Теплообменные аппараты ТТАИ
Сочетают в себе преимущества кожухотрубных и пластинчатых теплообменников без их недостатков.
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

Анализ работы и наладка внутрибарабанных сепарационных устройств и схемы ступенчатого испарения котла ДЕ-25-24-380 ГМ

К.т.н. А.И. Фёдоров, заведующий котельной лабораторией,
ОАО «Всероссийский теплотехнический институт» (ВТИ), г. Москва

Котлы ДЕ Бийского котельного завода широко применяются в отечественной промышленной энергетике в отопительных и производственных котельных в качестве источников пара низкого давления. При этом основное количество данных котлов предназначено для выработки насыщенного или слабоперегретого пара давлением 1,4 МПа и температурой 225 ОС.

В статье представлен анализ работы таких котлов, проведенный специалистами ВТИ в одной из котельных. Рассмотрена работа двух котлов ДЕ-25-24-380 ГМ. При их наработке приблизительно 35 тыс. ч начались систематические повреждения трубок пароперегревателя (ПП) 2-й ступени. Были выполнены осмотры топки, ПП и всех поверхностей нагрева, вырезаны образцы труб ПП, а также осуществлен осмотр внутрибарабанных сепарационных устройств котла и др.

В результате осмотра, а также проведенных расчетов, выявлены причины повреждений ПП и разработаны мероприятия (режимные и реконструктивные) по повышению их надежности. Одна из причин низкой надежности ПП - неудовлетворительная работа внутрибарабанных сепарационных устройств и схемы ступенчатого испарения.

Котел ДЕ-25-24-380 ГМ - двухбарабанный водотрубный с естественной циркуляцией, внутренний диаметр барабана dBH=1000 мм, толщина стенки δσΓ=22 мм (сталь 16ГС). В качестве основного топлива используется сернистый мазут с теплотой сгорания QH=9301-10352 ккал/кг (38943-43344 кДж/кг), который сжигается в горелках ГМП-16 с камерой двухступенчатого сжигания [1]. Основные параметры котла: паропроизводительность - 25 т/ч, давление в барабане - 25,4 кгс/см2 (2,49 МПа), давление перегретого пара - 24 кгс/см2 (2,35 МПа), температура перегретого пара - 380 ОС, КПД котла (брутто) - 91,9%.

Пароперегреватель котла выполнен двухступенчатым, причем обе ступени изготовлены из труб диаметром 38x3 мм. Он установлен сразу за топкой, в начале конвективного пучка. Для регулирования температуры перегретого пара в котле предусмотрен поверхностный пароохладитель (ПО), охлаждаемый котловой водой и расположенный в нижнем барабане. Гидравлически ПО включен по пару после 1-й ступени ПП (врассечку). Котел выполнен по двухступенчатой схеме испарения котловой воды (KB), причем 2-я ступень испарения - внутрибарабанная. В нее включены задний экран топки, задние части левого и правого экранов и часть конвективного пучка. Средний уровень воды в барабане находится на геометрической оси, а верхний и нижний уровни - на отметках ±60 мм от среднего. Схемой водоподготовки предусмотрено двухступенчатое Na-катионирование исходной воды. Солесодержание питательной воды составляет от 100 до 200 мг/дм3 в зависимости от времени года.

Рис. 1. Схема сепарационных устройств котла ДЕ-25-24-380 ГМ:

1 - подвод питательной воды; 2 - отвод насыщенного пара; 3 и 4 - чистый и солевой отсеки котла; 5 - жалюзийный сепаратор; 6 - дырчатый потолок; 7 - труба питания солевого отсека; 8 - отбойные козырьки; 9 - перегородки между чистыми и солевым отсеками; 10 - паровое окно; «+» и «-» - движение пара к лазу и от лаза.

