Развитие котельных агрегатов на высокие параметры пара

Котельные агрегаты, используемые в Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Омске, Самаре, Улан-Удэ, Томске, Твери, Туле, Рязани и т. д., подвергались различным изменениям, параллельно которым в теплоэнергетике происходили большие сдвиги, связанные с ростом параметров пара. Топливный кризис, имевший место после первой мировой войны, не только вызвал к жизни пылесжигание, но и дал сильный толчок применению повышенных параметров пара.

В 20-х годах появились первые установки высокого давления. Первое время температура перегретого пара не превышала, как правило, 450° С и только в отдельных случаях доходила до 475—500° С. Поэтому все установки высокого давления этого времени имели вторичный перегрев пара (газовый или паровой). В СССР в этот период было сооружено лишь несколько установок высокого давления, из числа которых следует отметить ТЭЦ-9 Мосэнерго (на параметры у котлов 130 ата, 500° С) со вторичным газовым перегревом. Эта установка со времени своего пуска была одной из наиболее мощных станций в мире на столь высокие параметры пара.

В период с 1935 по 1948 г. значительная часть крупных установок США и Германии строилась на высокое давление пара (80—120 ата) с начальной температурой 480—500° С; в США эти установки осуществлялись без вторичного перегрева, а в Германии при 120 ата обычно с промежуточным перегревом. В СССР массовый переход на высокие параметры пара A00 ата, 500—510° С) был подготовлен к 1940 г., но в связи с началом второй мировой войны реализован лишь в 1946—1948 гг.

В течение первого периода внедрения высокого давления 1925—1930 гг ) значительные трудности были связаны с большей чувствительностью первых котельных агрегатов высокого давления к нарушениям циркуляции, образованию накипи и коррозии. Кроме того, многобарабанные вертикально-водотрубные котлы того времени получались очень дорогими из-за значительной стоимости цельнокованых барабанов высокого давления, а секционные котлы имели ряд трудностей с уплотнениями многочисленных лючков и ненадежностью циркуляции.

Все это привело к поискам новых путей генерации пара. Почти одновременно появились самые разнообразные типы котельных агрегатов: с промежуточным теплоносителем (котлы Рутса, Шмидта — Гартмана), с получением насыщенного пара путем вдувания в воду перегретого (котлы Леффлера), с принудительной циркуляцией (котлы Ла-Монта), прямоточный с парообразованием при давлении выше критического и дросселированием пара до рабочего давления (котлы Бенсона) и ряд других. Эти типы котлов внесли много нового в организацию внутрикотловых процессов, в конструкцию отдельных элементов, в технологию изготовления котлоагрегатов и тем самым сильно способствовали техническому прогрессу в котлостроении. Однако в результате длительной промышленной проверки из всего многообразия новых предложений широкое применение нашли только два типа котлов и притом в форме, мало похожей на первоначальную. Этими типами явились — котел с принудительной циркуляцией и, в особенности, прямоточный котел.

Котел с принудительной циркуляцией по принципиальной схеме аналогичен котлу с естественной циркуляцией и отличается только включением в циркуляционный контур специального насоса. Однако применение насоса вносит ряд существенных изменений в конструкцию и эксплуатацию котла. Наличие насоса ведет к большей свободе ком-поновки поверхности нагрева, так как расположение кипятильных труб не связывается с необходимостью получения достаточного естественного циркуляционного напора. Большая величина располагаемого напора — обычно около 3 ат вместо 0,5—1 ат при естественной циркуляции, позволяет применять кипятильные трубы малого диаметра и значительной длины.

Значительную роль играют независимость циркуляционного напора от нагрузки котельного агрегата и, следовательно, наличие большой скорости циркуляции при всех паропроизводительностях и даже при растопке до начала отдачи пара. Это обеспечивает равномерность прогрева всего котла во время растопки и позволяет использовать в испарительных поверхностях не только восходящее, но и нисходящее движение пароводяной смеси. Эти преимущества обеспечили котлам с принудительной циркуляцией быстрое распространение для промышленных силовых установок и в качестве агрегатов, использующих отходящие газы печей, двигателей внутреннего сгорания и т. п. В этих условиях решающим фактором являлись свобода компоновки и возможность располагать барабан в любом месте относительно поверхностей нагрева и размещать последние в ограниченных габаритах. Вместе с тем наличие циркуляционных насосов приводило к некоторому повышению затраты энергии на собственные нужды котла. В итоге эти котлы на мощных электростанциях до 1950 г. имели ограниченное распространение.

