ПЕТЛЕВАЯ ШИРМОВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ НАГРЕВА Российский патент 2004 года по МПК F22B37/00 

Изобретение относится к энергетике, в частности, к устройствам петлевых ширмовых поверхностей нагрева, размещаемых в газоходах парогенераторов (котлов).

Существуют петлевые ширмовые поверхности нагрева (в дальнейшем - ширмы), применяемые в парогенераторах. Трубы этих ширм образуют одну или две петли и соединены с входной и выходной микрокамерами, расположенными у одной стены газохода. Ширмы размещаются вертикально или горизонтально на выходе из топки и в следующем за топкой газоходе [1, 2]. Горизонтальные или наклонные ширмы опираются на систему подвесных труб со своими камерами и трубопроводами вне газохода. Такие горизонтальные петлевые ширмы есть, например, над топкой и в области поворотной камеры - ПК котла П-49.

Для защиты “лобовых” участков труб ширм, “встречающих” набегающий поток газов, применяют обрамляющие каждую ширму трубы с увеличенным перепадом давления между ее входом и выходом по отношению к другим трубам ширм.

В горизонтальных ширмах для дистанционирования и крепления труб применяют планки - скобы, привариваемые к смежным трубам с одной стороны, а в месте крепления у края петли ширмы “штанги” аппарата виброочистки планки привариваются с двух сторон к каждой трубе (котел П-49).

Дистанционирование между собой горизонтальных труб конвективных поверхностей нагрева при опоре их на подвесные трубы осуществляется также с помощью планок, привариваемых к подвесным трубам [3].

Известны ширмы, близкие к L-образному типу, входные и выходные камеры которых размещены отдельно друг от друга на разных стенах будучи привязаны каждая к своему “колену” - к горизонтальному или вертикальному. Трубы этих ширм не образуют петлю, их называют также “щеками”. Расположены они вблизи вертикальных стен (экранов) топочной камеры, воспринимая тепло, главным образом, за счет излучения факела аналогично топочным двухсветным экранам. Горизонтальная часть “щеки” значительно меньше вертикальной и дополнительной подвески не имеет.

Недостатком петлевых ширм как горизонтальных, так и вертикальных, размещаемых в области поворота потока дымовых газов над топкой и в ПК парогенераторов, является косое обтекание этих ширм потоком газов при его повороте.

Кроме того, поворачиваемый поток газов не омывает равномерно всю поверхность ширм, частично перетекает помимо нее, есть застойные зоны - все это приводит к уменьшению тепловосприятия ширм. Учитывающий это уменьшение коэффициент использования размещенных в области поворота газов ширм находится в диапазоне -ξ=0,68-0,85 в зависимости от скорости газов [4]. Соответственно этому коэффициенту определяется величина поверхности нагрева ширм - Н и ее теплосьем.

Подвесная система существующих горизонтальных ширм [5] имеет вертикальное температурное перемещение при работе котла, вызывающее изгибающий момент в примыкании труб ширм к закрепленным камерам и в дистанционирущих элементах труб ширм. Применяемый предварительный "натяг" подвесных труб может лишь уменьшить, но не исключает возникающие при пуске и остановках котла усталостные напряжения в трубах ширм.

Обрамляющие трубы усложняют конструкцию ширм. Из-за значительной разности температур среды в них и в ширмах обрамляющие трубы нередко защемляются в дистанционирующих элементах и деформируются.

При сварке труб горизонтальных ширм между собой в области примыкания “штанги” аппарата виброочистки возникает жесткая рамная конструкция, включающая микрокамеру, в которой недостаточна компенсация разных температурных расширений отдельных труб. Дистанционирование труб планками-скобами также недостаточно надежно в условиях интенсивного воздействия профилактических средств очистки. Планки, привариваемые к подвесным трубам для дистанционирования труб [3], не могут использоваться в горизонтальных ширмах из-за отсутствия достаточного вертикального зазора между трубами для таких планок.

Задачей изобретения является повышение эффективности и надежности петлевой ширмовой поверхности нагрева парогенераторов, размещаемой в области поворота потока дымовых газов.

