Содержание к диссертации
Введение
Надежность работы поверхностей нагрева при их очистке водой 13
1. Высокотемпературная коррозия и износ труб поверхностей нагрева при водяной очистке 13
2. Прогноз продолжительности работы труб поверхностей нагрева котлов при их водяной очистке. 17
Тепловая эффективность поверхностей нагрева паровых котлов. 23
Постановка задачи исследования 27
Гидродинамика водяной струи глубоковыдвижного аппарата 29
Факторы, влияющие на гидродинамику водяной струи.. 29
Методика и аппаратура исследований 32
Результаты исследования водяной струи глубоковыдвижного обмывочного аппарата... 36
Результаты исследования водяной струи, вытекающей из сопел вращающейся головки обмывочного аппарата 44
Методика разработки установки аппаратов водяной очистки 52
3.2. Построение схемы водяной очистки поверхностей нагрева глубоковыдвижными аппаратами 54
3.3. Схемы очистки поверхностей нагрева исследоваиных паровых котлов 60
4. Тепловосприятие поверхностей нагрева в условиях
их водяной очистки 71
4.1. Влияние загрязнения поверхностей нагрева золовыми отложениями на условия теплообмена 71
4.2. Методика определения показателей эффективности работы поверхностей нагрева... 72
4.3. Характеристика алгоритма и программа расчета показателей эффективности поверхностей нагрева... 79
4.4. Результаты промышленных исследований тепловой эффективности поверхностей нагрева паровых котлов... 82
4.4.1. Тепловая эффективность экранов топки в условиях их водяной очистки глубоковыдвижными аппаратами 82
4.4.2, Тепловая эффективность ширмовых пароперегревателей в условиях их комбинированной очистки 93
5. ВЛИЯНИЕ ВОДЯНОЙ ОЧИСТКИ НА СОСТОЯНИЕ И ИЗНОС МЕТАЛЛА
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА 106
5.1. Условия проведения опытов. 106
5.2. Износ труб поверхностей нагрева...
5.3. Результаты металлографических исследований труб..
ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 124
ЛИТЕРАТУРА 128
- Высокотемпературная коррозия и износ труб поверхностей нагрева при водяной очистке
- Тепловая эффективность поверхностей нагрева паровых котлов.
- Факторы, влияющие на гидродинамику водяной струи..
- Влияние загрязнения поверхностей нагрева золовыми отложениями на условия теплообмена
- Износ труб поверхностей нагрева...
Высокотемпературная коррозия и износ труб поверхностей нагрева при водяной очистке
Опыт последних десяти лет отечественной и зарубежной энергетики показал, что более эффективным способом очистки топочных экранов котлов от золошлаковых отложений является водяная обмывка. К настоящему моменту на ряде электростанций СССР (Эстонская ГРЭС, Назаровская ГРЭС, Прибалтийская ГРЭС), очистка топочных экранов котлов с паровой обдувки полностью переведена на водяную обмывку. В результате чего значительно увеличилась длительность рабочих кампаний котлов и достигнут ощутимый экономический эффект [4-13].
В настоящее время на практике, в основном, применяются следующие системы водяной очистки топки:
I. Очистка коротковыдвижныш аппаратами с вращающимися сопловыми головками. Аппараты работают по принципу "на себя". В сопловой головке установлены водяные сопла малого диаметра - от 3 до 5 мм. Радиус активного действия одного аппарата обычно не больше 4,0 м. [ 9, 14-17 ]. Недостатком системы очистки при помощи коротких аппаратов является их большое количество на один котел. Например, для парового котла для энергоблока мощностью 600 Шг, работающего на буром угле, требуется более 70 аппаратов.
В СССР вышеприведенная система водяной очистки использовалась в первых вариантах для обмывки топочных экранов и реализовалась путем подачи технической воды в аппараты паровой обдувки (типа 0ПР-5, ОМ-0,35 и др.) Вследствие неравномерного распределения удельной нагрузки и малой величины площади активного действия струи система водяной очистки поверхностей нагрева короткими аппаратами широкого применения не нашла [6,18-20 ] .2. Очистка дальнобойными аппаратами с линейным перемещением СТРУИ. В этом случае водяная струя направляется на очищаемую поверхность через топочное пространство. Разработано несколько видов аппаратов вышеназванного типа, отличающихся друг от. друга главным образом конструкционными особенностями (вследствие чего и отличаются формы следов водяной струи, описываемых на очищаемой поверхности), но пока серийное производство их отсутствует[21-25],
Применение такой системы очистки позволяет сократить количество аппаратов на топку. Основным недостатком такой схемы очистки является необходимость применения сопел с большими диаметрами (от 10 до 20 мм) и невозможность очищать поверхности, расстояние которых от места установки аппарата больше дальнобойности вытекающей из сопла водяной струи.
