12_Paroperegrevateli

350

точной схеме, чтобы защитить выходные змеевики от воздействия повышен- ного теплового потока и тем самым несколько снизить температуру метала, хотя размер поверхности прямоточного пакета при этом увеличится по срав- нению с противоточным. Первый конвективный (холодный) пакет часто ус- танавливают также в зоне умеренных температур газов. Это позволяет ис- пользовать для выполнения пакета более дешевую углеродистую сталь (при температуре стенки tст = 450 °C).

Рис. 12.15. Схемы компоновки пароперегревателей: а – в барабанном котле без проме- жуточного перегрева; б – в прямоточной котле с промперегревателем, 1 – настенная радиационная поверхность; 2 – ширмовый пароперегреватель: 3 – потолочный радиа- ционный перегреватель; 4 – конвективный перегреватель; 5 – промежуточный перегре- ватель; 6 – подвесные трубы заднего экрана

В паровых котлах того же давления, но со сниженной температурой па- ра (до tпп = 545 °С) (см. рис. 12.15) ширмовый перегреватель включен после

радиационного и при отсутствии настенной панели радиационного перегрева- теля (она не нужна при tпп = 545 °С) получает пар достаточно низкой темпе-

ратуры, что повышает надежность металла труб, образующих ширмы. В этом случае конвективные пакеты перегревателя включены последовательно. Вы- ходной пакет размешают в верхней части конвективной шахты с горизон- тальными змеевиками и с опорой на подвесных трубах. Оба конвективных пакета обычно выполняют по смешанной схеме включения: каждый пакет со- стоит из четырех секций по ширине газохода – две крайние включены проти- воточно, две средние – прямоточно (на рис. 12.15 показана только средняя секция).

На рис. 12.17 показан один из вариантов компоновки перегревателя на прямоточном котле СКД. Здесь использованы горизонтальные ширмы, вклю- ченные по пару после радиационной экранной поверхности топки. В связи с этим выходной конвективный пакет перегревателя расположен в начале кон-

352

верхности пароперегревателя (высокого давления и промежуточного перегре- ва) размещаются в нем (рис. 12.18), трубные змеевики, образующие поверх- ность, выполняются вертикальными и подвешены за коллекторы, находящие- ся сверху в уплотнительном коробе. Такое расположение облегчает систему крепления тяжелых змеевиковых пакетов и обеспечивает наименьшее загряз- нение труб снаружи золовыми частицами.

На рис. 12.18 показан вариант компоновки поверхностей пароперегре- вателя газомазутного котла СКД большой мощности, отличающийся байпаси ованием по пару части поверхности промежуточного пароперегревателя в це- лях регулирования температуры пара. В этом случае общая поверхность тако- го пароперегревателя увеличивается и пароперегреватель занимает значи- тельную часть конвективной шахты, а выходная его ступень размещается в

конце горизонталь-

(шатер). Обозначения элементов такие же как и на рис. 2.11.

12.3.Регулирование температуры перегретого пара

12.3.1.Регулировочные характеристики пароперегревателей

Регулировочная характеристика, т. е. зависимость изменения темпера- туры перегретого пара от нагрузки парового котла, различна для паропере- гревателей разных систем. Характерной особенностью радиационного паро- перегревателя является снижение температуры перегретого пара с повышени-

354

нагрева. Поэтому поверхность пароперегревателя в этом случае омывается большим количеством продуктов сгорания, идущих с большей скоростью, и температура перегретого пара на выходе из конвективного пакета паропере- гревателя возрастает. В прямоточных паровых котлах, наоборот, снижение

температуры питательной воды вызывает соответствующее понижение и температуры перегретого пара, если не изменять тепловыделение в топке. Последнее необходимо будет увеличить.

