ПО ПОВЫШЕНИЮ ПАРОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БАРАБАННЫХ КОТЛОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

РЕКОМЕНДАЦИИ

(ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ)

ПО ПОВЫШЕНИЮ ПАРОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БАРАБАННЫХ КОТЛОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

УДК 621.311

Составлено Открытым акционерным обществом " Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей ОРГРЭС"

Исполнитель канд. техн. наук A.M. ФЕДОРОВ

2000г.

ВВЕДЕНИЕ

На ряде ТЭС иногда возникает необходимость работы котлов с нагрузками выше номинальных. В то же время многие паровые котлы среднего и высокого давления имеют технические возможности (запас по тяге, небольшие теплонапряжения топочного объема и т.д.) по увеличению паровой нагрузки выше номинальной. Иногда единственными моментами, ограничивающими паровые нагрузки, являются качество пара и обеспечение надежной циркуляции. Кроме того паровые котлы старых выпусков (1940—1960 гг.) имеют сепарационные устройства, которые морально и физически устарели. Все это открывает возможности форсировки номинальных паровых нагрузок котлов за счет применения более совершенных сепарационных устройств (допускающих более высокие удельные паровые нагрузки) с обеспечением при этом надежной циркуляции. Работы, связанные с форсировкой паровых нагрузок, должны проводиться только на оборудовании, у которого не превышен парковый ресурс.

У многих паровых котлов циркуляционные контуры и сепарационные устройства (СУ) запроектированы с некоторым запасом по паровым нагрузкам. Это открывает возможности за счет предварительной квалифицированной наладки СУ и приведения данных устройств к проектному исполнению увеличить паровую нагрузку таких котлов на 10—15% выше номинальной. Работа в обязательном порядке должна завершиться испытаниями котла.

Работы, связанные с увеличением паропроизводительности котлов выше номинальной (более чем на 10—15%), должны состоять, как правило, из следующих основных этапов:

тепловой расчет котла;

расчетный анализ внутрикотловой сепарационной схемы котла;

расчет циркуляционной надежности контуров котла;

расчет температуры стенки труб пароперегревателя;

разработка проекта реконструкции котла;

наладка внутрикотловых устройств и испытания котла.

В зависимости от целей и задач работы часть этапов может не производиться или производиться в уменьшенном объеме.

ОСНОВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ВНУТРИКОТЛОВЫМ УСТРОЙСТВАМ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ФОРСИРОВКУ ПАРОВЫХ НАГРУЗОК КОТЛОВ СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ

Установка улиточных внутрибарабанных циклонов вместо тангенциальных

Как правило, у котлов среднего давления в барабане котла в качестве первичных СУ устанавливаются внутрибарабанные циклоны. Котельные заводы устанавливают циклоны с тангенциальным вводом пароводяной смеси. Акционерным обществом " Фирма ОРГРЭС" были разработаны и испытаны улиточные циклоны с " колпаком" над корпусом циклона, которые имеют допустимые паровые нагрузки на 25% выше, чем у тангенциальных. За счет только замены тангенциальных циклонов на улиточные конструкции ОРГРЭС допустимые паровые нагрузки котлов можно в среднем увеличить приблизительно на 25%.

Установка в водяном объеме внутрибарабанных циклонов крестовин вместо лопастных вставок

Внутрибарабанные циклоны, как правило, проектируются с установкой в водяном объеме лопастных вставок. Применение лопастных вставок при определенных условиях (лопастные вставки могут нормально работать только при кратностях циркуляции через циклон не более 5-8) приводит к переполнению циклонов и, как следствие, к резкому ухудшению качества пара циклонов и котла. Вместо лопастных вставок АО " Фирма ОРГРЭС" применяет простые по конструкции крестовины, что, как правило, всегда приводит к улучшению качества пара котлов.

Варианты реконструкции котлов

Котел ЦКТИ-75-39 (D _к = 75 т/ч) - рис. 1. В результате реконструкции этих котлов номинальная паровая нагрузка была увеличена до 100 т/ч (133% D _н). Реконструкция котла в основном заключалась в применении внутрибарабанных циклонов ОРГРЭС (с улиткой) вместо заводских циклонов (тангенциальных), имеющих более низкие удельные паровые нагрузки, а также в установке двух выносных циклонов диаметром 377x16 мм.