Тепловая эффективность поверхностей нагрева паровых котлов
Анализ изложенного литературного материала показал, что наиболее перспективным методом очистки поверхностей нагрева паровых котлов от золовых отложений является водяная обмывка. Разработаны общие требования, пред"являемые к использованию водяной очистки, вытекающие из опасности влияния этого метода очистки на надежность металла очищаемых поверхностей нагрева.
В настоящее время разработано несколько вариантов конструкций аппаратов водяной очистки, но серийное производство их отсутствует. А спрос на аппараты водяной очистки электростанциями увеличивается из-за постоянного ухудшения качества топлива.
В Таллинском политехническом институте разработан на базе се-рийно-выпускаемых заводом "Ильмарине" паровых обдувочных аппаратов типа ОГ дбмывочный аппарат глубоковыдвижного типа ОВГ. Для перевода аппаратов ОГ на воду требуется незначительная реконструкция их. Кроме того, глубоковыдвижные обмывочные аппараты типа ОВГ имеют целый ряд преимуществ перед другими типами аппаратов водяной очистки:
- аппараты типа ОВГ являются универсальными в том смысле,что их можно использовать как для водяной очистки топочных экранов, так и для двусветных экранов и ширмовых поверхностей нагрева;
- применение глубоковыдвгохных аппаратов не ограничено дальнобойностью водяной струи. Учитывая вышесказанное, целью настоящей диссертационной работы является разработка системы водяной очистки топочных экранов и ширмовых пароперегревателей при помогай глубоковыдвижных аппаратов, а также промышленное испытание названной системы на паровых котлах в длительной эксплуатации. Для выполнения приведенной цели основными задачами работы являлись:
1. разработка конструкций сопел и сопловой головки аппарата;
2. определение зависимости радиуса действия (или дальнобойности) струи от конструктивных характеристик сопел, и от параметров
течения воды в соплах;
3. выявление закономерностей изменения тепловой эффективности экранных поверхностей нагрева при их очистке глубоковыдвижными аппаратами водяной обмывки;
4. выявление закономерностей изменения тепловой эффективности ширмовых пароперегревателей при их длительной эксплуатации в условиях комбинированной очистки (водяная обмывка в сочетании с виброочисткой).
5. определение влияния водяной очистки глубоковыдвижными аппаратами на надежность работы металла поверхностей нагрева;
Экспериментальные исследования по решению двух первых задач были проведены в Таллинском политехническом институте на кафедре теплоэнергетики.
Факторы, влияющие на гидродинамику водяной струи
Использование водяной очистки поверхностей нагрева паровых котлов имеет ряд особенностей, учет которых при разработке обмывочных .устройств является обязательным. Например, интенсивно действующая очистка, обеспечивающая высокую тепловую эффективность теплообменных поверхностей, вызывает одновременно повышенный износ металла труб, и, тем самым, уменьшает надежность агрегата и увеличивает затраты на восстановление труб.
Технические требования к параметрам водяной струи, которым должны соответствовать аппараты водяной очистки, разработаны совместно ВТИ, Союзтехэнерго и заводом "Котлоочистка" и утверждены Главтехуправлением Минэнерго СССР следующие [ 63 ]:
- сопло аппарата должно обеспечивать компактность водяной струи;
- время контакта водяной струи с экранными трубами следует обеспечивать по всей зоне очистки в пределах 0,2-0,6 с.
Надо учитывать также, что узел сопла в топочной камере должен в межобмывочный период иметь достаточную плотность, при которой исключается увеличение присосов воздуха в топку.
Следует отметить, что если воздействию струи на условия работы металла труб поверхностей нагрева посвяшено довольно много исследований, то водяные струи исследовались в основном преследуя иную цель. Так, например, гидромониторные струи, предназначенные для резания, отбойки и размыва горных пород, должны обладать большим динамическим давлением на относительно небольшом расстоянии от насадки [78-80] . Струи дождевальных машин, относящиеся к числу низконапорных струй, должны орошать возможно большую плошадь рав-1 номерным дождем из мелких капель [8I,82J . Также неприменима теория распада струй жидкости, выбрасываемой через малое отверстие ( U 1«м) в воздух, при малых либо больших скоростях для более толстых струй ( (j 5 мм) [ 83,84 ]. Из сказанного вытекает, что изучение струй обмывочных аппаратов обладает некоторым своеобразием по цели, методике и постановке исследования.
