Особенности ремонта гладкотрубных экранов

Конструкции топочных экранов

Топочные экраны находятся в зоне наиболее высоких температур газов и требуют тщательного конструктивного выполнения для обеспечения надежной работы металла труб. По конструкции различают экраны гладкотрубные, в которых трубы расположены вдоль стен топки с небольшим зазором 4–6 мм (рис. 1, а) и газоплотные, которые могут быть выполнены двух типов: либо из таких же гладких труб, с вваренными между ними проставками шириной 6–12 мм (рис. 1, б), либо с применением специальных плавниковых труб, сваренных между собой (рис. 1, в). Экраны из таких сварных между собой панелей образу монолитную цельносварную газоплотную конструкцию. Их называют мембранными.

Для образования в топке зоны устойчивого воспламенения малореакционных топлив, требующих высокой температуры для их интенсивно горения, экраны всех типов на соответствующих участках покрывают огнеупорной массой с закреплением ее на приваренных к трубам шипах. Такие экраны называют футерованными экранами (рис. 1, г, д).

Рис. 1. Типы экранирования топки:

а – гладкотрубный экран, б – то же с вварными проставками (мембранный),
в – газоплотный экран из плавниковых труб, г – футерованный
гладкотрубный экран, д – футерованный мембранный экран;
1 – труба, 1’ – плавниковая труба, 2 – огнеупорный бетон, 3 – тепловая изоляция, 4 – уплотнительный слой (обмазка, металлический лист),
5 – металлическая проставка, 6 – приварные шипы, 7 – огнеупорная масса

Гладкотрубные экраны применяют в паровых котлах всех систем, работающих под разрежением газового тракта. При естественной циркуляции в целях повышения надежности движения рабочей среды в трубах топочные экраны располагают почти исключительно вертикально и в отдельных случаях круто наклонно. Парообразующие поверхности нагрева прямоточных котлов и котлов с многократной принудительной циркуляцией можно ориентировать в пространстве любым способом, выполняя топочные экраны вертикальными, горизонтальными и подъемно-опускными, поскольку здесь есть возможность организации движения пароводяной смеси со скоростью, предотвращающей нарушение гидравлических режимов.

Вертикальные топочные экраны котлов с естественной циркуляцией. Обычно топочные экраны выполняют в виде нескольких вертикальных панелей, которые полностью закрывают все стены топки и имеют только подъемное движение рабочей среды (рис. 2, а) Трубы имеют наружный диаметр 83–76–60 мм с толщиной стенки 3,5–5 мм, причем для котлов высокого давления (10 и 14 МПа) используют трубы меньшего диаметра, но с увеличенной толщиной стенки (до 5 мм). Экранные трубы секции, как правило, объединяются нижним и верхним коллекторами, связанными с барабаном котла опускными и отводящими трубами большего диаметра, чем экранные (рис. 2, б). Сечение опускных и отводящих труб составляет 30–50 % сечения подъемных труб каждой секции. Плотность экранирования стен характеризуется отношением шага труб к диаметру и составляет σ = 1,07–1,1.

Экранные трубы заднего экрана, в отличие от других экранов, должны пересечь газовое окно на выходе из топки в горизонтальный газоход. Для обеспечения достаточного прохода газов между трубами в зоне газового окна располагают разреженные отводящие трубы либо разводят трубы заднего экрана в 3–4 ряда (эта конструкция получила название фестон). Для обеспечения необходимой аэродинамики газов в топочном объеме в ряде конструкций экранов топки выполняют выступы экранных секций внутри объема топки: нижние симметричные выступы на 1/4 глубину топки с каждой стороны для выделения зоны горения и создания области жидкого шлакообразования и верхний выступ заднего экрана на 1/3 глубины топки – для создания равномерного расхода газов по высоте выходного газового окна (рис. 2, в).

Крепление экранных секций делается вверху: верхний коллектор опирается на горизонтальные балки верхнего (потолочного) перекрытия каркаса котла. Тепловое расширение экранной секции предусмотрено вниз. Нижние коллектора имеют свободу вертикальных перемещений в пределах расчетного теплового расширения экрана (60–100 мм).