Рис. 1. Сепарационная схема котла ЦКТИ-75-39:

1 - распределитель питательной воды; 2 - короб приема пароводяной смеси;

3 - внутрибарабанный циклон (улиточный); 4 - колпак; 5 - дырчатый пароприемный потолок; 6 - поддон; ПВС - пароводяная смесь

Котел БКЗ-50-39 (D _к = 50 т/ч). В результате реконструкции этих котлов номинальная нагрузка была увеличена до 75 т/ч (150% D _н) за счет применения более совершенных внутрибарабанных циклонов АО " Фирма ОРГРЭС" (с улиткой) как в 1-й, так и во 2-й ступенях испарения, а также дополнительной установки четырех циклонов диаметром 426x20 мм (третья ступень испарения).

Котел БКЗ-75-39 (D _к = 75 т/ч). В результате реконструкции этих котлов номинальная нагрузка была увеличена до 90 т/ч (120% D _н) за счет установки в барабане циклонов АО " Фирма ОРГРЭС" (с улиткой) и перевода схемы ступенчатого испарения с двух- на трехступенчатую,

Варианты реконструкции некоторых типов паровых котлов

Котел ТП-170 (D _к = 170 т/ч, Р_б = ПО кгс/см², t _пп = 510 °С). В результате реконструкции паровая нагрузка котла была увеличена до 200 т/ч (118% D _н). Реконструкция сепарационной схемы (рис. 3) котла заключалась в основном в установке нового паропромывочного устройства, нового дырчатого пароприемного потолка, подаче на паропромывочное устройство только 50% ПВ (была 100%-ная подача ПВ), демонтаже жалюзийного сепаратора пара, установке в торцах барабана новых малообъемных солевых отсеков, исключающих переброс котловой воды в чистый отсек.

Котел ПК-20 (D _к = 120 т/ч, Р_б = 110 кгс/см², t _пп = 540 °C). В результате реконструкции паровая нагрузка котла была увеличена до 150 т/ч (125% D _н). Реконструкция сепарационной схемы котла заключалась в основном в демонтаже жалюзийных сепараторов пара, замене корытчатого паропромывочного устройства новым плоским промывочным листом, установке в чистом отсеке внутрибарабанных циклонов вместо пластинчатых сепараторов пара, подаче 50% ПВ на промывочное устройство (вместо 100%), замене старого пароприемного потолка новым.

Котел ПК-14 (D _к = 220 т/ч, Р_б = 110 кгс/см², t _пп = 540 °C). В результате реконструкции паровая нагрузка котла была увеличена до 240 т/ч (109% D _н). Реконструкция сепарационной схемы котла заключалась в основном в замене корытчатого паропромывочного устройства новым плоским промывочным листом, подаче 50% воды на промывочное устройство (было 100%), демонтаже жалюзийного сепаратора пара, замене старого пароприемного листа новым.

Рис. 3. Сепарационная схема котла ТП-170

Котел БКЗ-160-100 (D _к = 160 т/ч, Р_б = 115 кгс/см², t _пп = 540 °С). В результате реконструкции паровая нагрузка котла была увеличена до 200 т/ч (125% D _н). Реконструкция заключалась в основном в замене корытчатого паропромывочного устройства новым плоским промывочным листом, подаче 50% воды на промывку (было 100%), демонтаже жалюзи.

Котел БКЗ-210-140 (D _к = 210 т/ч, Р_б = 160 кгс/см², t _пп = 560 °С). В результате реконструкции паровая нагрузка котла была увеличена до 230—240 т/ч (114% D _н). Реконструкция сепарационной схемы котла заключалась в основном в замене корытчатого паропромывочного устройства новым плоским промывочным листом, подаче 50% воды на промывочное устройство (было 100%), демонтаже жалюзийного сепаратора.

Котел БКЗ-420-140 НГМ-4 (D _к = 420 т/ч, Р_б = 160 кгс/см², t _пп = 560 °С). В результате реконструкции паровая нагрузка котла была увеличена до 450 т/ч (107% D _н).

Следует отметить, что после проведения реконструкции сепарационных устройств вышеназванных котлов были выполнены испытания, которые подтвердили надежную работу котлов при повышенных паровых нагрузках и с отпуском пара, соответствующего нормам ПТЭ.

Пароперегреватели (ПП)

У котлов среднего и высокого давления из-за того, что ПП выполняются либо конвективными, либо радиационно-конвективными с увеличением нагрузки котла температура перегретого пара возрастает, соответственно возрастает и температура металла стенок труб.

