Анализ внутрикотловой схемы барабанного котла
Внутрикотловая схема предназначена для получения пара, качество которого должно удовлетворять требованиям Правил технической эксплуатации (ПТЭ электрических станций и тепловых сетей) при возможно меньшей величине непрерывной продувки, предотвращающей образование отложений и обеспечивающей снижение интенсивности коррозии внутренних поверхностей. Внутрикотловая схема включает в себя организацию ступенчатого испарения, линий выравнивания и регулирования кратности концентраций.
Исходными данными для расчета внутрикотловой схемы являются давление в барабане котла, нормы качества насыщенного пара и величина непрерывной продувки котла.
а) Ступенчатое испарение
Ступенчатое испарение организуется путем выделения нескольких самостоятельных циркуляционных контуров экранной системы котла с последовательным питанием и непрерывной продувкой из последней ступени испарения. В зависимости от качества питательной воды могут применяться схемы с одной, двумя и тремя ступенями испарения.
Для котлов всех типов в качестве основной рекомендуется применять схему двухступенчатого испарения с выносной второй ступенью, расположенной симметрично с торцов барабана. Из конструктивных соображений вторая ступень может выполняться также и односторонней.
Применение схемы с одной ступенью испарения для котлов с естественной циркуляцией допускается в случае питания их обессоленной водой, близкой по кремнесодержанию к питательной воде прямоточных котлов. Для котлов с принудительной циркуляцией, работающих на обессоленной воде, также допускается применение схемы с одной ступенью испарения, так как выполнение двухступенчатой схемы усложняет и удорожает конструкцию котла.
Для ТЭЦ с пониженным качеством питательной воды должна применяться схема трехступенчатого испарения с внутрибарабанной второй и выносной третьей ступенью.
Котлы ГРЭС и ТЭЦ, предназначенные для работы с непрерывной продувкой в пределах 0.005-0.01, рекомендуется выполнять по схеме двухступенчатого испарения с производительностью второй ступени 0.03-0.05 от производительности котла без линии регулирования кратности концентраций.
Для котлов ТЭЦ с непрерывной продувкой в пределах 0.01-0.03, выполненных по схеме двухступенчатого испарения, производительность второй ступени рекомендуется обеспечивать в пределах 0.05-0.07 от производительности котла. Производительность второй ступени испарения менее 0.05 нецелесообразна, так как при этом величина непрерывной продувки становится соизмеримой с производительностью второй ступени. Указанная схема может выполняться без линии регулирования кратности концентраций в связи с тем, что расчетная кратность концентраций при минимально допустимой величине продувки не превышает рекомендуемых значений.
Для котлов ТЭЦ с пониженным качеством питательной воды и схемой трехступенчатого испарения производительность второй ступени испарения должна составлять 0.1-0.2 от производительности котла, производительность третьей ступени 0.05-0.07. Линия регулирования кратности концентраций на этих котлах должна выполняться обязательно.
1)Определение оптимальной производительности ступеней испарения по условиям получения минимального суммарного кремнесодержания пара выполняется (на основании уравнений солевых балансов) по формулам:
- для схемы двухступенчатого испарения:
-1);
,
где P – продувка в долях от производительности котла; K1 и K2 – коэффициенты уноса кремниевой кислоты паром соответствующей ступени испарения.
- для трехступенчатого испарения:
;
;
,
где K3 – коэффициент уноса кремниевой кислоты паром третьей ступени испарения.
Коэффициенты уноса кремниевой кислоты характеризуют относительную величину загрязнения пара. Численные значения коэффициентов уноса кремниевой кислоты даны в таблице 1.
Таблица 1
| Давление в барабане, МПа | К1 | К2 | К3 | К пр. у. |
| 10.7 | 0.02 | 0.015 | 0.010 | 0.08 |
| 15.2 | 0.04 | 0.030 | 0.025 | 0.10 |
| 18.4 | 0.10 | 0.080 | - | 0.14 |
2)Оценка влияния значений n2 и n3 на качество парапроизводится при помощи коэффициента ε:
- для схемы двухступенчатого испарения:
,
где 
;
- для схемы трехступенчатого испарения:
.