В последние годы применяют конструкции экранов с натрубной обмуровкой. Такая обмуровка стен топки оказалась достаточно легкой и может быть прикреплена непосредственно к трубам экрана на котлостроительном заводе после сборки секции экрана. Таким образом, на монтажно-сборочную площадку строящейся ТЭС поступают уже готовые секции топки. После их монтажа необходимо только уплотнить швы между секциями.

Рис. 2. Схема экранов пылеугольного котла с естественной циркуляцией:

а – секция фронтового экрана, б – циркуляция в экранных секциях топки,
в – выполнение нижнего выступа экранных труб;

1 – барабан, 2 – необогреваемые опускные трубы, 3 – фронтовой экран,
4 – отводящие трубы, 5 – задний экран, 6 – секции бокового экрана,
7 – разреженные отводящие трубы заднего экрана, 8 – развилка труб (тройник),
9 – дроссельная шайба в трубе (показана условно),
10 – скоба (гребенка) для крепления труб секции

Для повышения прочности экрана (за счет разности давлений в топке и снаружи стена топки воспринимает давление в 5–10 т) и исключения вибрации при пульсирующем давлении в топке его укрепляют установкой поясов жесткости, которые жестко связаны с трубами экрана, охватывают по периметру всю топку через 3–4 м высоты и перемещаются вместе с трубами при тепловом расширении. Пояс жесткости обеспечивает поддержание заданного шага труб.

В котлах большой мощности в отдельных случаях по середине топки устанавливают двусветный экран (рис. 3, а), разделяющий топку две полутопки. Такой экран увеличивает тепловос­принимающую поверхность без изменения сечения топки, интенсивно охлаждает топочные газы, благодаря чему можно уменьшить высоту топки. Трубы этого экрана по высоте нельзя закрепить к каким-либо неподвижным внешним конструкциям, между собой они скрепляются в нескольких местах по высоте путем сварки через пруток (рис. 3, б, в). Для выравнивания давления в обеих полутопках в двусветном экране делают окна.

Рис. 3. Выполнение двусветного экрана:

а – установка экрана в топке, б – общий вид экрана, в – узел сварки труб экрана;

1 – барабан, 2 – двусветный экран, 3 – горелки, 4 – пояса жесткости, 5 – выход жидкого шлака, 6 – шлаковая ванна, 7 – ширмы пароперегревателя, 8 – «окно» для выравнивания давления, 9 – тройник, 10 – труба, 11 – приварной пруток,
12 – ремонтный лаз, А-А – уровни сварки труб прутками

Топочные экраны прямоточных котлов. В прямоточных котлах кратность циркуляции рабочей среды в экранах равна единице, в то время как при естественной циркуляции она составляет 10-20. Кроме того скорость рабочей среды при прямоточном принудительном движении примерно в 2 раза выше, чем в естественной циркуляции. Поэтому необходимое сечение для пропуска рабочей среды прямоточного котла в 20-40 раз меньше, чем в естественной циркуляции при той же паропроизводительности. Здесь весь поток рабочей среды проходит только через 2–4 параллельных секции, называемые лентами (панелями), состоящими из 40–50 труб и имеющими каждая ширину 2–3 м.

Поскольку движение рабочей среды в этих экранах принудительное, то уменьшение диаметра труб за счет роста сопротивления не скажется на снижении скорости движения, как это имеет место при естественной циркуляции, где дальнейшее уменьшение диаметра труб менее 60 мм нежелательно. Топочные экраны прямоточных котлов выполняют из труб диаметром 32–42 мм с толщиной стенки 4–6 мм. Уменьшение диаметра труб по сравнению с естественной циркуляцией дает экономию металла при экранировании стен топки до 30 %. Однако, уменьшение диаметра труб при сохранении массовой скорости потока требует увеличения числа параллельных труб. Оба обстоятельства: увеличение тепловой мощности котла и уменьшение диаметра труб приводят к заметному увеличению ширины ленты, а чем шире лента, тем больше влияния неравномерности обогрева параллельных труб, образующих ленту. Поэтому, желая сохранить малый диаметр труб, в мощных паровых котлах выполняют параллельно несколько лент (заходов), при этом ширина каждой ленты остается небольшой. Получается два–четыре параллельных потока рабочей среды с независимым регулированием расхода и температуры по каждому потоку.