Следует отметить, что с увеличением нагрузки котла происходит более полное и равномерное заполнение факелом топки котла. Кроме того происходит увеличение гидравлического сопротивления пакетов ПП. Все это вместе взятое приводит к тому, что с увеличением нагрузки разверки температур пара в пароперегревателе несколько снижаются.

Пароохладители при увеличении паропроизводительности котлов должны обеспечивать расчетную температуру перегретого пара как на выходе из ПП, так и в отдельных ступенях. Кроме того, температура стенки всех змеевиков ПП (лобовые змеевики ширм или выходные ступени и т.д.) должна быть ниже температуры начала окалинообразования и притом с некоторым запасом. Поэтому перед повышением паропроизводительности котла выше номинальной следует убедиться в достаточной работоспособности как впрыскивающих, так и поверхностных пароохладителей при расширенном диапазоне регулирования.

Если впрыскивающие пароохладители не обеспечивают расчетный перегрев пара, то расход " собственного" конденсата можно увеличить за счет увеличения диаметра выходных отверстий в форсунках распыла. Указанное в большей степени относится к регулятору 1-го впрыска, так как он работает с наименьшим перепадом на впрыск.

В случае если указанные мероприятия не обеспечивают расчетный перегрев пара котла (или в промежуточных ступенях), то можно работу узлов впрыска перевести с впрыска " собственного" конденсата на впрыск питательной воды, однако качество перегретого пара должно соответствовать нормам ПТЭ.

При увеличении расхода впрыскивающей среды необходимо тщательно контролировать температуру верхних и нижних образующих камер пароохладителей поверхностными термопарами, установленными после паровых рубашек. При разности температур более 40—50 °С длину паровой рубашки необходимо увеличить.

При установке в тракте ПП поверхностных пароохладителей увеличить диапазон регулирования в какой-то степени можно за счет большего протока ПВ через трубную часть, например выполнив отбор ее до регулирующего питательного клапана котла. Следует отметить, что в любом случае расход воды через пароохладитель не должен быть меньше 10—15% от паропроизводительности котла для исключения возникновения кипения и гидравлических ударов в нем.

При увеличении паропроизводительности котлов выше номинальной в обязательном порядке необходимо выполнить расчет температуры металла стенок труб ПП. При этом необходимо вычислить расчетную температуру металла, которая определяет длительную прочность, а также температуру наружной поверхности стенки для оценки вероятности окалинообразования. Если расчеты показывают, что во всех ступенях ПП температура наружной поверхности труб не превышает предельных значений для данной марки стали (РУ по жаростойкости), то повышение паровых нагрузок котлов допустимо.

Был выполнен расчет температуры металла стенок труб 2-й ступени ПП котла ЦКТИ-75 при увеличении его паровой нагрузки с 75 до 100 т/ч, который показал, что температура наружной поверхности стенки трубы при нагрузке 100 т/ч составляет 453 °С. Змеевики 2-й ступени ПП данного котла выполнены из стали 15ХМ, для которой предельно допустимая температура наружной поверхности составляет 550 °С, т.е. будет обеспечен надежный температурный режим металла стенок труб пароперегревателя.

Водяные экономайзеры (ВЭ)

Котлы среднего давления, как правило, имеют кипящие ВЭ (котлы БКЗ-75-39, ГМ-50-1 и др.). Некоторые котлы высокого давления (Р_б = 115¸ 155 кгс/см²) также были запроектированы с кипящими ВЭ (котлы ПК-20, ТП-170, БКЗ-120-100ГМ, БКЗ-160-100ГМ, БКЗ-210-140, БКЗ-320-140ГМ и др.). Большинство же котлов высокого давления (Р_б = 155 кгс/см²) имеет некипящие ВЭ.

С увеличением паровой нагрузки котла, как уже отмечалось выше, снижается коэффициент прямой отдачи в топке. Например, при увеличении паровой нагрузки котла ЦКТИ-75 с 75 до 100 т/ч коэффициент прямой отдачи в топке снижается с 0, 573 до 0, 518. В соответствии с этим с увеличением паровой нагрузки тепловосприятие конвективных поверхностей нагрева, в том числе и ВЭ, возрастает. Например, для котла БКЗ-210-140 при паровой нагрузке 210 т/ч температура подогрева воды в ВЭ составляет 32 °С, а при увеличении нагрузки до 250 т/ч — 34 °С. У котла ЦКТИ-75 при паровой нагрузке 75 т/ч температура подогрева составляет 79 °С, а при паровой нагрузке 100 т/ч — 83 °С.

