газоходам; 1 – пакеты промежуточного пе-		ние температуры вторично пе-
регревателя; 2 – экономайзер; 3, 4 – дымосос; 5 –		регреваемого пара байпасиро-
регулирующая заслонка		ванием		продуктов	сгорания
можно осуществить в двух вариантах: использованием холостого газохода
между пакетами пароперегревателя (рис. 12.31, а) и распределением продук-
тов сгорания по параллельным газоходам, в одном из которых расположены
другие поверхности нагрева (так называемый разделенный газоход, рис.
12.31, б).
Регулирование расхода продуктов сгорания через холостой газоход
осуществляют газовыми заслонками (шиберами). При холостом газоходе га-
зовые заслонки работают в тяжелых температурных условиях, а теплота вы-
сокотемпературных газов не используется. Более предпочтительным является
применение разделенных газоходов, заполненных поверхностями нагрева. В
этом случае регулирующие заслонки находятся в зоне относительно низких
температур и работают более надежно. Еще лучше вариант без применения

365

заслонок, а изменение расхода газов по газоходам конвективной шахты обес- печивается дымососами (рис. 12.32). Такой вариант применен на мощном котле для блока 800 МВт. Регулирование изменением расхода газов через по- верхность более приемлемо при сжигании твердых топлив.

Рис. 12.32. Схема котла с разделением газоходов: 1 – топка; 2 – основной перегреватель; 3

– промперегреватель; 4 – экономайзер; 5 – основной воздухоподогреватель; 6 – предвклю- ченный воздухоподогреватель; 7 – дымососы

12.4.Примеры и контрольные вопросы

12.4.1.Примеры

1.Определить массовую скорость пара в ширмовом пароперегревателе котельного агрегата Е-320-13,8-560 КТ, если расход пара через ширмовый па- роперегреватель Dшпп = 86,0 кг/с, ширина топочной камеры bт = 12,06 м, ши-

рина ширмы bш = 1,4 м, поперечный шаг расположения ширм S1 = 0,71 м, продольный шаг расположения труб в ширме S1 = 0,035 м, наружный диаметр труб dн = 0,032 м, толщина стенки δ = 0,004 м, число ходов пара в ширмах nx

= 2.

Решение: количество ширм по ширине топки определяем по формуле:

nш = bт − S1 = 12,06 − 0,71 =16. S1 0,71

Количество параллельно включенных трубок в одной ширме определя- ем по формуле:

						366
	n =	bш - 2 × dн	+1 =	1, 4 - 2 × 0,032		+1 = 20.
		2 × S2			2 × 0,035

Внутренний диаметр труб находим по формуле:

dвн = dн - 2 × d = 0,032 - 2 × 0,004 = 0,024 м.

Массовую скорость пара определяем по формуле:

	nx × Dшпп					2 ×86,0	2
wм =					=			=1188,1 кг/(м ·с).
	p × d	вн	2	× n × n		3,1416 × 0,0242	×16 × 20
	4			ш		4

12.4.2.Контрольные вопросы

1.Перечислите виды пароперегревателей по характеру тепловоспрития. Какие виды перегревателей различают по конструкции?

2.В каких случаях рекомендуется применение прямоточной и противо- точной схем движения потоков пара и газов?

3.Какие меры применяют для уменьшения разверки температур пара по змеевикам?

4.Что такое комбинированный пароперегреватель?

5.Как изменяются радиационная и конвективная регулировочные ха- рактеристики пароперегревателя? Почему нельзя выполнить пароперегрева- тель с независимым от нагрузки котла значением температуры перегрева?

6.Перечислите виды парового регулирования перегрева пара и газового регулирования.

7.Почему и в каких случаях приходится применять схему впрыска соб- ственного конденсата?

8.Проанализируйте преимущества и недостатки ППТО и регулирую- щей поверхности.

9.Для каких топлив целесообразно применять рециркуляцию газов, для каких – байпасирование газов и почему?