Прямоточные котлы по своей схеме резко отличаются от барабанных котлов с многократной циркуляцией. В своей простейшей форме прямоточный котел представляет собой непрерывный обогреваемый змеевик, в один конец которого поступает питательная вода, а из другого выходит перегретый пар. Такая конструкция не содержит ряда дорогих элементов — барабана, коллекторов, опускных необогреваемых труб, которые значительно удорожают барабанные котлы. Так как в котельной установке неизбежно возникает так называемая температурная разверка, характеризуемая тем, что отдельные витки начинают выдавать пар различной температуры, то на пути рабочего тела приходится устанавливать несколько промежуточных коллекторов, в которых потоки, идущие из отдельных труб, смешиваются и затем снова распределяются по трубам следующего участка поверхности нагрева.

В первых немецких прямоточных котлах применялась та же схема, но в дальнейшем перешли на конструирование экранов в виде вертикальных отдельных панелей, последовательно соединенных опускными наружными (необогреваемыми) трубами. Это заметно увеличило расход металла, но упростило монтаж, так как отдельные панели можно было полностью собирать на заводе. Относительно высокие скорости рабочего тела в трубах прямоточного котла и большая длина труб испарительной зоны приводят к довольно большому гидравлическому сопротивлению этой зоны, особенно при невысоких давлениях, когда велик удельный объем пара.

Для снижения напора питательного насоса, преодолевающего это сопротивление, в советских котлах выпуска 1943—1945 гг. входная скорость была снижена примерно до 0,6 м. Это привело к расслоению потока пароводяной смеси в трубах, пульсации температур металла и многочисленным повреждениям труб. Эти повреждения создали впечатление о меньшей надежности прямоточных котлов, что задержало их распространение в СССР. В начале 50-х годов прямоточные котельные агрегаты новых выпусков (скорость входа воды при номинальной нагрузке до 2 м/сек) по надежности работы поверхностей нагрева уже не уступали барабанным котлам.

Несмотря на питание прямоточных котлов водой с малым солесодержанием (турбинный конденсат, дистиллат испарителей), в этой зоне накапливаются отложения и поэтому очень скоро переходную зону стали выносить из топки в область умеренных температур. В таких условиях можно было безопасно накапливать в котле значительные количества солей (до 100 кг) и удалять их периодической промывкой. По мере перехода к высоким давлениям растворяющая способность пара увеличивается и уже при 100—140 ата соли натрия практически полностью проходят котел транзитом и поступают с паром в турбину. В итоге на ряде прямоточных котлов, имевших в питательной воде в основном соли натрия, стало обнаруживаться отсутствие отложений в котле, но сильный занос турбин. Для борьбы с этим наряду с мероприятиями по улучшению водного режима начали разрабатывать различные сепарационные устройства для непрерывного вывода солей из котла.

В целом можно сказать, что сепараторы, применяющиеся и в зарубежных прямоточных котельных агрегатах (Зульцер), и в СССР, облегчают задачу получения чистого пара при пониженном качестве конденсата, но не позволяют применять питательную воду со значительным солесодержанием, как это можно делать в барабанных котлах. Вместе с тем применение сепараторов привело к отделению поверхности пароперегревателя от испарительной зоны, что повысило стабильность перегрева на прямоточных котлах.

Вместе с тем за эти годы и барабанные котлы высокого давления значительно улучшили свои показатели. Применение методов внутрикотловой обработки воды обеспечило безнакипной режим кипятильных труб; исследование естественной циркуляции позволило надежно использовать ее при 100—140 и даже 180 ага. Все это сильно повысило надежность котлов высокого давления с естественной циркуляцией, а переход на радиационные однобарабанные котлы и изготовление барабанов путем сварки свели цену барабанов к небольшой части общей стоимости котельной установки. В итоге котлы с естественной циркуляцией оказались способными выдержать конкуренцию со стороны прямоточных котлов и котлов с многократной принудительной циркуляцией.

В дальнейшем все три типа котельных агрегатов развивались параллельно. В целом к 1950—1955 гг. в крупной энергетике основных индустриальных стран главную роль сохранили котлы с естественной циркуляцией. Только в Германии и отчасти в СССР довольно значительное применение получили также прямоточные котлы, а в США, начиная с 1950 г.,— котлы с принудительной циркуляцией. В СССР массовый выпуск котлов высокого давления начался с окончанием второй мировой войны, параметры пара были приняты (за пароперегревателем) 100 ата и 510° С при температуре питательной воды 215° С. Котельные установки высокого давления, выпускавшиеся серийно отечественными заводами с 1945—1947 и по 1956—1957 гг. имели паропроизводительность 120, 170, 230 т/ч, причем котлы 120 и 170 т/ч выпускались только барабанного типа.

Источник: ООО «Вемиру»

E-mail: info@stroimrem.ru

Качественные сварочные электроды различных типов, проволоку и другие расходные материалы ведущих отечественных и зарубежных производителей по доступным ценам вы можете найти на страницах интернет магазина provtrod.ru.