При форсировке паровых нагрузок котлов необходимо проверить (расчетом или экспериментально) режим работы ВЭ. Если ВЭ был запроектирован некипящим, то при форсировке паровой нагрузки котла он не должен выходить на кипение и притом с запасом

i ' — i _эк > 30 ккал/кг,

где i _эк — энтальпия воды на выходе из экономайзера.

Если ВЭ кипящий, то при форсировке паровых нагрузок желательно иметь на выходе из 2-й ступени паросодержание не более 25%, кроме того для хорошего и полного перемешивания воды на входе во 2-ю ступень необходимо иметь недогрев воды до кипения после 1-й ступени не менее 30-40 °С.

Наиболее опасная ситуация возникает тогда, когда при работе котла до номинальных нагрузок ВЭ некипящий, но при форсировке вотла ВЭ становится кипящим и притом с небольшим процентом кипения. При таком режиме возможно закипание воды в отдельных змеевиках при отсутствии кипения в других. Для исключения возникновения больших гидравлических разверок по трубам змеевиков необходимо их шайбование.

Следует отметить, что если при форсировке котла ВЭ становится кипящим, то сепарационные устройства необходимо реконструировать так, чтобы они допускали прием кипящей воды.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Основные мероприятия по внутрикотловым устройствам, обеспечивающие форсировку паровых нагрузок котлов среднего давления

2. Основные мероприятия по внутрикотловым устройствам, обеспечивающие форсировку паровых нагрузок котлов высокого давления

3. Анализ условий циркуляции при форсировке нагрузок паровых котлов

4. Анализ работы пароперегревателей и экономайзеров

http: //www.ssa.ru/articles/entry/5853D0A63 Принцип работы редукционно-охладительных установок

Первая ступень по снижению давления (дросселирования) пара происходит в регулирующем клапане (поз. 1), куда острый пар поступает через запорную задвижку рис. 1 (поз. 1) по паропроводу.

При больших перепадах давлений, с целью уменьшения шума во время работы, Установки обязательно имеют дополнительные ступени дросселирования для того, чтобы при резких перепадах давления уменьшать шум в процессе работы.

В зависимости от величины давления острого и редуцированного пара как дополнительные ступени дросселирования могут быть установлены один либо несколько узлов глушителей шума, которые имеют дроссельную рис. 1 (поз.3) и/или дроссельно-охладительную решетку в зависимости от значения давления пара: острого и редуцированного.

Шумоглушители - необязательный элемент РОУ и используются лишь при очень больших перепадах давления и не являются необходимым элементом РОУ.

Температура острого пара снижается путем впрыскивания в паровой поток охлаждающей воды через специальную трубку, расположенную в дросcельно-охладительной решетке узла глушителя шумов, либо через специальное сопло вода впрыскивается в охладитель пара рис.1 (поз.3).

Охлаждающая вода отбирает тепло у пара и начинает испаряться, пар при этом охлаждается до заданных температурных параметров. При выходе из охладителя пар имеет определенную заданную температуру, которая зависит от соотношения израсходованных объемов острого пара и впрыснутой охлаждающей воды и от их изначальной температуры. Рабочие параметры охладителей пара определяют размеры охладителей и число сопел.

Электронные регуляторы воздействуют на регулирующие паровой (поз.2) и водяной (поз.9) клапаны и способны автоматически поддерживать заданные давление и температуру редуцированного пара.

К тому же с целью регулировки температуры пара в наличии имеется вентиль игольчатый, управляемый с помощью ручного привода (поз.7).

Для того чтобы полностью перекрыть (открыть) поток охлаждающей воды для РОУ и ОУ конструктивно предусматриваются вентили запорные (поз.8).

Импульсно-предохранительное устройство, состоящее из предохранительного (поз.5) и импульсного (поз.6) клапанов,

имеется в каждой установке с целью предотвращения повышения давления выше заданного значения.

Количество таких импульсно-предохранительных устройств находится в зависимости от того, какова производительность установки и каковы параметры пара.

Рис.1. Схема редукционно-охладительной установки

1 — задвижка, 2 — клапан для регулировки (пар), 3 — охладитель пара или узел глушителя шума с дроссельно-охладительной решеткой, 5 — клапан предохранительный, 6 — клапан импульсный, 7 — вентиль игольчатый, 8 — вентиль запорный, 9 — клапан для регулировки (вода), 10 — задвижка.

