Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции


Экраны топок

Топка котла предназначена для сжигания органического топлива, частичного охлаждения продуктов сгорания и выделения золы. Теплота сгорания топлива передается ограждающим изнутри топку экранам, в которых движется рабочее тело. Благодаря экранированию топки снижаются потери теплоты в окружающую среду и обеспечивается достаточная жесткость стен топки при восприятии распределенной нагрузки от перепада давлений при работе котла под наддувом или разрежением.

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Экраны топок могут быть гладкотрубными (рис.42,а), с проставками рис.42, б) и плавниковыми (рис.42,в). Экраны топок из плавниковых труб и труб с проставками являются газонепроницаемыми, их называют газоплотными. В котлах с ЖШУ в зоне активного горения для повышения уровня температур экраны топок со стороны топки изготовляют из ошипованных труб и покрывают огнеупорной обмазкой 5 (рис.42.г). С наружной стороны экраны топок имеют металлическую обшивку 1, которая предохраняет обмуровку 2 от внешних воздействий, в котлах с гладкотрубными экранами этим обеспечивается, кроме того, еще герметичность конструкции.


Основными требованиями к конструкции экранов являются следующие. Они должны быть газоплотными, технологичными в изготовлении, по возможности менее металлоемкими, транспортабельными и поставляться на монтажную площадку в виде законченных заводских блоков, готовых к сборке. Конструкция экранов должна обеспечивать свободу теплового расширения труб при нагреве и охлаждении во избежание появления в металле внутренних остаточных напряжений, надежный отвод теплоты от стенки для предотвращения перегрева металла, устойчивый режим течения среды без пульсаций и значительных неравномерностей по расходу в отдельных трубах, малую чувствительность к тепловым неравномерностям обогрева газами по периметру.и высоте топки.

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Экраны топок барабанных котлов с естественной циркуляцией, в которых полезный движущий напор невелик, для уменьшения сопротивления изготовляют из труб большего диаметра (60×4, 60×5, 50×5 мм) с минимальным числом гибов (рис. 43). Гибы расположены у верхних 2 и нижних 4 сборных коллекторов, 86 в месте расположения горелок, в верхней части топки при наличии верхнего пережима. Следует отметить, что пережим в топке выполняют для более полного заполнения продуктами сгорания топочного объема, лучшего обтекания ими поверхностей нагрева, расположенных на выходе из топки.


Для уменьшения влияния неравномерности обогрева по периметру топки на надежность циркуляции, экраны топок секционируются путем деления их на части — панели 3, каждая из которых образует свой циркуляционный контур. Нижние сборные коллектора 4 панелей имеют дренаж для полного удаления воды из контура при останове котла на ремонт. По условиям изготовления и транспортировки панели должны быть шириной 3,6 м, а длиной не более 28 м. При большей Длине экрана его выполняют с монтажным стыком, расположенным вне зоны максимального тепловыделения в топке или вне зоны активного горения (что еще лучше). Материал труб — сталь 20. Однако для высокофорсированных топок в зоне высоких тепловых потоков применяют трубы и из стали 15 Х М или 12 Х 1МФ.

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Шаг между трубами (см. рис. 42) в гладкотрубных экранах S = d + 4 мм, в плавниковых S/d = 1,33, в экранах с проставками S = d + δ (δ = 14; 16; 20 мм). В настоящее время экраны топок всех котлов паропроизводительностью D > 320 т/ч выполняют газоплотными. Рассмотрим особенности отдельных узлов экранов. Рассредоточенный ввод (вывод) экранных труб в коллектора (из коллекторов) выполняют для уменьшения ослабления стенки отверстиями.


Схемы узлов верхнего выступа топки показаны на рис.44.. Для топок, сжигающих газ, применима схема рис. 44, а,б. Использование схемы, показанной на рис. 44, а, для пылевидных топлив может привести к налипанию золы на участках с увеличенным расстоянием между изогнутыми трубами выступа. Для обеспечения жесткости экранов в направлении нормали к их поверхности применяют пояса жесткости 2 (рис. 45).