Основними причинами распада водяной струи, вытекающей из сопла d 5 мм при начальном давлении n 0,3 МПа (т.е. при параметрах, используемых в аппаратах водяной очистки поверхностей нагрева), являются турбулентные пульсации, приводящие к отрыву отдельных частиц жидкости от основной струи, и смешивание струи с окружающей средой. Кроме указанных, на струю воздействуют еще некоторые внешние факторы, как физические свойства окружающей среды, а также внешние силы (сила тяжести, центробежная сила). К особенностям водяной струи, используемой для очистки поверхностей нагрева, относится и тот факт, что раздробленная струя, состоящая из достаточно крупных образований, долетающих до обмываемой поверхности, принимает участие в обмывке. В дальнейшем понимаются под выражением "длина вышеприведенной струи" - "радиус действия" струи, а под "дальнобойноетями" струи - длина прямолинейной протяженности струи. Под компактностью струи понимается условная длина струи от выходного сечения сопла до сечения, где через круг диаметром 38 см протекает 90% и через круг диаметром 26 см 1Ъ% от об"ема струи [ 86 ] .
Влияние загрязнения поверхностей нагрева золовыми отложениями на условия теплообмена
Динамика образования, типы и физико-химические характеристики золовых отложений зависят от большого количества факторов как режимных, топливных и т.д., и поэтому предложены различные принципы классификации золовых отложений [30,68,87,95 ].
Обычно при сжигании топлив с высоким содержанием кальция и щелочных металлов, как эстонских сланцев, гак и канско-ачинеких углей, в условиях периодической очистки поверхностей нагрева, на них образуются трехслойные золовые отложения. Подслой располагается непосредственно на поверхности труб и сильно связан с металлом. На подслое располагается плотный слой. Названные отложения во время виброочистки, дробеочистки и паровой обдувки не удаляются, так как они имеют высокую прочность. Почти полностью удаляется во время очистки поверхности нагрева рыхлый слой, который располагается на плотном слое. При этом разные слои отложений отличаются друг от друга по химическому и минералогическому составу [ 30 ].
Во время эксплуатации котла происходит нарастание неудаляе-мых плотных отложений и соответственно .уменьшается тепловосприя-тие поверхностей нагрева.
Результаты исследования водяной очистки опытных ширм на пыле-сланцевом котле ТП-І7 показали, что тепловое сопротивление несду-ваемых плотных золовых отложений снижается и существенно замедляется скорость их роста, если непосредственно после водяной обмывки проводить вибрацию ширм. [ 30 ].
Учитывая, что удаление плотного слоя отложений ускоряет процесс коррозии, следует считать эффективным методом очистки высокотемпературных поверхностей нагрева комбинированный метод, согласно которому быстрорастущие рыхлые отложения удаляются часто включаемы-) ми безвредными для металла средствами (газоимпульсная, ударная, вибрационная очистка), а упрочненные со временем слои отложений удаляются изредка включаемой водяной очисткой.
class5 ВЛИЯНИЕ ВОДЯНОЙ ОЧИСТКИ НА СОСТОЯНИЕ И ИЗНОС МЕТАЛЛА
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА class5
Износ труб поверхностей нагрева
Для исследования поведения металла труб экранных и ширмовых поверхностей нагрева при их очистке водой глубоковыдвижными аппаратами на котлах Ж-38, П-49, и ТП-І7 использовались опытные вставки.
На котле ТП-І7 устанавливались вставки, изготовленные из труб стали І2ХЗМФ 0 42x5 мм длиной 2 м в ширмовой пароперегреватель (в первую и вторую ступени) на уровне обмывочного аппарата. Схема расположения опытных вставок в ширмах приведены на рис.5.1. Вырезки вставок для исследования проводились после их работы 7000, 14000 и 27500 часов. К этому времени трубы подвергались водяной обмывке соответственно 20,5и и IU0 раз. Частота водяной обмывки была Хо = 240 часов. Схема очистки ширмового пароперегревателя, а также конструктивные параметры котла приведены в гл.2.3. Тепловые параметры, характеризующие работу котла и ширмового пароперегревателя соответствуют параметрам, приведенным в п.4.4.2;
На котле Ж-38 с жидким шлакоудалением, работающем на назаров-ском буром угле устанавливались опытные вставки,изготовленные из труб І2ХШФ 0 60x4 мм длиной 1,0 м, в ширмы вторичного пароперегревателя на уровне обмывочного аппарата. Схема расположения опытных вставок приведена на рис.5.2. Вырезки опытных вставок проводились после испытаний их в течение 23000 часов. К этому времени опытные трубы подвергались водяной очистке 320 раз через каждые 72 часа. Схема очистки и конструктивные параметры пароперегревателей котла ПК-38 приведены на рис.2.9.