Рис. 2 Схема редукционной установки

1 — задвижка, 2 — клапан регулирующий (пар), 4 — узел шумоглушителя с дроссельной решеткой, 5 — клапан предохранительный, 6 — клапан импульсный

Рис.3. Схема охладительной установки

1 — задвижка, 3 — охладитель пара, 7 — вентиль игольчатый, 8 — вентиль запорный, 9 — клапан регулирующий (вода), 10 — задвижка.

При проведении проектирования трубопроводов после РОУ учитывается то, что предохранительные клапаны рассчитываются на использование при минимальном давлении 0.25 МПа (2.5 кгс/см² ), в установках, имеющих номинальное давление редуцированного пара 0.12 МПа (1.2 кгс/см² ), предусмотрена возможность повышения давления до 0.25 МПа (2.5 кгс/см² ).

Согласно функциональному назначению, в редукционных установках происходит прохождение пара через расчетное количество ступеней дросселирования до достижения необходимых потребителю параметров давления пара, имеющего незначительное понижение температуры: регулирующий клапан, а также узлы глушителей шумов.

В установках охладительного типа температура пара снижается аналогично РОУ. Охладители пара ОУ в отличие от охладительных установок пара РОУ имеют иную конструкцию впрыскивающих устройств, то есть сопел, которые иначе расположены и имеют другие размеры, именно это позволяет обеспечивать оптимальность скорости пара и перемешивания его с впрыскиваемой водой. Причем при этом конструктивно невозможно, чтобы вода попала на стенку трубы.

Техничекие требования

Установки должны быть изготовлены соответственно требованиям ТУ 3113-001-79315310-2006 и ПБ 10-573-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды»
Установки, которые предназначаются для постоянного применения на нужды потребителя, должны устойчиво работать, обеспечивая производительность в следующем рабочем диапазоне: 40 - 100% от номинальной производительности.
Редуцированный пар по своим заданным температурным параметрам не может быть меньше показателя, который выше температуры насыщения на 20°С (293К).
Предохранительные клапаны по своей пропускной способности равны сумме пропускных способностей открытых на полную возможность парового регулирующего клапана и водяного.
Трубопроводы по норме монтируются с уклоном в сторону движения пара, при этом обеспечивается уклон не менее 1: 500.
При монтаже трубопроводов, которые подводят острый пар, отводят редуцированный пар, а также выхлопного трубопровода, учитывается необходимость ограничения нагрузок массы трубопроводов вместе с их тепловым расширением, которые может выдержать арматура.
Вода, которая применяется с целью охлаждения пара, по своим параметрам, согласно правилам Госгортехнадзора, соответствует нормам питательной воды, используемой для котлов с повышенным давлением.
Установка термодатчиков, которые определяют температуру охлажденного пара, может производиться на расстоянии 5 - 6 метров от того места, где вводится охлаждающая вода.
Импульсно-предохранительное устройство может быть установлено по нормам в любом месте трубопровода редуцированного пара, при этом расстояние от ближайшего элемента, будь то регулирующий клапан, глушитель шума или охладитель пара, должно составлять не менее 1, 5 метра.
Эксплуатация установок на иных, чем указанные в свидетельстве об изготовлении, средах и параметрах, категорически запрещена.

Комплектность

В комплект РОУ входят:

Паровая задвижка вентильного типа,
Вентиль игольчатый,
Дроссельный клапан,
Устройство для охлаждения пара (либо узел глушитель шумов, имеющий дроссельно-охладительную решетку),
Узел глушителя шумов, имеющий дроссельную решетку,
Предохранительное устройство импульсного типа,
Клапан для регулировки воды,
Вентиль для запирания воды.

В объем поставки не включены электронные приборы для регулирования давления и температуры, трубопроводы, помосты для рабочих, опоры, автоматика, а также манометры и термометры. При заказе этих наименований возможно осуществить полную комплектацию.

ЗАО " Завод редукционных установок" является основным производителем редукционных установок (РУ), редукционно-охладительных установок (РОУ), охладительных установок (ОУ). Продукция нашего предприятия позволяет в комплексе решить проблемы снижения давления пара и температуры.

620007, Екатеринбург (Промзона Кольцово), 16 км Сибирского тракта, 2.
Тел. (343) 213-02-51
http: //www.zavodru.ru