Они фиксируют трубы 1 и 3 в горизонтальной плоскости, но позволяют им свободно перемещаться по вертикали при нагреве и охлаждении. Трубы 3 экранов подвешивают к балкам 1 каркаса котла или здания котельной за верхние коллектора с помощью тяг 2 (рис. 46).

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

В зависимости от способа шлакоудалении нижняя часть экранов топки образует либо под, либо холодную воронку. Трубы пода в котлах с ЖШУ должны быть наклонены к горизонту под углом не менее 15°, чтобы не происходило расслоение пароводяного потока и, следовательно, не возникала опасность перегрева и разрыва труб, Угол наклона экранов холодной воронки в котлах с ТШУ 52°. Нижние коллектора противоположных экранов для предотвращения распрямления гибов труб в области перехода к поду или экранам холодной воронки жестко связывают между собой. В котлах, где теплота воспринятая экранами тратится практически только на испарение воды (р с 9,8 МПа), задний экран выполняют с разводкой труб 1 — фестоном (рис. 47). В котлах с более высоким давлением — в виде однорядного фестона с шагом S/d = 3,54 и установкой промежуточного коллектора 2.


Диаметр труб однорядного фестона 133 или 159 мм, продольный шаг многорядного фестона S2 = 150 мм. Экраны топок прямоточных котлов конструктивно выполняют в виде ленточной навивки Рамзина, горизонтальноподъемной навивки многоходовых подъемноопускных и многоходовых подъемных панелей. В навивке Рамзина (см. рис. 10) подъем ленты или лент осуществляется по двум или четырем стенам топки на угол 15-20°.

Экраны топок такой конструкции имеют малое гидравлическое сопротивление, нечувствительны к неравномерности обогрева по периметру топки, допускают приращение энтальпии рабочей среды без организации ее перемешивания до 1200 кДж/кг, имеют меньшую металлоемкость из-за отсутствия промежуточных коллекторов. Однако ввиду значительного количества сварочных работ при монтаже снижается надежность и увеличивается срок ввода оборудования. Навивка Рамзина применяется в котлах докритического (D < 1800 Т/ч) и сверхкритического давления.

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции


Горизонтально-подъемная навивка (рис. 48, а) мало чувствительна к тепловой неравномерности обогрева по ширине топки, допускает блочное изготовление, обладает хорошими самокомпенсационными тепловыми свойствами. Однако технологически она сложнее навивки Рамзина, имеет большое гидравлическое сопротивление и повышенную металлоемкость. Ввиду значительного числа гибов труб ее не применяют в газоплотных котлах. Многоходовые подъемно-опускные панели (рис. 48, б) допускают расположение входного коллектора как вверху, так и внизу. Изменением числа ходов можно выбрать необходимую ширину панели. Экраны топок этого типа изготовляют в виде блоков, они обладают самокомпенсационными тепловыми свойсГвами. Металлоемкость их меньше, чем металлоемкость горизонтально-подъемных панелей, но больше, чем металлоемкость экранов с навивкой Рамзина. Гидравлическое сопротивление такое же, как у горизонтально подъемных панелей. Газоплотное изготовление котлов с такими экранами затруднено в связи с наличием большого числа гибов. Тепловосприятие отдельного хода более чувствительно к тепловой неравномерности. Как показала эксплуатация котлов СКД, отсутствие перемешивания среды в области высоких локальных тепловых потоков приводило к частым разрывам экранных труб в зоне их максимального обогрева.

Необходимость организации промежуточного перемешивания среды привела к созданию многоходовых подъемных панелей (рис.


, в).
Они технологичны, допускают блочное изготовление в газоплотном исполнении, хотя и обладают повышенной металлоемкостью и значительным гидравлическим сопротивлением ввиду наличия дополнительных опускных труб-стояков и промежуточных коллекторов. Рассмотрим отдельные узлы экранов прямоточных котлов. В газоплотных котлах панели экранов топки не связаны с вертикальными балками каркаса котла, а подвешиваются друг к другу. Верхние панели тягами крепят к верхним горизонтальным балкам каркаса котла или здания котельной. Сопряжение отдельных участков экранов вертикальных панелей унифицировано (рис. 49). Щели между трубами 1 в зоне сопряжения уплотняют проставками 3, а коллектора 2 заключают в уплотнительный короб 5 (теплый ящик).