На рис. 1 показаны сепарационные устройства котла и конструкция солевого отсека (СО). Как видно, здесь применена простейшая сепарационная схема. Пароводяная смесь из экранов (или конвективного пучка) с помощью коробов и отбойных козырьков подводится в барабан. Далее осушка пара происходит в паровом объеме барабана в жалюзи и дырчатых пароприемных листах. Ранее в НПО ЦКТИ исследовали работу данной схемы с барабаном dвн=1000 мм на стенде [2] и в промышленных условиях [3]. Было установлено, что сепарационная схема выдает пар, удовлетворяющий нормам для котлов без ПП. Проверку этой схемы для условий работы котлов с ПП и тем более с повышенным давлением (2,4 МПа), когда норма пара составляет 500 мкг/дм3 [4], не проводили. Поэтому был выполнен осмотр поврежденного ПП одного из котлов с вырезкой поврежденных и неповрежденных образцов труб, обрезаны донышки коллекторов ПП 1-й и 2-й ступеней для внутреннего осмотра. Выявлено, что проточная часть ПП имеет значительные отложения солей, что послужило одной из причин пережога трубок ПП.

Рис. 2. Выходной коллектор ПП 2-й ступени (вид с глухого торца).

На рис. 2 в качестве примера показана внутренняя полость выходного коллектора ПП 2-й ступени (вид с глухого торца коллектора при обрезанном донышке). Как видно, на стенках коллектора наблюдается значительный слой отложений светлого цвета (их толщина в отдельных местах достигает 20 мм). Химический анализ показал, что отложения состоят на 80% из солей натрия (NaCl, Na2SO4 и др.). Такое соотношение солей характерно для котловой воды котлов низкого давления.

Занос солями ПП возможен по двум причинам - из-за плохой работы сепарационных устройств (повышенный механический унос капель котловой воды) либо неплотности трубок ПО (или коммутационных линий). Были проанализированы данные водно-химического режима котлов за последние годы. В таблице в качестве примера приведены данные за февраль 2007 г. Из них следует:

■ при солесодержании питательной воды Sп.в=150-200 мг/дм3 котлы работали с непрерывной продувкой, равной в среднем 8-10%, иногда достигающей 15%;

■ средние значения солесодержания насыщенного Sн.п и перегретого Sп.п пара составляли от 1,55 до 3,09 мг/дм3. Норма солесодержания пара для котлов ДЕ-25-24-380 ГМ согласно ГОСТ [4] - 500 мкг/дм3. Следовательно, котлы работали с солесодержанием пара, существенно превышающим норму, что приводило к заносу солями ПП;

■ солесодержания насыщенного и перегретого пара близки по значениям. Основная причина заноса солями ПП - это вынос капель котловой воды из барабана (плохая работа сепарационных устройств). При наличии неплотностей в трубках ПО солесодержание перегретого пара было бы значительно выше солесодержания насыщенного пара;

■ схема ступенчатого испарения котловой воды работает с малой кратностью концентрации между 1-й и 2-й ступенями испарения (KIIу=SIIк.в/SIк.в, где SIк.в и SIIк.в - солесодержания котловой воды 1-й и 2-й ступеней испарения), равной 1,07-1,4, и значительной кратностью концентрации между 1-й ступенью испарения и питательной водой (KIу=SIк.в/Sп.в, равной примерно 10 (засоление чистого отсека). Рассмотрим это подробнее.

Как отмечалось, котлы ДЕ выполнены по двухступенчатой схеме испарения котловой воды. С помощью поперечных перегородок (глухой - в нижнем барабане и с паровым окном - в верхнем барабане) организуются контуры чистого (ЧО) и солевого (СО) отсеков. Подача воды из ЧО в СО должна осуществляться только по трубе питания диаметром 108x4,5 мм (при правильной работе ступеней испарения).

Составим уравнение солевого баланса котла:

где Р и n|| - величина непрерывной продувки котла и паропроизводительность 2-й ступени испарения (в процентах от паропроизводительности котла).

Из уравнения (1) получаем кратности упаривания между отсеками:

Уравнение солевого баланса составлено без учета выноса солей с паром котла (им пренебрегаем), т.к. вынос солей с паром приблизительно на два порядка меньше вывода солей с непрерывной продувкой котла.

