Условия надежной работы поверхностей нагрева

Условия надежной работы поверхностей нагрева

Условия надежной работы поверхностей нагрева паровых и водогрейных котлов могут быть обеспечены только при устойчивой циркуляции охлаждающей среды. Наиболее интенсивно охлаждает трубы вода, менее интенсивно - пар. При превышении температурой стенки труб, изготовленных из углеродистой стали, 450-500 °С может произойти их разрыв, при котором возможно травмирование обслуживающего персонала. В наиболее тяжелых условиях работают поверхности нагрева, распо­ложенные в зоне температур выше 500 °С (экранные трубы, пароперегреватель, конвективные поверхности нагрева).

Интенсивность охлаждения стенки труб поверхности нагрева зависит от скорости движения охлаждающей среды, коэффициента теплоотдачи от стенки к ней и чистоты внутренней поверхности труб. Чем больше скорость циркуляции, тем лучше охлаждаются стенки труб поверхности нагрева. С увеличением коэффициента теплоотдачи от стенки к охлаждающей жидкости при прочих равных условиях температура стенки уменьшается. Загрязнения в виде накипи на внутренней поверхности труб заметно ухудшают отвод теплоты от их стенки. Поэтому даже небольшая накипь (толщиной менее 0,5 мм) может привести к перегреву стенки и разрыву труб.

В котлах с естественной циркуляцией скорость движения пароводяной смеси зависит от полезного движущего давления, а в паровых и водогрейных котлах с принудительной циркуляцией - от работы насоса.

Нарушения циркуляции у паровых котлов с естественной циркуляцией чаще всего происходят вследствие тепловой и гидравлической неравномерности работы параллельно включенных труб. Условия надежной работы поверхностей нагрева исключают опрокидывание циркуляции., возникновение свободного уровня воды в трубах и расслоение потока пароводяной смеси.

Опрокидыванием циркуляции называют такой режим работы парогенератора, при котором подъемные трубы циркуляционного контура, выведенные в водяной объем верхнего барабана, начинают работать как опускные. Опрокидывание циркуляции может произойти по различным причинам: из-за неравномерного распределения температуры по ширине котла, значительного шлакования труб экранной поверхности нагрева, заметного обогрева опускных труб продуктами сгорания, попадания пара из барабана в опускные трубы и др.

При неравномерном распределении температуры по ширине котла происходит уменьшение тепловой нагрузки отдельных труб и ухудшение циркуляции в них. Например, при обводе топочных амбразур, лазов и т. д. происходит затенение одних труб другими и вследствие этого уменьшение тепловой нагрузки затененных труб.

При шлаковании труб экранов, выведенных в водяной объем барабана, из-за недостаточного их обогрева заметно падает скорость циркуляции в зашлакованной части труб. Вследствие этого в незашлакованной части труб постепенно увеличивается содержание пара в пароводяной смеси, что не входит в условия надежной работы поверхностей нагрева. Образовавшиеся паровые пузыри с трудом поднимаются вверх в почти неподвижной, иногда даже опускающейся воде. В результате образуются паровые пробки, которые, постепенно увеличиваясь, могут в значительной мере заполнить трубу, что вызовет резкое повышение температуры ее стенки.

В современных котлах опускные трубы располагают за обмуровкой или защищают изоляцией во избежание обогрева продуктами сгорания. При разрушении изоляции и обогреве опускных труб продуктами сгорания, имеющими высокую температуру, возможно опрокидывание циркуляции.

Попадание пара в опускные трубы может произойти при слишком близком расположении в барабане опускных труб и интенсивно работающих подъемных, особенно вследствие снижения уровня воды н недостаточного ее слоя над входными отверстиями опускных труб.

В слабо обогреваемых трубах, выведенных в паровое пространство барабана, может образоваться так называемый свободный уровень. Это происходит вследствие недостаточного полезного движущего давления, необходимого для подачи пароводяной смеси в барабан. Однако в слабообогреваемой трубе над водой будет происходить образование пара, который заполнит верхнюю часть трубы, что приведет к перегреву ее стенки.

Расслоение потока пароводяной смеси возникает при движении ее с малыми скоростями в трубах, расположенных под небольшим углом к горизонту. При расслоении потока по нижней части трубы движется вода, а по верхней пар. В результате верхняя часть трубы перегревается и она выходит из строя.

Условия надежной работы поверхностей нагрева во избежание нарушения естественной циркуляции при расчете и конструировании котлов предусматривают следующие основные требования: а) применять топочные устройства, обеспечивающие равномерный обогрев экранных поверхностей нагрева; б) не допускать шлакования подъемных труб; в) не допускать пониженных скоростей в отдельных циркуляционных контурах поверхности нагрева; г) повышать эффективность работы рециркуляционных труб; д) выносить опускные трубы за пределы обогрева продуктами сгорания, а в случае расположения их з обогреваемых газоходах недогревать воду в экономайзере до кипения и вводить ее в зону расположения опускных труб; е) не допускать в трубах с наклоном к горизонту 7° и меньше скоростей ниже 3 м/с, а от 7 до 15°- ниже 1 м/с;

ж) располагать опускные трубы возможно ближе к нижней образующей верхнего барабана; з) при близком расположении отверстий опускных и подъемных труб устанавливать между концами труб разделительные и направляющие щитки; и) не располагать в нижних коллекторах продувочные штуцеры в непосредственной близости от труб.