МИНИСТЕРСТВО ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ СССР
Техническое управление


РУКОВОДЯЩИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ОСМОТРУ И ПРИЕМКЕ ВНУТРИКОТЛОВЫХ УСТРОЙСТВ

СОСТАВЛЕНЫ Водно-котельным цехом ОРГРЭС

Автор инж. В.Н.Ноев

УТВЕРЖДЕНЫ Заместителем начальника Технического управления С.И.Молокановым

I. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВНУТРИКОТЛОВЫХ УСТРОЙСТВАХ
СОВРЕМЕННЫХ КОТЛОВ И ИХ НЕПОЛАДКАХ

А. ВВЕДЕНИЕ

В практике эксплуатации котлов часто имеют место случаи неожиданного ухудшения работы внутрикотловых устройств после выхода котла из ремонта, а также случаи неудовлетворительной работы вполне надежных по своей схеме устройств после их первоначального монтажа. Иногда замечаются и неожиданные резкие изменения эффективности внутрикотловых устройств во время работы котла.

Для предупреждения таких неполадок и облегчения выявления их причин полезно ознакомиться с правилами и навыками осмотра и проверки внутрикотловых устройств, накопленными специалистами по их проектированию, монтажу и наладке.

Основным требованием к наладчику является необходимость понимания им принципиальной схемы действия проверяемого устройства. Нарушение этого правила лежит в основе ошибок, допускаемых эксплуатационным персоналом по внутрикотловым устройствам, и широко распространенного неправильного мнения, что наладка их доступна лишь особо квалифицированным специалистам, что дело это является своего рода искусством.

В действительности наладка внутрикотловых устройств давно уже ведется на основе простейших правил, с помощью простых и общедоступных приспособлений и мероприятий. Разумеется, это относится не к исправлению неправильно запроектированных устройств, требующему специальной квалификации, а к проверке и приемке устройств, эффективность которых уже доказана на ряде котлов.

Большинство применяемых в настоящее время систем внутрикотловых устройств имеет одну общую характерную черту, исходя из которой и строятся методы проверки и приемки. Эта важнейшая черта заключается в том, что внутрибарабанные сепарационные устройства служат главным образом для правильной организации работы паровых и водяных объемов котельных барабанов. Поэтому в основе проверки должны лежать схема движения паровых и водяных потоков по барабану и правильное представление о скоростях движения этих потоков и перепадах давления на отдельных участках их пути. Дело в том, что нормальная работа внутрибарабанных устройств нарушается тогда, когда вследствие небрежности ремонта или монтажа, а иногда и вследствие разрушения устройств во время работы котла, схема нормального движения потоков пароводяной смеси, пара и воды нарушается, в результате чего появляются "паразитные" потоки, прорывающиеся в обход сепарационно-активных паровых объемов или в обход какого-либо из основных элементов устройства.

Такие паразитные потоки тем опаснее и тем легче появляются, чем больше перепад давления в элементах внутрибарабанных устройств, разделяющих полости, между которыми появились паразитные потоки. Именно поэтому выше указывалось на необходимость ясного представления о скоростях потоков в рабочих проходах внутрибарабанных устройств и о соответствующих перепадах давления.

Для конкретизации сказанного выше рассмотрим наиболее часто встречающиеся на практике схемы внутрикотловых устройств и принципы работы их важнейших элементов.

Б. ГРУБАЯ И ТОНКАЯ СЕПАРАЦИЯ

В большинстве схем сепарация, т.е. отделение пара от воды, осуществляется в два или более приема. Сначала происходит отделение основной массы воды от пара - так называемая "грубая" сепарация. При обычных для современных мощных котлов кратностях циркуляции, составляющих 10, 20 и 40 (меньшая величина относится к радиационным котлам высокого давления, средняя - к хорошо развитым экранам котлов среднего давления, а большая - к конвективным пучкам мощных котлов среднего давления) в устройствах грубой сепарации на каждый килограмм отсепарированного пара отделяется 10-40 кг воды. Далее пар с относительно небольшой влажностью (оцениваемой единицами и максимум десятками процентов по весу) входит в так называемый сепарационно-активный объем барабана, где под действием силы тяжести происходит выпадение мелких капелек воды из парового потока. В большинстве современных схем внутрикотловых устройств (фиг.1), в частности, схем по проектам ОРГРЭС, сепарационно-активный паровой объем является решающим элементом, от правильности работы которого зависит эффективность всего устройства.

Фиг.1. Основные схемы внутрибарабанных сепарационных устройств (чистый отсек)

1 - ввод пароводяной смеси; 2 - отвод пара; 3 - основной циркуляционный поток;
4 - опускные трубы; 5 - сепарационно-активный объем; 6 - абсолютно плотный шов.