Согласно тепловому расчету котла (по данным НПО ЦКТИ) относительная паропроизводительность 2-й ступени испарения n||=20-25%. Примем величину непрерывной продувки котла равной примерно 10% (в среднем с такой продувкой работают котлы). Тогда значения кратности упаривания:

KIIу =[20(25)+10]/10=3(3,5);

KIу =(100+10)/[20(25)+10]=3,67(3,14).

Такие кратности упаривания теоретически должны быть между ступенями испарения при отсутствии перебросов или перетоков котловой воды из СО в ЧО.

На основании эксплуатационных данных и по результатам расчетов KIу достигает 10,63, а KIIу в среднем составляет 1,07-1,37. Из приведенных данных следует, что котлы работают с солесодержанием котловой воды в ЧО в 10,63/3,67(3,14)=2,9-3,38 раза более высоким, чем при нормальной работе схемы ступенчатого испарения. Пропорционально увеличенному значению SIк.в повышается и солесодержание пара, отпускаемого котлом. Подтверждением этому служит, например, классический график работы сепарационных устройств в функциональной зависимости Sп=f(SIк.в), представленный в [5].

Опыт наладки внутрибарабанных сепарационных устройств и схем ступенчатого испарения барабанных котлов [5-8] свидетельствует о том, что основными причинами засоления чистого отсека котлов ДЕ могут быть:

■ переброс котловой воды СО через паровое окно в перегородке верхнего барабана между отсеками;

■ переток котловой воды СО через неплотности в перегородках в нижнем и верхнем барабанах;

■ переток воды из ЧО в СО по кипятильным трубам (например, одна из кипятильных труб забирает воду из ЧО, а подает пароводяную смесь в СО);

■ не представительность проб котловой воды ЧО для химического анализа.

Для определения причин засоления ЧО и улучшения качества пара котла были выполнены осмотр и ревизия внутрибарабанных сепарационных устройств, а также опрессовка водой контура ЧО и СО по специальной методике. В результате установлено:

■ принципиально сепарационные устройства котла выполнены согласно заводским чертежам;

■ некоторые элементы сепарационной схемы, например короб приема пароводяной смеси (см. рис. 1, разрез Б - Б, левая половина), имеют открытый торец, что приводит к значительному выносу влаги в паровой объем барабана (т. е. необходимы расчеты и реконструкция);

■ элементы сепарационной схемы котла (жалюзи, дырчатые листы, короба и др.) покрыты значительным слоем отложений, поэтому перед пуском котла все эти элементы были тщательно очищены от отложений;

■ в коробах приема пароводяной смеси и перегородках имелись непровары, щели, которые были устранены;

■ циркуляционная схема рассматриваемого котла выполнена таким образом, что несколько «очков» кипятильных труб (на развертке барабанов) попадают на разделительные перегородки между ЧО и СО: в нижнем барабане - две трубы, в верхнем барабане - три трубы (рис. 3). При правильном включении этих труб они должны забирать воду и подавать пароводяную смесь строго в пределах одного отсека (например, если эта труба забирает воду из ЧО, то и подавать пароводяную смесь должна в ЧО). В данном котле эти трубы забирали воду из ЧО нижнего барабана и подавали пароводяную смесь в верхний барабан - как в ЧО, так и в СО. Это приводило к тому, что нарушалась нормальная работа схемы ступенчатого испарения котловой воды. В СО поступало воды больше, чем необходимо для выработки пара и непрерывной продувки, т.е. DII+Dh.пр (DII - паропроизводительность СО; Dh.пр - величина непрерывной продувки). Вследствие этого вода СО разбавлялась, а вода ЧО засолялась водой СО через водоперепускную трубу (вода по этой трубе двигалась в сторону ЧО, а не наоборот, как должно быть при нормальной работе). В результате кратность упаривания KIIу между отсеками значительно снижалась, что подтверждено работой котла со дня пуска.

