Методы регулирования температуры перегретого пара
Перегретый пар имеет наивысшую температуру рабочей среды в котле. Поэтому металл пароперегревателя, особенно в выходных пакетах, имеет наиболее высокую температуру из всех поверхностей нагрева, подверженных внутреннему давлению, он работает практически у предела своих возможностей. Повышение температуры отдельных труб пароперегревателя на 15 – 20 °С приводит к сокращению срока их службы примерно в 2 раза. В паровых котлах большой мощности с большим поперечным сечением газоходов наблюдается значительная неравномерность обогрева по ширине и высоте горизонтального газохода. Уменьшение влияния неравномерности обогрева по ширине газохода достигается секционированием пароперегревателя по ширине с обязательным перебросом полупотоков пара на противоположные стороны газохода после каждой секции по глубине. Переброс пара осуществляется либо специальными трубами, либо за счет движения пара вдоль коллектора. Последнее более эффективно, поскольку в коллекторах перемешивается пар каждого полупотока, а перемешиванию подвергается значительно меньшая доля потока пара, зависящая от числа перепускных труб. Так как радиационные и полурадиационные пароперегреватели подвергаются интенсивному обогреву, то температура их труб превышает температуру пара на 70 – 100 °С. Надежность охлаждения труб достигается в этом случае применением сравнительно высокой скорости пара. Ее значение связано с плотностью потока пара, определяемой давлением и температурой. Для достижения одинакового охлаждающего эффекта металла пар более высокого давления (большей плотности) может иметь меньшую скорость. Регулировочная характеристика – зависимость температуры перегретого пара от нагрузки котла, различна для пароперегревателей различных систем. Характерной особенностью радиационного пароперегревателя является снижение температуры перегретого пара с повышением нагрузки. Рисунок 2.33 – Секционирование конвективного пароперегревателя: а) с перебросом пара перепускными трубами; б) с перебросом пара вдоль коллектора; 1 – входной коллектор; 2 – змеевики пакета; 3 – выходной коллектор; 4 – промежуточный коллектор; 5 – паросборная камера; 6 – перепускные трубы. В радиационные поверхности нагрева количество передаваемой теплоты зависит от теоретической температуры сгорания топлива, степени черноты топки и тепловой эффективности экранов. Эти величины очень слабо зависят от количества сжигаемого топлива, а следовательно, и от нагрузки. Поэтому в радиационном пароперегревателе тепловосприятие растет медленнее увеличения расхода пара через него, в связи, с чем удельное тепловосприятие (на единицу расхода пара) снижается. Характерной особенностью радиационного пароперегревателя является снижение температуры перегретого пара с повышением нагрузки (рисунок 2.34, кривая 1). В конвективном пароперегревателе количество проходящих через него продуктов сгорания увеличивается почти пропорционально увеличению нагрузки, и это увеличивает конвективную теплоотдачу пропорционально скорости газов в степени 0,6—0,65. Из-за уменьшения прямой отдачи в топке и соответственно роста температуры продуктов сгорания на выходе из топки увеличивается температурный напор. Эти обстоятельства приводят к более быстрому росту температуры перегретого пара по сравнению с темпом роста нагрузки котла (кривая 3).
Рисунок 2.34 – Регулировочные характеристики пароперегревателей: 1 – радиационного; 2 – конвективного; 3 – комбинированного. При соответствующем подборе размеров радиационной и конвективной частей пароперегревателя теоретически можно было бы добиться постоянства температуры перегретого пара (линия 2). Однако в реальных условиях температура перегретого пара будет изменяться вследствие изменения эксплуатационных факторов: температура питательной воды; избыток воздуха в топке; шлакование экранов топки и пароперегревателя; влажность топлива. Различают два основных метода регулирования температуры перегрева пара: паровой и газовый. Паровое регулирование основано на снижении энтальпии пара либо путем отбора от него частицы теплоты питательной воде, либо путем впрыска в него обессоленной воды и ее испарения. Паровое регулирование осуществляется в двух вариантах: - охлаждение пара в поверхностных пароохладителях – теплообменниках; - впрыскивание в поток перегретого пара чистого конденсата – впрыскивающие пароохладители. Эти методы обычно применяются для регулирования температуры свежего пара. Для регулирования температуры вторично-перегретого пара также применяют паровое регулирование, однако обычно оно основано на перераспределении теплоты между свежим и вторично-перегретым паром. Газовое регулирование основано на изменении тепловосприятия поверхности нагрева с газовой стороны до значения, необходимого для получения заданного уровня температуры перегретого пара. К этим методам относятся рециркуляция продуктов сгорания, байпасирование части потока продуктов сгорания мимо поверхности нагрева пароперегревателя, изменение положения факела в топочной камере. Газовое регулирование применяется для регулирования температуры вторично-перегретого пара, а при его отсутствии иногда и для регулирования температуры свежего пара.