 I. Схема продольного обтекания паром сепарационно-активного объема барабана: а) глухой разделительный
щит и короткий пароприемный потолок в середине барабана; напорная водораспределительная труба.  

II. Схемы поперечного обтекания паром сепарационно-активного объема барабана: б) щелевой щит
и пароприемный потолок по всей длине барабана; напорная водораспределительная труба;
в) щелевой щит со встречными жалюзи и размывочное корыто (схема ЦКТИ); г) дроссельная "стенка",
пароприемный потолок и напорная водораспределительная труба; д) погруженный дырчатый щит,
водораспределительные насадки, пароприемный потолок; е) циклоны, напорная
водораспределительная труба, пароприемный потолок

В этом объеме осуществляется наиболее ответственная задача - "тонкая" сепарация, т.е. отделение от пара мелких капелек воды. Для обеспечения эффективной сепарации паровой поток принудительно распределяется равномерно по всему сепарационно-активному объему путем правильной организации входа пара в этот объем элементами устройства грубой сепарации и правильной организации отвода пара из него пароприемным устройством.

Таким образом, в широко распространенных у нас устройствах по схемам ОРГРЭС отделение от пара основной массы воды осуществляется в устройстве грубой сепарации (щелевой щит, швеллерковая двухрядная стенка, дроссельная стенка, погруженный дырчатый щит, поворотные камеры, внутрибарабанные циклоны и их различные комбинации) и предшествующих этому устройству по ходу пара частях объема барабана. Мелкие же капельки воды отделяются от пара в сепарационно-активном объеме, который вместе с организующим его работу пароприемным устройством является решающим элементом всей схемы. Большие массы воды отделяются от пара сравнительно легко, поэтому создание эффективных устройств грубой сепарации не представляет большой трудности. Отделение же мелких капелек воды (тонкая сепарация) является весьма сложной задачей, а эффективность работы элементов, служащих для этой цели, может быть легко нарушена малейшим, на первый взгляд незначительным, дефектом внутрибарабанного устройства.

Наиболее частая причина снижения эффективности устройства, в котором тонкая сепарация осуществляется в сепарационно-активном паровом объеме, - это появление местного высокоскоростного потока (струи) пара, пароводяной смеси или воды, который обходит или "пробивает" этот объем и заносит воду в поток "осушенного" пара, подготовленного для отвода из барабана в перегреватель (фиг.2-4).

Фиг.2. Паразитные потоки и опасные неплотности в верхнем барабане двухбарабанного
котла при схеме "погруженный дырчатый щит и пароприемный потолок"

А - струя пароводяной смеси; Б - струя питательной воды; Х - места опасных неплотностей;

1 -  ввод пароводяной смеси; 2 -  ввод питательной воды; 3 -  отвод пара; 4 -  опускной пучок.

Фиг.3. Паразитные потоки и опасные неплотности в заднем барабане многобарабанного котла
при схеме "щелевой щит и паросборное устройство - труба плюс потолок"

А - подсос влажного пара; Б - подсос пароводяной смеси;  

1 - пароперепускные трубы из переднего барабана; 2 - водоперепускные трубы; 3 - второй кипятильный пучок;
 4 - опускной пучок; 5 - щелевой щит; 6 - сепарационно-активный объем; 7 - пароприемный потолок;
8 - паросборная труба; 9 - водораспределительная труба; 10 - ввод пароводяной смеси
из бокового экрана; 11 - улитка на вводе пароводяной смеси от бокового экрана.                
а - опасные неплотности в соединении верхнего козырька щелевого щита с телом барабана - влажный пар
прорывается в пространство над потолком; б - опасные неплотности в том же соединении - влажный пар может
попасть в неплотности паросборной трубы; в - особенно опасные неплотности в соединениях паросборной трубы,
выходящей из полости пароприемного потолка в торец барабана, где расположен ввод пароводяной смеси
от бокового экрана; через неплотности в приемной коробке бокового экрана пароводяная смесь
может попадать в неплотности паросборной трубы.

Фиг.4. Паразитные потоки и опасные неплотности при схеме "коробы с циклонами
и пароприемный потолок" (чистый или соленый отсек)

А - струя пароводяной смеси; X - места опасных неплотностей в коробах;
1 - ввод пароводяной смеси из бокового экрана; 2 - коробы подвода к циклонам; 3 - циклоны;
4 - пароприемный потолок.     