Рис. 3. Внешний вид одной из труб в верхнем барабане, попадающей на перегородку.

В [8] подробно рассмотрены процессы, происходящие в схемах ступенчатого испарения барабанных котлов при наличии перебросов, перетоков котловой воды через трубы из одной ступени испарения в другую. Рассмотренный выше дефект котла ДЕ вызван тем, что у «стаканов», с помощью которых трубы заводятся в отсеки, не было донышек специальной конструкции, которые должны быть установлены при изготовлении котла на заводе. Донышки изготовили и приварили к «стаканам». После этого выполнили экспресс-испытания котла, которые показали:

■ кратность упаривания между отсеками увеличилась до 1,5-2,14 (ранее была равна 1,14-1,42);

■ солесодержание отпускаемого пара снизилось до 1,02-1,23 мг/дм3 (до этого составляло 1,55-3,1 мг/дм3), вследствие чего повысилась надежность ПП (за счет уменьшения выноса солей из барабана в ПП).

Таким образом, на основе анализа конструкции сепарационных устройств, результатов наладки схем получения пара, удовлетворяющего нормам [4], установлено, что при данном качестве питательной воды Sп.в=100-200 мг/дм3) необходима частичная реконструкция сепарационных устройств котла. Возможен также другой вариант получения пара, удовлетворяющего нормам, - снижение солесодержания питательной воды.

Литература

1. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства (отраслевой каталог). М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1992.

2. Стендовые исследования и выбор внутрибарабанных сепарационных устройств для котлов промышленной энергетики / Б.Е.Акопьянц, В.П.Артемьев, В.А.Ларченко и др. Энергомашиностроение, 1979. № 4.

3. Освоение головных образцов унифицированной серии паровых котлов с газомазутными топочными устройствами / Б.Е. Акопьянц, В.П. Артемьев, В.А. Ларченко и др. Труды ЦКТИ, 1978. Вып. 162.

4. ГОСТ 20995-75. Котлы паровые стационарные давлением до 3,9 МПа. Показатели качества питательной воды и пара.

5. Фёдоров А. И. Пособие по эксплуатации барабанных котлов среднего и высокого давления. М.: ВТИ, 2010.

6. Фёдоров А.И. Рекомендации по наладке внутрикотловых сепарационных устройств барабанных котлов. М.: ОРГРЭС, 2001.

7. Фёдоров А.И. Выявление и устранение солевых перекосов в барабанных котлах высокого давления// Энергетик. 2005. № 7.

8. Фёдоров А.И. Методика расчета схем ступенчатого испарения в барабанных котлах с двухсторонними солевыми отсеками // Теплоэнергетика. 2007. № 4.

От редакции: Автором статьи подготовлено пособие, в котором рассмотрены вопросы эксплуатации и опыта наладки барабанных котлов: гидравлика основных схем барабанных котлов, вопросы измерения уровня воды в барабанах и выносных циклонах, особенности измерения паропроизводительности солевых выносных отсеков, солевые перекосы в котлах и способы их устранения, достаточность штатной схемы химконтроля для обеспечения надежной работы котлов, анализ влияния конструкции и состояния внутрикотловых устройств на надежность работы котлов и др.

«Пособие по эксплуатации барабанных котлов среднего и высокого давления» предназначено, прежде всего, для оперативного (эксплуатационного) персонала ТЭЦ, а также для руководителей и специалистов различных служб ОАО «ТГК» и «ОГК».

По вопросу приобретения пособия обращаться к автору: a.fedorov.vti@mail.ru.

А.И. Фёдоров, Анализ работы и наладка внутрибарабанных сепарационных устройств и схемы ступенчатого испарения котла ДЕ-25-24-380 ГМ

Источник: Журнал "Новости теплоснабжения" №07 (167), 2014 г. , www.rosteplo.ru/nt/167

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи:

Подбор теплообменника!

Теплообменник ТТАИ для ГВС, отопления, промпроизводств.

+7(495)741-20-28, info@ntsn.ru