Газоплотные сварные экраны находят широкое применение
в современных конструкциях котлов, они имеют на 10–15 % меньшую массу металла на единицу лучевоспринимающей поверхности по сравнению с гладкотрубными. Шаг труб здесь увеличен до σ = 1,4–1,45, так как между трубами ввариваются проставки шириной 14–16 мм, соответственно сокращается число труб, а суммарное сечение их подбирают по условиям обеспечения необходимой массовой скорости рабочей среды. Эти экраны находятся в лучших условиях работы, так как часть поглощенного плавниками (проставками) тепла передается тыльной стороне труб благодаря растечке, что превращает эту часть труб в активную поверхность нагрева. В таком экране исключен выход отдельных труб из плоскости экрана и ухудшение по этой причине их температурного режима.

С целью уменьшения периметра топки газоплотные топочные экраны проектируют на повышенную удельную паропроизводи­тельность фронта 22–35 кг/с пара на 1 м ширины топки (при мощности котла 300–800 МВт). При этом глубину топочной камеры увеличивают, приближая к квадратному сечению топки, имеющему при одинаковых теплонапряжениях минимальный периметр. В негазоплотных топках удельная паропроизводительность фронта на 12–15 % меньше, а отношение ширины к глубине топки около 2:1.

Камеры интенсивного горения твердого топлива (при обеспечении жидкого шлакоудаления), циклонные топки, ограждают футерованными экранами (рис. 1, г, д).

Для создания футерованного экрана приваривают к трубам контактной или дуговой сваркой шипы (прутки) диаметром 10 и высотой 15-25 мм. Шипы являются каркасом для крепления набивной массы из огнеупорного материала, отводящим от нее тепло к экранным трубам. Набивная масса в несколько раз уменьшает тепловосприятие экранов. Вместе с тем, теплопроводность должна быть достаточной для отвода воспринимаемого излучения и исключения перегрева футеровки, когда последняя начинает быстро разрушаться.

В качестве новых типов ошиповки применяют оребрение (спиральной накаткой металлической ленты шириной 10-20 мм по наружной поверхности труб). Накатанные трубы чрезвычайно стойки, технологичны, хорошо удерживают набивную массу и удобнее при ремонте экранов.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Гладкотрубной экран

Гладкотрубные экраны применяют в парогенераторах всех систем, работающих под разрежением газового тракта. При естественной циркуляции топочные экраны располагают почти ислючительно вертикально и в отдельных случаях круто наклонно. Учитывая возможность организации движения пароводяной смеси со скоростью, предотвращающей нарушение гидравлических режимов, парогенерирующие поверхности нагрева парогенераторов прямоточных и с многократной принудительной циркуляцией можно ориентировать в пространстве любым способом, выполняя топочные экраны вертикальными, горизонтальными и подъемно-опускными. [2]

Эффективная способность гладкотрубных экранов поглощать тепло Яэфф приведена в табл. V.9; она зависит от отношения S / dH и физической способности афл поверхности поглощать тепло. [3]

Эффективная способность гладкотрубных экранов поглощать тепло яэфф приведена в табл. V.9; она зависит от отношения S / dH и физической способности афл поверхности поглощать тепло. [4]

Эффективная радиационная поверхность нагрева однорядных гладкотрубных экранов , имеющих место в передвижных паровых котлах, составляет лишь некоторую часть полной ( строительной) поверхности нагрева. [5]

Металл труб цельносварных мембранных экранов в сравнении с металлом гладкотрубных экранов в одинаковых эксплуатационных условиях подвергается несколько более сложному напряженному состоянию, что может вызвать некоторые особенности эксплуатации труб в условиях циклических водных очисток. [6]

Для зашипованных экранов разность Ы ф — гснтар 50 — 150 С, а для гладкотрубных экранов Д 250 — 400 С, причем она весьма мало зависит от нагрузки топки. [7]

Экраны котлов с естественной циркуляцией, работающих под разрежением в топке, выполняются из гладких труб ( гладкотрубные экраны ) с внутренним диаметром 40 — 60 мм. Зазор между трубами обычно составляет 4 — б мм. Некоторые экранные трубы введены непосредственно в барабан и не имеют верхних коллекторов. [9]

