Особенности газоплотных экранов и методы повышения их надежности

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 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,

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

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

'

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- пада температуры 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)

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-

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-

Рис. 17.23. Узел уплотнения прохода труб через потолок.

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

Рис. 17.25. Разводка труб в цельносварном экране.

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

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 — конусный наконечник; 9 — крепежная рама; 10 — подвод воздуха под давлением.

дуктов сгорания наиболее велико в топочной камере. Обеспечение плотности в потолочном экране таких кот­лов представляет наибольшие трудности в связи с тем, что через него проходит огромное количество труб по­верхностей нагрева. Поэтому над потолочным экраном помещают вторую охлаждающую стенку, образуя меж­ду ними «теплый ящик». Теплый ящик и сопрягаемые с ним трубные панели при нагревании расширяются по-разному, в связи с чем по периметру котла он уплот­няется компенсаторами (рис. 17.24).

Для обслуживания газового тракта в наружном ограждении котла предусматривают лазовые затворы диаметром 450 мм. В зоне разводки труб у лаза уплот­нение осуществляется стальной рамой, приваренной к трубам панели (рис. 17.25). Экранные трубы отво­дятся в наружную сторону. В экранах, выполненных из плавниковых труб, в местах их разводки вваривают­ся гладкие трубы того же диаметра.

Лючки служат для наблюдения за процессом го­рения и состоянием поверхностей нагрева. Разводка труб выполняется аналогично. Диаметр отверстия 100 мм. Лючки закрываются жаропрочным стеклом. В газоплотных котлах для возможности замены стекла, а также ввода в газовый тракт измерительных устройств их снабжают защитной воздушной завесой (рис. 17.26).