Види теплогенераторів (стр. 6 из 11)

додатково в топці розміщують настінні екрани, які служать радіаційними пароперегрівниками.

У старих котельних конструкціях низького тиску котел був єдиною поверхнею нагріву. З ростом тиску і температури пари, застосуванням пароперегрівників і водяних економайзерів роль котла в загальному вбиранні теплоти безперервно зменшувалась. При тисках 180–190 бар основним у вбиранні теплоти і найважливішим (за умовами роботи) елементом став пароперегрівник. Помітно зросла також роль водяного економайзера. Так зростання параметрів пари істотно змінило профіль котельних агрегатів.

Агрегати з природною циркуляцією будуть для тисків до 190 бар. Це зумовлено тим, що при вищих, близьких до критичних тисках густина води і густина пари стають близькими за своїми значеннями, у зв'язку з чим дуже утруднюється організація надійної природної циркуляції і сепарації води від пари.

2.3 Прямоточні парогенератори

Принцип прямотоковості стосовно до парових котлів полягає в тому, що в елемент, який нагрівається (трубу, змійовик, ряд паралельно включених змійовиків), подається насосом стільки води, скільки в ньому утворюється пари. Найпростіший прямотоковий котел являє собою змійовик, в один кінець якого надходить вода, а з другого – виходить перегріта пара. Щоб дістати в потужних прямотокових котлах прийнятний гідравлічний опір котла, поверхні нагріву роблять у вигляді великого числа (кількох десятків) паралельних витків. Прямотокові котлоагрегати вигідно відрізняються від котлів з природною циркуляцією відсутністю важких і дорогих елементів – барабанів, системи неогрівних опускних труб і колекторів.

Прямотокові котли – єдино можливий тип котлів для вироблення пари близькокритичного і накидного тиску. Компоновка котла подібна, аналогічна до компоновки котлів з природною циркуляцією.

Живильна вода подається насосом у конвективний економайзер, звідки вона надходить у нижню радіаційну частину агрегату, виконану у вигляді стрічки, яка складається з 44 паралельно включених витків. У котлах Рамзіна застосовується горизонтальна навивка екранних труб. На фронтальній і бічних стінках топки стрічки розміщуються горизонтально, на задній – з нахилом, який дорівнює ширині стрічки. Нижня і середня частини радіаційної поверхні нагріву – радіаційний економайзер і котел.

З радіаційного котла пароводяна суміш з 20%-ним вмістом води надходить у конвективну перехідну зону, де закінчується перетворення всієї води в пару, яка перегрівається приблизно на 20–30° С. Потім пара надходить у радіаційний пароперегрівник, розміщений у верхній частині топки, і з нього – в конвективний пароперегрівник, в якому перегрівається до заданої температури 510° С.

Перехідну зону розміщують у конвективній частині, щоб уникнути частих аварій через перепал труб і для продовження компанії котла (періоду між промиваннями), бо в цій зоні на стінках труб інтенсивно відкладаються накипотвірні речовини. Прямотокові котли надкритичного тиску виконуються без винесення перехідної зони (точніше, зони максимальної теплоємності) у конвективний газохід. При цьому менше витрачається дорогої аустенітової сталі і знижується вартість котла.

Прямотокові парогенератори дуже вимогливі до якості живильної води, бо розчинені тверді речовини, що надходять з водою, не видаляються з парогенератора: частина їх осаджується на стінках труб, а частина заноситься з парою і осаджується на лопатях турбін.

Вже споруджено ще потужніші прямотокові котлоагрегати на майже ті самі параметри пари для блоків 500 і 800 Мвт видатністю відповідно 1600 і 2500 т пари на годину.

Крім котлів з природною циркуляцією і прямотокових агрегатів, існує ще багато конструкцій парових котлів з багатократною примусовою циркуляцією води, що здійснююється за допомогою спеціальних насосів, високонапірних парогенераторів з топками, які працюють під тиском, парогенераторів атомних електростанцій тощо. Проте ці конструкції не набули у нашій країні великого поширення і не мають важливого значення для великої енергетики.

3. Внутрішньокотлові процеси

3.1 Циркуляція води

Циркуляція – це безперервний рух речовини (рідини, газу) по замкненому шляху. Такий рух води – природна циркуляція – відбувається у водотрубному котлі під час його роботи внаслідок різниці густин пароводяної суміші в грійних трубах і води в ненагріваних.

На рис. III-48 показано схему найпростішого циркуляційного контуру, що складається з верхнього і нижнього барабанів, лівої грійної і правої ненагріваної труб. При роботі такого контура в усталеному стані в нагріваній трубі відбувається кипіння води, і труба на дільниці Н_пар заповнена пароводяною сумішшю. При цьому утворюється рушійний напір Р, що дорівнює різниці зисків:

Н_пар r¢ – Н_пар r_сум = Н_пар(r¢ – r_сум),

де r¢ і r_сум – відповідно густини води й пароводяної суміші.