В парогенераторах с уравновешенной тягой между газоплотными панелями экрана иногда оставляют небольшой зазор ( около 15 мм) для компенсации температурных расширений, однако и при этом газоплотность тракта существенно выше, чем при гладкотрубных экранах . [10]

Гладкотрубные экраны применяются в котлоагрегатах, работающих с уравновешенной тягой. Газоплотные экраны предназначены для котлоагрегатов, работающих под наддувом, из рассмотренных конструкций нашли применение только в котлоагрегатах КВ-ТК-100 и Е — ГМН. [12]

Экранирование топки способствует борьбе со шлакованием и защите обмуровки от разрушающего действия высоких температур или химического воздействия шлаков. Гладкотрубные экраны успешно выполняют эти задачи только в том случае, если шаг их выбран правильно и стены топки не имеют участков, не закрытых трубами. Места обмуровки, не защищенные экранами, являются очагами шлакования. [13]

Экраны из плавниковых труб и труб с проставками являются газонепроницаемыми, их называют газоплотными. С наружной стороны экраны имеют металлическую обшивку 1, которая предохраняет обмуровку 2 от внешних воздействий, в котлах с гладкотрубными экранами этим обеспечивается, кроме того, еще герметичность конструкции. [14]

Экраны из плавниковых труб и труб с проставками являются газонепроницаемыми, их называют газоплотными. С наружной стороны экраны имеют металлическую обшивку /, которая предохраняет обмуровку 2 от внешних воздействий, в котлах с гладкотрубными экранами этим обеспечивается, кроме того, еще герметичность конструкции. [15]

Источник

Методы повышения надежности топочных экранов и их конструкции

Гладкотрубные экраны применяют в кот­лах всех систем, работающих под разреже­нием (с уравновешенной тягой). При естест­венной циркуляции топочные экраны распола­гают почти исключительно вертикально и в от­дельных случаях круто наклонно. Учитывая возможность организации движения пароводя­ной смеси со скоростью, предотвращающей нарушение гидравлических режимов, парооб­разующие поверхности котлов прямоточных и с многократной принудительной циркуляцией можно ориентировать в пространстве любым способом, выполняя топочные экраны верти­кальными, горизонтальными и подъемно-опуск­ными.

Рис. 17.2. Конструкции футерованных экранов.

в — настенного гладкотрубвого; 6 — настенного мембранного; в — двусветного; / — шипы; 2 — труба- 3 — обшивка- 4 — пластич­ная хромитовая масса; 5 —карборунд; 5 — мембрана.

Рис. 17.3. Схемы контуров естественной циркуляции. а — с непосредственной выдачей пароводяной смеси в барабане б — с выдачей пароводяной смеси через коллектор; / — водоподводящие (опускные) трубы; 2 — парообразующие (подгеч ные) трубы; 3 — пароотводящие трубы; 4 — коллектор.

В соответствии с особенностями естествен­ной циркуляции и принудителъного движения рабочей среды ниже рассматриваются методы повышения надежности топочных экранов кот­лов с. естественной циркуляцией и прямоточ­ных котлов и их конструкции.

Методы повышения надежности циркуля­ции.Вправильно спроектированных и выпол­ненных контурах циркуляции при нормальной эксплуатации котлов обычно не возникает трудностей в отношении надежной их работы. Напомним, однако, что с повышением давле­ния движущий напор циркуляции падает. Рост единичной паропроизводительности котла связан с увеличением ширины пане­лей циркуляционных контуров, а следователь­но, с большими неравномерностями обогрева параллельно работающих труб, отрицательно влияющими на циркуляцию. Существенно по­вышается интенсивность обогрева парообразу­ющих труб с увеличением мощности.

Переход к мощным энергетическим уста­новкам на высокие параметры пара в усло­виях постоянного развития теплоэнергетики повышает требования к надежности котла в целом и надежности контуров циркуляции в особенности.