3) Для схем с промывкой пара питательной водой влияние соотношения производительностей ступеней испарения на качество насыщенного пара на выходе из барабана менее существенно. В этом случае для оценки используется коэффициент λ. Значение λ определяется из следующих уравнений:
- при подаче всей питательной воды на паропромывочное устройство:
,
где Кпр..у.– коэффициент уноса кремниевой кислоты паром после паропромывочного устройства принимается по таблице 1.
- при подаче на паропромывочное устройство 50 процентов от общего расхода питательной воды:
.
4) Расчетная кратность концентраций котловой воды по кремниевой кислоте не должна быть более 7. Проверка выполнения указанного условия для выбранных значений n2 и n3 производится по формулам:
- для схемы двухступенчатого испарения:
;
- для схемы трехступенчатого испарения:
.
Завышенная производительность последней ступени испарения приводит к превышению значения С над допускаемой величиной и, следовательно, к возможности образования железисто-фосфатных отложений в экранных трубах солевых отсеков при использовании принятого по ПТЭ режима фосфатирования. Для снижения значений кратности концентраций котловой воды необходимо применение линии регулирования кратности концентраций.
В случаях применения бесфосфатных режимов, а также при поддержании в первой ступени испарения минимально допустимого избытка фосфатов допустимая кратность концентраций может быть увеличена, но не более 10.
б) Линии выравнивания концентраций
Линии выравнивания кратности концентраций выполняются для ликвидации химических перекосов, имеющих место при двустороннем расположении отсеков последней ступени испарения. Химические перекосы являются результатом различного расхода продувочной воды и тепловых перекосов по сторонам котла.
Конструктивно линии выравнивания кратности концентраций выполняются с помощью двух труб. Одна труба подсоединяется к опускной трубе правого отсека на расстоянии 1 м от выносного циклона и к опускной трубе вблизи нижнего коллектора или непосредственно к нижнему коллектору левого отсека. Вторая труба соединяет соответственно верхнюю часть опускной трубы левого отсека с нижней частью (или коллектором) опускной трубы правого отсека.
Расход воды по линиям выравнивания кратности концентраций в целях упрощения расчетов определяется путем решения системы уравнений без учета уноса кремниевой кислоты паром.
При выполнении линий выравнивания кратности концентраций величина остаточного химического перекоса не должна превышать:
-10% при двухсторонней продувке, т.е. m£1.1;
-25% при односторонней продувке котла, т.е. m £1,25;
где m – химический перекос между левой и правой сторонами одной ступени испарения.
1)Если расчет выполняется для схемы с односторонней продувкойпри двухстороннем расположении второй ступени испарения, то относительный расход воды по линиям выравнивания кратности концентраций в долях от производительности котла, обеспечивающий принятое значение допустимого химического перекосапри установленной величине продувки, определяется следующим образом:
- для схемы двухступенчатого испарения (продувка выполнена с правой стороны котла 
> 
) при выполнении конструктивного расчета, когда 
= 
= 0.5 
по формуле:
;
- для схемы трехступенчато испарения (продувка выполнена с правой стороны котла 
> 
) при выполнении конструктивного расчета, когда = = 
и 
= 
= 
, по формуле:
.
Расчет должен выполняться для максимальной величины непрерывной продувки котла, так как максимальный химический перекос соответствует максимальной величине односторонней продувки.
2) Если целью расчета является ликвидация химических перекосов, вызванных неравномерными тепловыми нагрузками экранов солевых отсековпри двухсторонней продувке, то расчет выполняется по следующей системе уравнений:
- для схемы двухступенчатого испарения:
,
. - для схемы трехступенчатого испарения:
.