Цей напір при усталеному режимі дорівнює сумі опорів, що виникають під час руху води в контурі. Вода з верхнього барабана по ненагріваній трубі надходить у нижній барабан, а з нього–в грійну трубу. Після виходу суміші з труби у верхній барабан пара йде в паровий простір, а вода знов надходить у праву опускну трубу і т.д.

Джерелом енергії, що витрачається на перекачування води під час природної циркуляції води в замкненому контурі, є робота розширення парових бульбашок, що утворюються в кип'ятильній трубі при більш високому тиску, ніж тиск у паровому просторі – верхнього барабана котла.

При нормальному режимі циркуляції від стінок теплосприймальних поверхонь нагріву, що обмиваються водою, інтенсивно відводиться теплота. Коефіцієнт тепловіддачі при цьому від стінок до води дуже великий (обчислюється тисячами і десятками тисяч вт/м² × град), тому температура стінок мало відрізняється від температури води і утворювані парові і виділювані газові бульбашки не можуть затримуватися на стінках: температура металу в різних частинах котла при змінних режимах швидко вирівнюється; від температурної нерівномірності не виникають помітні термічні напруги.

Режим циркуляції характеризується багатьма величинами: швидкістю циркуляції w₀м/сек називається швидкість води на вході в підйомну трубу, кратністю циркуляції К–відношення кількості води G_ц, що надходить в грійну трубу, до кількості пари D, що утворюється в цій трубі за цей самий час,

кг/кг. Ця величина зворотна ваговому паровмістові суміші на виході з кип'ятильної труби.

У котлах з природною циркуляцією кратність циркуляції більша від одиниці. У сучасних котлах значення К коливається від 6 до 12. У прямотокових котлах вода не циркулює (К = 1).

Кипіти циркулююча вода починає не у вхідному перерізі труби, а на певній відстані від входу на висоті точки закипання h_{т. з}. Це пояснюється тим, що коли вода у верхньому барабані навіть повністю нагріта до температури кипіння, то в нижньому барабані вона буде недогрітою, бо тиск тут вищий, ніж у верхньому барабані, і воді треба надати якусь кількість теплоти для нагрівання її до температури кипіння, що й відбувається на дільниці огріваної труби висотою h_т.з.

На паротвірній дільниці підйомної труби пара й вода рухаються з різними швидкостями, середня абсолютна швидкість пари w_n більша від середньої абсолютної швидкості води w_b, різниця між ними називається відносною швидкістю пари w_r = w_n – w_b. Зведеною швидкістю пари w₀ називають швидкість пари, віднесену до всього перерізу труби, тобто ту швидкість, яку вона мала б, якби займала не частину перерізу труби (як це в дійсності має місце), а весь її переріз. Цією величиною, як і раніше наведеними, користуються при розрахунках циркуляції.

У парових котлах до колекторів і барабанів приєднується не одна, а багато паралельно діючих труб, в яких може бути порушений нормальний режим циркуляції. Найчастіші і найнебезпечніші порушення циркуляції бувають у вертикальних і круто нахилених грійних трубах через утворення вільного рівня (застою циркуляції) і перекидання циркуляції.

При утворенні вільного рівня води верхня частина труби буде заповнена парою; оскільки коефіцієнт тепловіддачі до майже нерухомої пари у багато разів менший від коефіцієнта тепловіддачі до води, то температура стінки труби сильно зросте, що може призвести до розриву труби. Це порушення циркуляції може статися не тільки при виводі пароводяної суміші з труби до парового простору барабана, а й при підведенні її під рівень води, хоча такий режим з утворенням парової пробки у верхній частині труби має менш стійкий характер.

Перекидання циркуляції полягає в тому, що вода в підйомній трубі рухається не знизу вгору, як при нормальному режимі, а зверху вниз – назустріч парі. При цьому через гальмування пари можуть утворюватись скупчення парових бульбашок, що повільно рухаються вздовж стінок, стінки гірше охолоджуються їх температура зростає, вони перегріваються, труби деформуються, інтенсивно розвивається корозія, що з часом призводить до розриву труб.

Причина цих порушень циркуляції – нерівномірне нагрівання паралельно включених труб і зменшення теплового навантаження труби до небезпечної величини через шлакування, занос леткою золою, тепловий перекіс (нерівномірність обігріву по ширині агрегату), затінення сусідніми трубами (при розведенні екранних труб у місцях пальникових амбразур) тощо.