Основным источником нарушения циркуля­ционных режимов является неравномерность обогрева по ширине контура. Неравномерность обогрева по высоте труб контура играет мень­шую роль, так как при этом все параллельно включенные и вертикально расположенные трубы получают одинаковое количество тепло­ты и охлаждаются одинаковым количеством проходящей через них воды. Неравномерность обогрева по ширине вызывается конструктив­ными особенностями контура циркуляции (см. рис. 12.11) и условиями эксплуатации (см. рис. 12.12). Неравномерности обогрева, вызы­ваемые конструктивными особенностями кон­тура, с той или иной полнотой всегда могут быть учтены в процессе проектирования. Ме­нее определенные неравномерности возникают в процессе эксплуатации. Главным фактором неравномерности тепловосприятия является шлакование. Шлакование никогда не бывает равномерным по всей поверхности экрана, оно зависит от многих факторов и, в частности, от воздушного режима в топке, равномерности подачи топлива через горелки в топочную ка­меру и др. Сильно зашлакованные и потому слабообогреваемые трубы получают в целом меньше теплоты по сравнению с чистыми тру­бами, и поэтому у них и меньший движущий напор, и через них проходит и меньше охлаж­дающей (циркулирующей) воды. Такие трубы плохо охлаждаются; они могут перегреваться в оголенных участках вследствие интенсивного подвода к ним теплоты.

С повышением давления, особенно при полезный напор циркуляции за­метно снижается (см. рис. 12.3). Падает и средняя кратность циркуляции, оказывающая весьма существенное влияние на температура ный режим металла обогреваемых труб. По этому обеспечение достаточной кратности циркуляции является важным этапом проек­тирования циркуляционных контуров.

Основными методами повышения надежно­сти циркуляции являются повышение кратно­сти циркуляции и секционирование широких панелей подъемных труб.

Увеличение кратности циркуляции. Конту­ры циркуляции выполняются с непосредствен­ным присоединением парообразующих труб к барабану или через коллектор с помощью пароотводящих труб.

При данной производительности контура кратность циркуляции обеспечивается доста­точным (по условиям надежного охлаждения обогреваемых труб) расходом через него во­ды — соответствующим сечением водоподво­дящих труб и пароотводящих труб контура циркуляции (рис. 17.3).

На рис. 17.4 видно, что для контура с не­посредственным вводом парообразующих труб в барабан (рис. 17.3,а) при малом сечении опускных труб кривая, выражающая их гид­равлическое сопротивление проходит круто и в пересечении с характеристикой по­лезных напоров контура образует рабо­чую точкудиаграммы циркуляции. В этой точке гидравлическое сопротивление чрезмер­но велико, а скорость циркуляции и расход во­ды ограничены. В таких условиях резко сокра­щается запас по застою циркуляции, а огра­ниченный расход воды может не обеспечить надежного отвода теплоты парообразующих труб.

Рис. 17.5. Циркуляционные характеристики топочного экрана.

а — распределение полезных напоров и скоростей циркуляции по ширине экрана и его секционирование: / — барабан; 2 — верхний коллектор; 3 — средние экранные трубы; 4—угловые экранные трубы; 5 — нижний коллектор; 6 — трубы, выделенные в самостоятельный контур; — несекционированный экран; — секционированный экран; б — диаграмма циркуляции: /— слабообогреваемого контура; 2 —интенсивно обогреваемого контура;— перепад давления до секционирования; — перепады давления в контурах после секционирования.

Увеличение сечения опускных труб умень­шает их гидравлическое сопротивлениепонижает полезный напор циркуляции (рабо­чая точка) и потому увеличивает запас по застою циркуляции. При этом существенно увеличивается не только общий расход воды через подъемные трубы, но, что очень важно, и через слабообогреваемые трубы, улучшая их температурный режим.

Необходимое сечение опускных трубопре­деляется расчетом циркуляции и для высоко­го давления составляет для настенных экра­нов 0,4—0,5, двусветных экранов 0,7—0,9 сече­ния подъемных труб.

В контуре циркуляции, изображенном на рис. 17.3,6 с пароотводящими трубами, надо уменьшить гидравлическое сопротивление так­же пароотводящих труб, что достигается уве­личением сечения и уменьшением их длины. Обычно общее сечение отводящих труб со­ставляет 30—60 сечения парообразующих труб.