Тепловое перемещение экранов происходит от места крепления 4 подвески в вертикальном направлении. В ряде случаев верхнюю часть экранов подвешивают к балкам, а нижнюю опирают на каркас. Тепловое расширение нижней части экранов в этом случае происходит снизу вверх. Устройство 6 предотвращает прогиб экрана. При организации движения среды в один ход, т. е. при одновременной подаче среды в количестве, близком к паропроизводительности котла, по всему периметру топки, скорость рабочего тела в трубах тепловых экранов подъемных панелей даже на номинальной нагрузке оказывается малой. Отвод теплоты от стенки трубы в наиболее теплонапряженной части экрана может оказаться недостаточным. Поэтому движение рабочего тела в количестве D в НРЧ экранов такой конструкции организуется в два хода (рис. 50). В качестве первого I выбирают наиболее теплонапряженные панели.


Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Рабочее тело в количестве D1 направляется вначале в центральные панели фронтового 1 и заднего 2 экранов и в две центральные панели на каждой из боковых стен 3. Последнее объясняется динамическим воздействием на экраны топок при встречной компоновке факелов крайних горелок, что приводит к более высоким локальным значениям тепловых потоков. Массовая скорость среды рw = 2500 / 3000 кг/(м2/с).

Надежность работы экранов из вертикальных подъемных панелей во многом определяется термическими напряжениями в металле, возникающими в месте сварки отдельных панелей между собой. Допускаемый перепад температур стенок должен составлять Δt ≤ 30. Рассмотрим температурные условия в местах сварного соединения обогреваемых вертикальных панелей 1, имеющих необогреваемые перепускные трубы 2 при различных схемах организации движения рабочего тела (рис. 51). В схеме рис. 51, а различие в температурах груб в месте сварки панелей будет максимальным:

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции


В схеме рис. 51, б при балансе 3 части рабочего тела помимо первой панели температура Δt на выходе из первого хода будет выше, чем в схеме рис. 51, а (одинаковое количество теплоты воспринимается меньшим количеством рабочего тела). Значение Δtвых при этом меньше, а Δtвх будет иметь такое же значение, что следует из условия теплового баланса по рабочему телу.

Одновременное уменьшение Δtвх и Δtвых возможно при введении рециркуляции части среды на вход в первую панель. Для этого устанавливают смеситель 5 и насос 6 на линии 4 рециркуляции (рис. 51, в). Температура t’i растет, a t»i остается такой же, как в схемах рис. 51, а, б. Такая схема сложнее, а кроме того, возрастает потребление электроэнергии на собственные нужды. В котлах СКД распределение тепловосприятия между НРЧ, СРЧ и ВРЧ соответственно 55-45, 30-35 и 15-20 %. Несмотря на отсутствие жестких требований по уровню тепловосприятия НРЧ в большинстве котлов СКД энтальпия i’нрч на выходе из НРЧ принимается меньше энтальпии, отвечающей максимальному значению теплоемкости ср:

i’нрч = iср — (40 / 60)

Трубы панелей экранов прямоточных котлов изготовляют из стали 12Х1МФ диаметром 32×6, 42×5 мм и даже 50×5 мм. Уменьшить высоту топки можно установкой двусветных экранов 1 по ширине топки (рис. 52, а). Жесткость двусветных экранов обеспечивают путем приварки к трубам 3 нескольких рядов (по высоте) металлических прутков 4 (рис. 52, б) либо 92 применением газоплотных панелей. Защитой от прогиба экрану при возможном перепаде давлений газов по его сторонам служат межтрубные зазоры или газосообщающие окна 2.


Гладкотрубные экраны применяют в кот­лах всех систем, работающих под разреже­нием (с уравновешенной тягой). При естест­венной циркуляции топочные экраны распола­гают почти исключительно вертикально и в от­дельных случаях круто наклонно. Учитывая возможность организации движения пароводя­ной смеси со скоростью, предотвращающей нарушение гидравлических режимов, парооб­разующие поверхности котлов прямоточных и с многократной принудительной циркуляцией можно ориентировать в пространстве любым способом, выполняя топочные экраны верти­кальными, горизонтальными и подъемно-опуск­ными.