Имеются котлы с другими типами внутрибарабанных устройств, основанными на других представлениях. Сюда относятся котлы различных иностранных фирм, снабженные специальными приспособлениями для "тонкой" сепарации и промывки пара (пакеты волнистых листов, центробежные сепараторы, многорядные швеллерковые сепараторы, многорядные сетки, барботажные корыта и подобные устройства, размещаемые в паровом пространстве барабана, фиг.5), а также котлы с размывочными и барботажными устройствами по схемам ЦКТИ. В последних решающую роль играют размещенные в паровом пространстве барабана "батарейные щиты", предназначаемые для организации движения парового потока в объемах барабана и для размыва пены питательной водой и улавливания несомых паром капелек воды (фиг.6) либо барботажное устройство с последующим распределением потока и улавливанием капелек воды с помощью пакетов уголковых или волнистых листов (фиг.7).

Фиг.5. Паразитные потоки и опасные неплотности в паропромывочном и сепарационном устройствах
заднего барабана импортного котла

А - подсос влажного пара; Б - подсос питательной воды.     

1 - ввод пара из переднего барабана; 2 - вводы пароводяной смеси из фестона первого и второго
кипятильных пучков; 3 - третий пучок; 4 - отвод пара; 5 - ввод питательной воды; 6 - корыто распределения
питательной воды по паропромывочному устройству; 7 - паропромывочное устройство; 8 - многорядная сетка;
9 - "тонкий" сепаратор с четырехрядными швеллерковыми секциями; 10 - дренаж тонкого сепаратора
(стрелками показан весьма опасный подсос котловой воды через неплотности дренажной линии).

Фиг.6. Паразитные потоки и опасные неплотности в основном барабане
котла в. д. с двумя верхними барабанами при схеме ЦКТИ с батарейными щитами

А - подсос влажного пара; Б - подсос питательной воды.

1 - подвод пара из разделительного барабана; 2 - подвод воды из разделительного барабана;
3 - ввод питательной воды; 4 - корыто распределения питательной воды по батарейным щитам;
5 - батарейные размывочные щиты; 6 - пароприемный потолок; 7 - отвод пара;
8 - ввод фосфатов.

Фиг.7. Схема барботажного паропромывочного устройства типа ЦКТИ
в основном барабане котла в. д. с двумя верхними барабанами

А - прорыв влажного пара через неплотности разделительного листа (трещины, могущие
появиться от термических напряжений при подаче питательной воды пониженной температуры);     
Б - прорыв питательной воды через неплотности вводов.     
1 - ввод пара из разделительного барабана; 2 - ввод воды из разделительного барабана;
3 - ввод питательной воды; 4 - отвод пара; 5 - опускные трубы; 6 - барботажные корыта;
7 - гидравлический затвор; 8 - дренажи барботажных корыт; 9 - поверхность смачивания,
улавливающая брызги; 10 - пароприемный потолок.

Однако к проверке устройств такого типа можно подходить также на основе указанного выше общего положения. Так как решающим элементом сепарации здесь являются размещенные в паровом пространстве барабана специальные устройства, то их эффективность может быть нарушена возникновением местного потока (струи) пара или пароводяной смеси, прорывающегося в обход этих устройств.

"Паразитные" местные потоки срывают работу внутрибарабанных устройств даже при нормальном для них нагрузочном и водном режиме, т.е. при нормальном положении уровня воды в барабане и допустимых, по данным теплохимического испытания (проведенного на данном котле или на другом таком же котле, оборудованном такими же устройствами), солесодержании котловой воды и нагрузке котла.

В. СТУПЕНЧАТОЕ ИСПАРЕНИЕ

Важнейшей частью современных внутрикотловых устройств, помимо собственно "сепарационных" элементов, являются элементы, создающие схему ступенчатого испарения: внутрибарабанные перегородки, отделяющие соленые отсеки барабана с их сепарационными устройствами от чистого отсека; перегородки в коллекторах, разделяющие циркуляционные контуры I, II и III ступеней испарения; перепускные коробы как в верхних, так и в нижних барабанах, разделяющие циркуляционные потоки пара, воды или пароводяной смеси различных ступеней испарения.

Для соленых отсеков в настоящее время наиболее типичны три формы:

а) Внутрибарабанные камерные отсеки, действующие по принципу отделения воды от пара при поворотах и при продольном движении парового потока по объемам отсека с относительно низкой скоростью (фиг.8).

б) Внутрибарабанные отсеки с циклонной сепарацией, действующие по принципу превращения высокоскоростных вводов пароводяной смеси в низкоскоростные с помощью устанавливаемых в отсеке циклонов. В последних одновременно происходит механическое разрушение пены центробежными силами (фиг.9). Работа этих циклонов существенно "подправляется" работой парового объема соленого и чистого отсеков.

в) Выносные отсеки* с находящимися вне барабана высокими выносными циклонами, могущими выдавать вполне отсепарированный от воды пар, даже при высоком солесодержании воды (фиг.10).