Исходные величины для расчета схемы трехступенчатого испарения принимаются такими же, как для схемы двухступенчатого испарения, , и 
, 
– задаются на основании ожидаемых тепловых перекосов.
в) Линии регулирования кратности концентраций
В тех случаях, когда котел проектируется для использования в широком диапазоне соле- и кремнесодержания питательной воды, внутрикотловая схема выбирается по условиям обеспечения нормального качества пара при наихудшей из возможных питательной воде.
В случае питания такого котла водой улучшенного качества приходится излишне продувать котел (для поддержания допустимого избытка фосфатов). В результате этого значительно увеличиваются потери воды и тепла с продувкой и растет расход фосфатов. Рациональным методом предотвращения этих потерь является включение в схему ступенчатого испарения линии регулирования кратности концентраций.
Линии регулирования кратности концентраций включаются между опускными трубами последней и первой ступеней испарения. Для обеспечения наибольшего движущего напора в линии она выводится из верхней точки одной их опускных труб последней ступени испарения и вводится в нижнюю точку одной из опускных труб первой ступени испарения.
Величина расхода воды по линии регулирования кратности концентраций (Zp), обеспечивающая допустимое значение кратности концентраций, определяется из формул уравнений балансов кремниевой кислоты:
- для схемы двухступенчатого испарения:
.
- для схемы трехступенчатого испарения:
,
где С – принимается в соответствии с данными п. 1.4.
На качество пара включение линии регулирования кратности концентраций оказывает такое же влияние, как уменьшение производительности последней ступени. Излишне большой расход воды по линии регулирования кратности концентраций приведет к понижению эффективности ступенчатого испарения и снижению качества пара. Поэтому расход по линии регулирования кратности концентраций рекомендуется выбирать не более 2 процентов от производительности котла.
г) Качество питательной и котловой воды
Для давления пара 9,8 МПа и выше кремнесодержание пара является важнейшим показателем и характеризует совершенство внутрикотловых устройств и налаженность водного режима котлов высокого давления. Поэтомусреднее по всем точкам отбора качество насыщенного пара котлов с естественной циркуляцией, а также качество перегретого пара после всех устройств регулирования температуры, прежде всего, определяется его кремнесодержанием. По нормам ПТЭ при давлении за котлом 9,8 - 13,8 МПа кремнесодержание пара должно быть не более 15 мкг/кг для ГРЭС и не более 25 мкг/кг для ТЭЦ.
Для снижения уноса кремниевой кислоты и других примесей со значительным коэффициентом распределения паром высокого давления применяется паропромывочное устройство. Оно состоит из барботажных дырчатых листов, устройства для подачи питательной воды на листы и сливных коробов. Эффективность барботажной промывки пара зависит в основном от двух факторов: во-первых, от содержания примесей в промывочной воде, во-вторых, от коэффициента выноса веществ с паром. Содержание примесей в промывочной воде зависит от количества и качества воды, подаваемой на промывочное устройство и коэффициента выноса веществ с паром до промывки.
Предельные значения кремнесодержания питательной воды для данной внутрикотловой схемы при максимальном значении непрерывной продувки выбираются в соответствии со следующими рекомендациями:
1) При подаче на промывку 50 процентов питательной воды предельное значение кремнесодержания питательной воды в микрограммах на 1дм3определяется по формуле:
,
При подаче на промывку 100 процентов питательной воды предельное значение кремнесодержания питательной воды в микрограммах на 1дм3определяется по формуле:
2)Предельные значения кремнесодержания котловой воды по ступеням испарения в микрограммах на 1дм3определяются по следующим формулам:
- для схемы двухступенчатого испарения:
;
;
- для схемы трехступенчатого испарения:
;
;
.
Рассчитанные предельные значения кремнесодержания питательной воды справедливы только для случая регулирования температуры перегрева пара впрыском собственного конденсата. При использовании для впрыска питательной воды эти значения уменьшаются в соответствии с требованиями ПТЭ к воде, применяемой для впрыска.