Секционирование экранов.Поскольку ос­новной причиной возникновения опасных ре­жимов является неравномерный обогрев паро­образующих труб, включенных в общую систе­му, панели топочных экранов секционируют с целью уменьшения неоднородности их ра­боты; в каждую секцию выделяют примерно одинаково обогреваемые трубы с самостоя­тельным питанием. На рис. 17.5 показано распределение ско­ростей в экране, имеющем неравномерный обогрев по ширине. Угловые трубы получают существенно меньше теплоты, чем средние, и преодолеть полезный напор контуракоторый создается главным образом сильнообогреваемыми трубами, угловые трубы не способны, поэтому в них может появиться застой циркуляции, свободный уровень или опрокидывание циркуляции. Выделение угло­вых труб в самостоятельный контур циркуля­ции разделением верхнего и нижнего коллек­торов перегородками позволяет примерно вы­ровнять скорости циркуляции в пределах каждого контура, что создает благоприятные для них условия. При этом полезный напор в выделенном контуре несколько уменьшится, однако запасы против застоя и опрокидыва­ния циркуляции возрастут при прежней не­равномерности обогрева по ширине экрана, и скорость циркуляции увеличится (рабочая точка на рис. 17.5,б). В контуре с интен­сивно обогреваемыми трубами полезный напор возрастет, и несколько уменьшится скорость циркуляции, но запасы против застоя и опро­кидывания циркуляции в нем также будут достаточно велики (рабочая точка на рис. 17.5,б).

Обычно топочные экраны котлов с естест­венной циркуляцией выполняют гладкотруб-ными, сплошными по всем стенам топочной камеры. Для котлов высокого и сверхвысоко­го давлений применяют трубы внутренним диаметром 40—50 мм. Опускные трубы выпол­няют диаметром 60—160 мм и более. Иногда в качестве опускной системы мощных котлов применяют стояки большого диаметра (600— 800 мм).

На рис. 17.6 показано примерное расположение на­стенных топочных экранов и их элементов в котле вы­сокого давления. Настенные топочные экраны 1, 6, 7 представляют собой систему параллельно включенных вертикальных труб. Исходя из конструктивных осо­бенностей топочной камеры, допускают крутонаклонные участки (трубы холодной воронки 9, места разводки труб для амбразур 8 и т. п.). В установках высокого давления, когда располагаемая радиационная теплота в топке больше необходимой для парообразования, в топочной камере частично освобождаются стены для размещения других поверхностей нагрева. При этом парообразующие поверхности располагают на верти­кальных стенах, а потолок служит для размещения на нем пароперегревателя 3. Радиационные пароперегре­ватели располагают также в верхней части фронтовой стенки или по всей высоте фронта, иногда перемежая перегревательные панели с испарительными.

Все верхние коллекторы располагают примерно на одном уровне и подвешивают к каркасу котла. Топоч­ные экраны обрамляют поясами жесткости 12 из про­фильной стали, вместе с которыми они перемещаются по вертикали. К топочным экранам часто крепят об­муровку, которая снаружи покрыта обшивкой (см. § 21.1). Таким образом, к каркасу подвешивают не только трубную систему экранов, но вместе с ней так­же обмуровку и обшивку. Узел крепления экранных

Рис. 17.6. Схема расположения топочных экранов котла высокого давления.

/ — фронтовой экран; 2 — опускные трубы; 3 — потолочный экран; 4 — отводящие трубы; 5 — фестон; 6 — задний экран; 7 — боковой экран; 8 — разводка труб у амбразур; 9 — холодная воронка; 10 — каркас; II — коллектор фестона; 12 — пояс жест­кости.

и опускных труб к подвижным поясам жесткости по­казан отдельно на рис. 17.6 (узел 1). Вся трубная си­стема экранов вместе с крепящейся к ней обмуровкой свободно расширяется вниз.

В котлах большой мощности устанавливают дву­светные экраны, разделяющие топку на отдельные ка­меры. Двусветные экраны подвешивают так же, как и настенные экраны. Для выравнивания дав­ления в камерах топки и предотвращения прогиба труб экрана в случае «хлопка» в верхней части двусветного экрана или по всей его высоте разводкой труб обра­зуют окна (рис. 17.7).

Источник