Увеличение избытка воздуха в топке и повышение влажности топлива также связаны с ростом объема продуктов сгорания и соответствующим уве- личением скорости и коэффициента теплоотдачи по газовой стороне, что ве- дет к увеличению тепловосприятия конвективной поверхности. Шлакование

топочных экранов вызывает рост температуры продуктов сгорания на выходе из топки и соответствующее повышение температуры пара. Наоборот, шлако-

вание самого пароперегревателя приводит к ухудшению теплоотдачи и уменьшению температуры перегретого пара.

По ГОСТ 3619-76 допускаются небольшие отклонения температуры пе- регретого пара от номинального значения (от +5 до –10 °С). Даже комбини- рованные радиационно-конвективные пароперегреватели в эксплуатацион-

ных условиях не обеспечивают постоянства температуры перегретого пара в пределах допустимых отклонений, в связи с чем каждый котел оборудуют устройствами для регулирования температуры перегретого пара. Ввиду необ- ходимости глубокого изменения графика нагрузки электростанции желатель- но иметь возможно больший диапазон регулирования паропроизводительно- сти при сохранении номинальной температуры пара. Номинальная темпера-

тура должна обеспечиваться по пару высокого давления в регулировочном диапазоне нагрузок от 30 до 100%, по вторично перегретому пару в регулиро- вочном, диапазоне от 60 до 100 %.

12.3.2. Методы регулирования температуры пара

Различают два основных метода регулирования температуры перегрева

– паровой и газовый – с использованием для этого различных схем и уст- ройств (рис. 12.20).

Паровое регулирование основано на снижении энтальпии пара либо пу- тем отбора от него части теплоты и передачи этой теплоты питательной воде, либо путем впрыска в пар обессоленной воды и затраты теплоты на ее испа- рение. Эти методы обычно применяются для регулирования температуры по- тока пара высокого давления. Для регулирования температуры промежуточ- ного перегрева пара также применяют паровое регулирование, однако здесь обычно используют перераспределение теплоты между свежим паром высо- кого давления и паром промежуточного перегрева в специальном теплооб- меннике, а также регулируемое тепловосприятие в дополнительной поверх- ности.

355

Методы регулирования температуры перегретого пара

Рис. 12.20. Классификация методов регулирования температуры пара высокого давления и

пара промежуточного перегрева

Газовое регулирование основано на изменении тепловосприятия по- верхности нагрева с газовой стороны до значения, необходимого для получе- ния заданного уровня температуры перегретого пара. К этим методам отно- сятся рециркуляция продуктов сгорания, байпасирование части потока про- дуктов сгорания помимо поверхности нагрева пароперегревателя и, реже, из- менение положения факела в топочной камере. Газовое регулирование при- меняется для изменения температуры пара промежуточного перегрева.

12.3.3. Методы парового регулирования

Паровое регулирование в тракте пара высокого давления получило ши- рокое применение и осуществляется главным образом в двух вариантах: ох-

лаждение пара в поверхностных пароохладителях и вспрыскивание в поток перегретого пара чистого конденсата или питательной воды во впрыскиваю- щих пароохладителях. При этом поверхность пароперегревателя конструк- тивно выполняют с запасом, а излишний перегрев пара снимают в пароохла- дителе. Для промежуточного перегрева пара этот метод регулирования широ- ко не применяют, так как образующееся дополнительное количество, пере- гретого пара за счет впрыска воды поступает только в цилиндр низкого дав- ления турбины, что в итоге снижает показатель удельной выработки энергии в расчете на 1 кг пара.

356

Пароохладитель можно устанавливать за пароперегревателем, в рас- сечку между ступенями пароперегревателя либо на стороне насыщенного па- ра (рис. 12.21, а). При установке пароохладителя на выходе из пароперегрева- теля обеспечивается надежное поддержание заданной температуры пара пе- ред турбиной, но сам пароперегреватель в его выходной части остается не защищенным от высокой температуры (рис. 12.21, б), и потому для регулиро- вания температуры перегретого пара такой метод применять нельзя.