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции
Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Рис. 17.2. Конструкции футерованных экранов.

в — настенного гладкотрубвого; 6 — настенного мембранного; в — двусветного; / — шипы; 2 — труба- 3 — обшивка- 4 — пластич­ная хромитовая масса; 5 —карборунд; 5 — мембрана.


Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Рис. 17.3. Схемы контуров естественной циркуляции. а — с непосредственной выдачей пароводяной смеси в барабане б — с выдачей пароводяной смеси через коллектор; / — водоподводящие (опускные) трубы; 2 — парообразующие (подгеч ные) трубы; 3 — пароотводящие трубы; 4 — коллектор.

В соответствии с особенностями естествен­ной циркуляции и принудителъного движения рабочей среды ниже рассматриваются методы повышения надежности топочных экранов кот­лов с. естественной циркуляцией и прямоточ­ных котлов и их конструкции.

Методы повышения надежности циркуля­ции.Вправильно спроектированных и выпол­ненных контурах циркуляции при нормальной эксплуатации котлов обычно не возникает трудностей в отношении надежной их работы. Напомним, однако, что с повышением давле­ния движущий напор циркуляции падает. Рост единичной паропроизводительности котла связан с увеличением ширины пане­лей циркуляционных контуров, а следователь­но, с большими неравномерностями обогрева параллельно работающих труб, отрицательно влияющими на циркуляцию. Существенно по­вышается интенсивность обогрева парообразу­ющих труб с увеличением мощности.

Переход к мощным энергетическим уста­новкам на высокие параметры пара в усло­виях постоянного развития теплоэнергетики повышает требования к надежности котла в целом и надежности контуров циркуляции в особенности.

Основным источником нарушения циркуля­ционных режимов является неравномерность обогрева по ширине контура. Неравномерность обогрева по высоте труб контура играет мень­шую роль, так как при этом все параллельно включенные и вертикально расположенные трубы получают одинаковое количество тепло­ты и охлаждаются одинаковым количеством проходящей через них воды. Неравномерность обогрева по ширине вызывается конструктив­ными особенностями контура циркуляции (см. рис. 12.11) и условиями эксплуатации (см. рис. 12.12). Неравномерности обогрева, вызы­ваемые конструктивными особенностями кон­тура, с той или иной полнотой всегда могут быть учтены в процессе проектирования. Ме­нее определенные неравномерности возникают в процессе эксплуатации. Главным фактором неравномерности тепловосприятия является шлакование. Шлакование никогда не бывает равномерным по всей поверхности экрана, оно зависит от многих факторов и, в частности, от воздушного режима в топке, равномерности подачи топлива через горелки в топочную ка­меру и др. Сильно зашлакованные и потому слабообогреваемые трубы получают в целом меньше теплоты по сравнению с чистыми тру­бами, и поэтому у них и меньший движущий напор, и через них проходит и меньше охлаж­дающей (циркулирующей) воды. Такие трубы плохо охлаждаются; они могут перегреваться в оголенных участках вследствие интенсивного подвода к ним теплоты.

С повышением давления, особенно при полезный напор циркуляции за­метно снижается (см. рис. 12.3). Падает и средняя кратность циркуляции, оказывающая весьма существенное влияние на температура ный режим металла обогреваемых труб. По этому обеспечение достаточной кратности циркуляции является важным этапом проек­тирования циркуляционных контуров.

Основными методами повышения надежно­сти циркуляции являются повышение кратно­сти циркуляции и секционирование широких панелей подъемных труб.

Увеличение кратности циркуляции. Конту­ры циркуляции выполняются с непосредствен­ным присоединением парообразующих труб к барабану или через коллектор с помощью пароотводящих труб.

При данной производительности контура кратность циркуляции обеспечивается доста­точным (по условиям надежного охлаждения обогреваемых труб) расходом через него во­ды — соответствующим сечением водоподво­дящих труб и пароотводящих труб контура циркуляции (рис. 17.3).

