Условия работы металла барабанов и коллекторов паровых котлов

Глава 2. Предупреждение повреждений барабанов

 и коллекторов паровых котлов

2.1. Условия работы металла барабанов и коллекторов паровых котлов

Условия, в которых находятся элементы паровых котлов во время эксплуатации, чрезвычайно разнообразны.

Барабаны устанавливаются в котлах низкого, среднего и высокого давлений с естественной и многократной прину­дительной циркуляцией. В прямоточных котлах барабанов нет.

Барабан парового котла является одним из наиболее ответственных его элементов, в котором аккумулируется большая энергия.

Барабан стационарного котла – это элемент котла, пред­назначенный для сбора и раздачи рабочей среды, для от­деления пара от воды, очистки пара, обеспечения запасов воды в котле.

Барабан объединяет в зависимости от места установки парообразующие, пароотводящие и опускные трубы котла.

Рекомендуемые материалы

Коллектор стационарного котла – это элемент котла, предназначенный для сбора или раздачи рабочей среды, объединяющий группу труб.

Условия работы металла барабанов и коллекторов паро­вых котлов тяжелые, так как металл находится одновре­менно под воздействием высоких температур, механических напряжений и агрессивной среды, в результате чего в ме­талле могут возникнуть изменения структуры и механиче­ских свойств, явления ползучести, коррозия, что в свою оче­редь может привести к его разрушению.

Разрушение барабана котла в процессе эксплуатации – одна из наиболее серьезных аварий, это связано с большим материальным ущербом и другими тяжелыми последст­виями.

Условия работы металла котлов высокого давления от­личаются от условий работы металла котлов низкого и сред­него давлений прежде всего внутренним давлением, испы­тываемым металлом отдельных его элементов. С повыше­нием давления и температуры пара существенно изменяются тепловосприятие и необходимая последовательность разме­щения его элементов, т.е. изменяется тепловая схема котла, что и определяет его компоновку.

Важным фактором, воздействующим на техническую характеристику котлов высокого давления, является более высокий температурный уровень на поверхностях нагрева, работающих под давлением, связанный с повышением тем­пературы котловой воды, а также насыщенного и перегретого пара.

Поэтому при изготовлении и эксплуатации барабанов следует принимать меры по повышению их надежности.

С повышением рабочей температуры металла не только снижается его механическая прочность, но и могут произой­ти такие явления, как ползучесть металла, понижение с те­чением времени его пластичности и вязкости, изменение его первоначальной структуры, химическая нестойкость и т. п.

Как показали многолетний опыт эксплуатации котлов и научные исследования, правильный выбор стали опреде­ленного химического состава не гарантирует еще ее полной надежности в условиях длительной работы при высоких температурах. Значительное влияние на металл оказывают факторы технологического характера, начиная от выплав­ки стали и кончая обработкой готовых изделий.

Различные режимные факторы работы котла (нагрузка, коэффициент избытка воздуха, рециркуляция дымовых газов, число и расположение горелок) оказывают сущест­венное влияние на значение и распределение локальных теп­ловых потоков в топочной камере. С ростом нагрузки котла ТГМ–96 с 18 горелками от минимальной производительно­сти (240 т/ч) до номинальной (480 т/ч) максимум теплового потока на боковой экран на уровне второго яруса горелок возрастает на 44% – с 1100·10³ до 1600·10³ кДж/(м²·ч), при этом максимальный тепловой поток на задний экран на уровне горелок второго яруса увеличивается на 47 %.

В котле в наиболее тяжелых температурных условиях работают трубы пароперегревателя.

В котлах высокого давления выходная часть Перегрева­теля или даже весь перегреватель располагается в конвек­тивной его части. Здесь тепловое напряжение составляет 9550–11 900 кДж/(м²·ч).

Рекомендация для Вас - 2. Виды посредников.

Предельные удельные тепловосприятия радиационной поверхности нагрева в нижней части топок при сжигании мазута составляют (19004–2100)·10³ кДж/(м²·ч). Следова­тельно, для мазутных котлов с естественной циркуляцией высокого (11МПа) и сверхвысокого (15,5 МПа) давлений допускается максимальное тепловосприятие 2100·10³кДж/ /(м²·ч). Однако при 15,5 МПа такое значение может при­водить к нарушению нормального пузырькового режима ки­пения, значительным колебанием температуры стенки труб со всеми вытекающими последствиями.

При чистых внутренних поверхностях температура ме­талла стенки экранных и кипятильных труб в радиационной части не должна быть выше температуры среды более чем на 5–7 ºС. В случае небольших отложений температура стенки труб резко увеличивается.

При высоких тепловых напряжениях в топочной камере слой отложений в 0,15 мм доводит температуру металла стенки труб до опасных пределов. Поэтому для котлов высокого и сверхкритического давлений обеспечивается высокий уровень очистки питательной воды от приме­сей.

В случаях нарушения гидродинамики при неравномер­ном обогреве труб, в особенности, когда они носят цикличе­ский характер, как, например, пульсация потока, расслоение эмульсии и т. п., создаются переменные тепловые напряжения.

 В настоящее время широко применяются горелки производительностью 7500–11000 кг/ч по мазуту и 9000–12500 м³/ч по природному тазу. Однако рост единичной мощности горелок в ряде случаев привел к увеличению локальных падающих тепловых потоков.

Необогреваемые детали – барабаны, коллекторы, со­единительные и магистральные трубопроводы обычно рассчитывают по средней температуре протекающей среды. Од­нако в отдельных деталях могут быть сложные температурные условия при непостоянстве температуры во времени.
Так, в исходных коллекторах пароперегревателей вследствие неравномерности тепловой работы отдельных секций и колебаний средней температуры пара создаются большие переменные температурные напряжения. Учесть их трудно, поэтому они должны быть компенсированы при расчетах достаточным запасом прочности.