Рис. 12.21. Изменение температуры перегретого пара по тракту пароперегревателя при различном размещении пароохладителя: а – общая схема; б – изменение температуры пара по длине змеевиков перегревателя; 1–3 – места установки пароохладителя в тракте паро- перегревателя; 4 – предельно допустимая температура металла; РП – радиационный пере- греватель; КП – конвективный перегреватель

Установка пароохладителя по остальным вариантам защищает и турби- ну, и металл пароперегревателя. Однако меньшей инерционностью и большей точностью обладает регулирование температуры при установке пароохлади- теля 2 в рассечку пароперегревателя. Инерционность характеризуется, време- нем запаздывания воздействия пароохладителя на окончательную температу- ру перегретого пара. Чем ближе к выходу из перегревателя находится паро- охладитель, тем быстрее осуществляется воздействие на температуру пере- грева, но такой пароохладитель одновременно должен обеспечить надежную работу выходных змеевиков перегревателя, поэтому место его установки за- висит от этого фактора. Обычно для регулирования температуры пара ис- пользуют не один, а два-три пароохладителя, установленных между отдель- ными пакетами перегревателя. Один из них устанавливают перед ширмовым перегревателем (или в его рассечку.) для обеспечения надежной работы ме- талла этой сильно теплонапряженной поверхности, последний – перед вы- ходным пакетом перегревателя, имеющим небольшое тепловосприятие по па- ру (120–160 кДж/кг). Установка пароохладителя на стороне насыщенного па- ра приводит к большому запаздыванию регулирования (инерционность 5–7 мин) и в результате к значительным колебаниям температуры перегретого пара, что недопустимо в эксплуатации блока.

Впрыскивающий пароохладитель (рис. 12.22) представляет собой самое простое в конструктивном отношении устройство парового регулирования. Он представляет собой прямой участок паропровода длиной 6–7 м, который служит для впрыска конденсата в поток перегретого пара. Конденсат вводят

357

через форсунку-распылитель с несколькими отверстиями диаметром 3–6 мм.

Во избежание попадания относительно холодных струй конденсата на стенки паропровода, имеющего температуру перегретого пара, внутри паропровода

установлена разгруженная от давления защитная рубашка цилиндрической формы или в виде сопла Вентури. Ее размер (3–5 м) определяется расчетной длиной участка испарения капель влаги.

Рис. 12.22. Впрыскивающий пароохладитель: а – с цилиндрической защитной рубашкой; б

– с соплом Вентури; 1 – форсунка-распылитель; 2 – присоединительный штуцер; 3 – кор- пус пароохладителя; 4 – защитная рубашка; 5 – сопло Вентури; 6 – вход охлаждающей во- ды; 7 – вход пара

Снижение температуры перегретого пара вспрыскивающим пароохла- дителем достигается на некотором расстоянии от места ввода конденсата, так как на испарение капель конденсата и последующий перегрев образовавшего- ся из них пара требуется некоторый промежуток времени, а скорость потока пара в пароохладителе более 40 м/с. Уменьшения этого расстояния достигают более тонким распылением конденсата (за счет уменьшения диаметра отвер-

стий форсунки и увеличения перепада давления между впрыскиваемой водой и паром) и по возможности увеличением разности температур пара и конден- сата.

Тепловой баланс впрыскивающего пароохладителя можно записать:

где D′, Dвпр – расход пара и впрыскиваемой воды через пароохладитель, кг/с; hп′ , hп′′ – энтальпия пара перед пароохладителем и за ним, кДж/кг; hвпр – эн-

тальпия воды, поступающей на впрыск, кДж/кг.

Уравнение (12.2) позволяет определить необходимый расход воды на

Рис. 12.24. Схема расположения впрыскивающих пароохладителей в тракте прямоточного парового котла: ВПР – впрыскивающий пароохладитель; РПК – регулирующий питатель-

ный клапан

Поверхностный пароохладитель. Поверхностные пароохладители,

применяемые на мощных современных котлах, установленных на электро- станциях, могут быть горизонтальными и вертикальными.

Состоят из корпуса, крышки, трубной доски и змеевиков. Вода течет по трубкам (рис. 12.25), а между трубками – пар.