На рис. 17.4 видно, что для контура с не­посредственным вводом парообразующих труб в барабан (рис. 17.3,а) при малом сечении опускных труб кривая, выражающая их гид­равлическое сопротивление проходит круто и в пересечении с характеристикой по­лезных напоров контура образует рабо­чую точкудиаграммы циркуляции. В этой точке гидравлическое сопротивление чрезмер­но велико, а скорость циркуляции и расход во­ды ограничены. В таких условиях резко сокра­щается запас по застою циркуляции, а огра­ниченный расход воды может не обеспечить надежного отвода теплоты парообразующих труб.

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Рис. 17.5. Циркуляционные характеристики топочного экрана.

а — распределение полезных напоров и скоростей циркуляции по ширине экрана и его секционирование: / — барабан; 2 — верхний коллектор; 3 — средние экранные трубы; 4—угловые экранные трубы; 5 — нижний коллектор; 6 — трубы, выделенные в самостоятельный контур; — несекционированный экран; — секционированный экран; б — диаграмма циркуляции: /— слабообогреваемого контура; 2 —интенсивно обогреваемого контура;— перепад давления до секционирования; — перепады давления в контурах после секционирования.

Увеличение сечения опускных труб умень­шает их гидравлическое сопротивлениепонижает полезный напор циркуляции (рабо­чая точка) и потому увеличивает запас по застою циркуляции. При этом существенно увеличивается не только общий расход воды через подъемные трубы, но, что очень важно, и через слабообогреваемые трубы, улучшая их температурный режим.

Необходимое сечение опускных трубопре­деляется расчетом циркуляции и для высоко­го давления составляет для настенных экра­нов 0,4—0,5, двусветных экранов 0,7—0,9 сече­ния подъемных труб.

В контуре циркуляции, изображенном на рис. 17.3,6 с пароотводящими трубами, надо уменьшить гидравлическое сопротивление так­же пароотводящих труб, что достигается уве­личением сечения и уменьшением их длины. Обычно общее сечение отводящих труб со­ставляет 30—60 сечения парообразующих труб.

Секционирование экранов.Поскольку ос­новной причиной возникновения опасных ре­жимов является неравномерный обогрев паро­образующих труб, включенных в общую систе­му, панели топочных экранов секционируют с целью уменьшения неоднородности их ра­боты; в каждую секцию выделяют примерно одинаково обогреваемые трубы с самостоя­тельным питанием. На рис. 17.5 показано распределение ско­ростей в экране, имеющем неравномерный обогрев по ширине. Угловые трубы получают существенно меньше теплоты, чем средние, и преодолеть полезный напор контуракоторый создается главным образом сильнообогреваемыми трубами, угловые трубы не способны, поэтому в них может появиться застой циркуляции, свободный уровень или опрокидывание циркуляции. Выделение угло­вых труб в самостоятельный контур циркуля­ции разделением верхнего и нижнего коллек­торов перегородками позволяет примерно вы­ровнять скорости циркуляции в пределах каждого контура, что создает благоприятные для них условия. При этом полезный напор в выделенном контуре несколько уменьшится, однако запасы против застоя и опрокидыва­ния циркуляции возрастут при прежней не­равномерности обогрева по ширине экрана, и скорость циркуляции увеличится (рабочая точка на рис. 17.5,б). В контуре с интен­сивно обогреваемыми трубами полезный напор возрастет, и несколько уменьшится скорость циркуляции, но запасы против застоя и опро­кидывания циркуляции в нем также будут достаточно велики (рабочая точка на рис. 17.5,б).

Обычно топочные экраны котлов с естест­венной циркуляцией выполняют гладкотруб-ными, сплошными по всем стенам топочной камеры. Для котлов высокого и сверхвысоко­го давлений применяют трубы внутренним диаметром 40—50 мм. Опускные трубы выпол­няют диаметром 60—160 мм и более. Иногда в качестве опускной системы мощных котлов применяют стояки большого диаметра (600— 800 мм).

На рис. 17.6 показано примерное расположение на­стенных топочных экранов и их элементов в котле вы­сокого давления. Настенные топочные экраны 1, 6, 7 представляют собой систему параллельно включенных вертикальных труб. Исходя из конструктивных осо­бенностей топочной камеры, допускают крутонаклонные участки (трубы холодной воронки 9, места разводки труб для амбразур 8 и т. п.). В установках высокого давления, когда располагаемая радиационная теплота в топке больше необходимой для парообразования, в топочной камере частично освобождаются стены для размещения других поверхностей нагрева. При этом парообразующие поверхности располагают на верти­кальных стенах, а потолок служит для размещения на нем пароперегревателя 3. Радиационные пароперегре­ватели располагают также в верхней части фронтовой стенки или по всей высоте фронта, иногда перемежая перегревательные панели с испарительными.

Все верхние коллекторы располагают примерно на одном уровне и подвешивают к каркасу котла. Топоч­ные экраны обрамляют поясами жесткости 12 из про­фильной стали, вместе с которыми они перемещаются по вертикали. К топочным экранам часто крепят об­муровку, которая снаружи покрыта обшивкой (см. § 21.1). Таким образом, к каркасу подвешивают не только трубную систему экранов, но вместе с ней так­же обмуровку и обшивку. Узел крепления экранных

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Рис. 17.6. Схема расположения топочных экранов котла высокого давления.

/ — фронтовой экран; 2 — опускные трубы; 3 — потолочный экран; 4 — отводящие трубы; 5 — фестон; 6 — задний экран; 7 — боковой экран; 8 — разводка труб у амбразур; 9 — холодная воронка; 10 — каркас; II — коллектор фестона; 12 — пояс жест­кости.

и опускных труб к подвижным поясам жесткости по­казан отдельно на рис. 17.6 (узел 1). Вся трубная си­стема экранов вместе с крепящейся к ней обмуровкой свободно расширяется вниз.

В котлах большой мощности устанавливают дву­светные экраны, разделяющие топку на отдельные ка­меры. Двусветные экраны подвешивают так же, как и настенные экраны. Для выравнивания дав­ления в камерах топки и предотвращения прогиба труб экрана в случае «хлопка» в верхней части двусветного экрана или по всей его высоте разводкой труб обра­зуют окна (рис. 17.7).

В газоплотных котлах топочные экраны выполняются в виде вертикальных панелей. Допустимая разность температуры стыкуемых труб по условиям прочности не должна пре­вышатьЭто условие легко выпол­няется при одноходовом вертикальном движе­нии (короткие трубы), когда разность темпе­ратуры рабочего тела в соседних трубах не превышает допустимого предела и никаких специальных мер в этом отношении принимать не надо. В двухходовой схеме панели экранов конструктивно соединены между собой парал­лельно, а по рабочему телу последовательно (рис. 17.16,а), что из-за большой разности температур Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции между сваривае­мыми панелями (рис. 17.16,б) может привести к чрезмерным температурным напряжениям, нарушению газоплотности и даже разрыву труб.

Топочные экраны, особенно котлов СКД. работают в тяжелых условиях: высокие температура, давление рабочего тела, температу pa факела и большая интенсивность обогрева,

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции
Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Рис. 17.16. Схема двухходового цельносварного экрана (а) и график перепада температуры сопряженных па­нелей на входеи выходе(б). / и 2 —панели экрана; 3 и 4 — вход и выход рабочего тела.

Агрессивная среда топочных газов. Поэтому очень важно повысить надежность работы то­почных экранов, что при хорошей организа­ции процессов, протекающих по обе стороны теплообменной стенки экранов, в газоплотных котлах достигается максимально возможным уменьшениемОсновными методами умень­шениямежду свариваемыми панелями яв­ляются: рециркуляция продуктов сгорания и рабочей среды, перемешивание рабочей среды по тракту (по длине экранов), байпасирова-ние части холодного потока.

Байпасирование части холодного потока.В этой схеме часть рабочего тела проходит мимо первой панели обогреваемых экранов, что увеличивает подвод теплоты на единицу его расхода и вызывает повышение температуры на выходе из этой панели. При этом уменьшается разность температурысвариваемых соседних панелей, и ее можно поддерживать на допустимом уровне даже в наиболее опасной зоне на выходе из панелей (рис. 17.17,6). Перераспределение расходов между панелью и линией байпасирования почти не влияет на В этой схеме массовая скорость увеличивается по тракту: в первом ходе НРЧ она наименьшая, во вто­ром — наибольшая, что позволяет повысить температу­ру среды на входе и выходе первого хода и приблизить их к соответствующим температурам второго хода (рис. 17.17,6). Долю байпасируемой среды выбирают

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Рис. 17.17. Схема двухходового цельносварного экрана с байпасированием (а) и график перепада температуры сопряженных панелей на входеи выходе(б)

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Рис. 17.19. Влияние ре- Рис. 17.20. Схема двухходо-циркуляции рабочей ере- вого цельносварного экрана ды на перепад темпера- с эжектором (график пере­туры сопряженных пане- падатемпературы сопря-лей двухходового цельно- женчых панелей на входе сварного экрана. и выходесм на рис. 17.18,6). Обозначения те же, что и на рис. 17.16; кроме того, 5 — эжек­тор; 5 — дроссель.

в зависимости от соотношения массовых скоростей сре­ды и тепловыделения в топке. Ориентировочно она рав­на что обеспечивает удовлетворительный тем­пературный режим и надежную работу экранов.

Рециркуляция рабочей среды основана на увели­чении расхода через высоконапряженные топочные экра­ны в результате подвода части прошедшего через НРЧ потока (рис. 17.18,а). При постоянном обогреве это снижает удельный прирост энтальпии рабочей среды Температура среды на входе в поверхность нагрева повышается, а на выходе такая же, как и без рецирку­ляции (рис. 17,18,6). Соответственно уменьшаетсячто необходимо по условиям стыкования смежных па­нелей в котлах с многоходовыми газоплотными экра­нами.

Создание дополнительного расхода среды при ма­лой нагрузке, включая и пусковые режимы, обеспе­чивает надежное охлаждение экранов, что особенно важно при сжигании мазута, характеризующегося вы­соким удельным тепловыделением. Благодаря этому представляется возможность снизить растопочную на­грузку до Температурный режим сопряженных панелей зави­сит от кратности рециркуляции под которой понимают отношение расхода среды в панелях с учетом ре­циркуляции к прямоточному расходу (расходу без рециркуляции)

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

С повышением кратности рециркуляции температур­ная разность свариваемых панелей уменьшается (рис. 17.19). Разновидностью рециркуляции является эжектирование части горячего потока (рис. 17.20). Это снижает тепловосприятие в стыкуемых панелях экрана и соответственно уменьшает по всей высоте сосед­них панелей. Увеличение расхода рабочего тела и со­ответствующее уменьшение тепловосприятия на единицу этого расхода уменьшают тепловую разверку. Недо­статки схемы: повышенное гидравлическое сопротивле­ние тракта рабочего тела и ограниченная производи­тельность эжектора.

Перемешивание рабочей среды. Для интенсивно обогреваемых труб топочных экранов значительные теп­ловые разверки опасны. Опасность возрастает по мере роста тепловосприятия труб, которое усиливается с уве­личением их длины. Ограничение тепловой разверки особенно важно для топочных экранов газоплотных котлов. Поэтому в мощных котлах’ экраны делят на ярусы, стыкуемые между собой разъемами в виде сме­сительных коллекторов (рис. 17.21). Для повышения плотности и надежности следует стремиться к мини­мальному числу — одному разъему, например, между НРЧ и СРЧ или СРЧ и ВРЧ. Деление на ярусы сни­жает тепловосприятие среды в пределах каждого яруса и, следовательно, максимальную температуру стенки.

Рециркуляция продуктов сгорания является эффек­тивным средством повышения надежности экранов Продукты сгорания забирают за экономайзером с тем­пературой около 350°С и подают в зону максимального тепловыделения. Вследствие разбавления окислителя инертными газами и затягивания процесса горения топ­лива рециркуляция приводит к снижению температуры в топке и уменьшению тепловых нагрузок. Это особенно важно для газомазутных котлов, у которых топоч­ные экраны подвергаются интенсивному обогреву.

Газоплотные сварные экраны являются ин­тенсифицированной поверхностью нагрева. Они имеют на 10—15 меньшую массу на единицу лучевоспринимающей поверхности пс сравнению с гладкотрубными; шаг труб мож­но увеличить, соответственно сократив их чис­ло и подобрав суммарное сечение по условиям обеспечения необходимой массовой скорости рабочей среды. Эти экраны находятся в луч­ших условиях работы, так как часть погло­щенной плавниками теплоты передается тыль­ной стороне труб благодаря растечке, что превращает эту часть труб в активную по­верхность нагрева. Исключены выход отдель­ных труб из плоскости экрана и ухудшение по этой причине их температурного режима. Газоплотные сварные экраны не требуют тя­желой обмуровки (достаточна легкая тепло­изоляция), допускают обмывку экранов без опасения увлажнить теплоизоляционный слой и вызвать коррозию в труднодоступных местах.

Надежность газоплотных сварных экранов при фиксированном относительном шаге труб зависит от интенсивности обогрева. Допусти­мая интенсивность обогрева устанавливается расчетом тепловой работы газоллотного экра­на. При заданной интенсивности обогрева подлежит расчету соотношение геометрических характеристик экрана при заданном диаметре труб (относительный шаг, толщина плавни­ков), обеспечивающее надежный отвод тепло­ты от плавников через трубу рабочей среде.

Газоплотные сварные панели предъявляют повышенные требования к равномерности условий работы труб. В наибольшей степени этому удовлетворяют газоплотные котлы с вер­тикальными ограждающими цельносварными экранами и подъемным движением среды. С учетом обеспечения необходимой массовой скорости рабочей среды число параллельных труб получается ограниченным при значитель­ном периметре топки в котлах большой мощности. Поэтому увеличение периметра топки непосредственно связано с увеличением либо числа автономных потоков, либо числа после­довательно включенных ходов. Первое неце­лесообразно по условиям резкого увеличения числа единиц арматуры и усложнения автома-

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Рис. 17.22. Узел разъема «перчаточного» типа. / — трубь: топочного экрана; 2 — коллектор; 3 — короб.

тики, эксплуатации и понижения надежности, второе повышает разность температур стыкуе­мых труб, что понижает надежность и, кроме того, увеличивает число и массу необогревае-мых труб и повышает гидравлическое сопро­тивление.

С целью уменьшения периметра топки га­зоплотные котлы проектируют на повышенную удельную паропроизводительность фронта 80—120. При этом глубину топочной камеры несколько увеличивают, приближаясь к квадратному сечению, имеющему при одина­ковых теплонапряжениях сечения топкиминимальный периметр.

Схема газоплотных сварных экранов газомазутного котла с вертикальными панелями, имеющими по высоте два разъема, показана на рис. 17.21. Узел разъема «перчаточного» типа см. рис. 17.22. Образую­щиеся в нем неплотности в месте разъема уплотняют фигурной планкой, а весь разъем помещается внутри стального короба по всему периметру топочной ка­меры.

Потолочный экран выполняют из отдельных бло­ков газоплотных панелей. Для прохода труб ширм, подвесных труб конвективных пакетов в потолочных панелях специальной разводкой труб образуют отвер­стия, а места прохода уплотняют. Пример уплотнения сильфонного типа прохода труб через потолок показан на рис. 17.23.

Особенно велико значение высокой плотности в котлах с наддувом, в которых избыточное давление про-

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Рис. 17.23. Узел уплотнения прохода труб через потолок.

/_ труба; 2 — неподвижная опора; 3 — подвижная опора; 4 — сильфон.

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Рис. 17.25. Разводка труб в цельносварном экране.

1 — экранные трубы; 2 — стальная рама, приваренная к трувам.

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Рис. 17.26. Лючок газоплотного котла.

1— прижимная гайка; 2— обойма; 3 — смотровое стекло; 4 — заслонка; 5 — контргайка; 6 — гайка, регулирующая зазор б; 7 — кольцевая щель для воздуха; 8 — к?


Использованные источники

  1. kotel-kv-300.ru/screens-furnaces.html
  2. forumhouse.ru/threads/240342/page-2
  3. studopedia.ru/2_129606_metodi-povisheniya-nadezhnosti-topochnih-ekranov-i-ih-konstruktsii.html
  4. studopedia.ru/2_129608_osobennosti-gazoplotnih-ekranov-i-metodi-povisheniya-ih-nadezhnosti.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.