Указанная задача изобретения реализуется в петлевой ширмовой поверхности нагрева парогенератора, содержащей петли из труб, соединенных с установленными рядом входной и выходной микрокамерами, и расположенной в области поворота потока дымовых газов, причем согласно изобретению трубы образуют L-образную ширму с участками, встречающими поток газов на входе в поворот и у выхода из него под углом ~90°.

Указанная задача изобретения также решается тем, что подвесными трубами являются трубы самой L-образной ширмы, а несущий участок каждой подвесной трубы соединен с участками труб в плоскости самой ширмы.

Указанная задача изобретения решается тем, что лобовые участки труб L-образной ширмы соединяются с несущими участками подвесных труб, и общая их длина в обогреваемой зоне наименьшая из длин труб, включенных в один контур этой L-образной ширмы, и обеспечивающая температурный режим работы этих участков.

Указанная задача изобретения решается тем, что в качестве дистанционирующих элементов труб горизонтального участка L-образной ширмы применяются сваренные между собой элементы, плотно охватывающие эти трубы и расположенные от несущих подвесных труб на расстоянии не более 200 мм.

Кроме того, указанная задача достигается применением петлевой ширмовой поверхности нагрева L-образного типа (далее - петлевая L-образная ширма) в области поворота потока дымовых газов. Петлевая L-образная ширма установлена так, что сначала одна ее часть (колено) “встречает” под углом 90° практически весь поток газов перед его поворотом в газоходе, а затем другая ее часть после поворота потока газов также встречает его под углом 90° (фиг.1).

Таким образом, петлевая L-образная ширма обеспечивает поперечное обтекание вертикальной и горизонтальной своих частей поворачиваемым потоком газов. Величина ζ петлевой L-образной ширмы будет выше, чем для обычных ширм, располагаемых в области ПК или на выходе из топочной камеры.

В одном “колене” петлевой L-образной ширмы реализуется прямоточная схема тока, а в другом - противоточная. Такая комбинация схем тока в одной ширме имеет преимущество перед чисто прямоточной схемой, вынужденно применяемой в обычных ширмах по условиям прочности труб благодаря большему температурному напору. При выполнении двух ступеней петлевых L-образных ширм, размещаемых в одном газоходе в параллельных потоках дымовых газов, схемы тока этих ступеней могут быть как одинаковыми, так и противоположными.

Указанная задача достигается также применением системы подвески горизонтальной части петлевой L-образной ширмы, включающей подвесные трубы, соединенные с входной и выходной камерами самой ширмы (фиг.1) так, что несущие участки подвесных труб соединены с лобовыми участками труб ширмы, а общая длина подвесной трубы и соединенных с ней участков в обогреваемой зоне является наименьшей из длин труб, включенных в один контур, и обеспечивающей допустимый температурный режим работы этих участков.

Указанная задача достигается также применением змеек, плотно охватывающих трубы горизонтальной части петлевой L-образной ширмы, в качестве дистанционирующих и крепежных элементов, свариваемых между собой.

Петлевая L-образная ширма с указанной системой подвески горизонтальной части имеет следующие положительные отличительные особенности:

- вертикальная и горизонтальная части петлевой L-образной ширмы “встречают” поток газов под углом ~90°, что обеспечивает их поперечное обтекание поворачиваемым потоком газов, отсутствие застойных зон и перетекания газов помимо них;

- температурные перемещения труб вертикальной части петлевой L-образной ширмы и вертикальных участков подвесных труб, включенных в ее контур, являются близкими;

- петлевая L-образная ширма в потоке газов более подвижна, чем горизонтальная ширма с закрепленными микрокамерами - поперечные колебания петлевой L-образной ширмы по отношению к потоку газов способствуют ее самоочистке от отложений;

- наиболее теплонапряженные лобовые участки труб петлевой L-образной ширмы соединены с подвесными трубами, причем их общая длина в обогреваемой зоне является наименьшей из длин труб, включенных в один контур, и обеспечивает надежный температурный режим этих участков и самих подвесных труб;

- свариваемые между собой элементы дистанционирования - “змейки” образуют вместе с трубами горизонтальной части достаточно жесткие рамные конструкции, предотвращающие деформацию труб в пролетах между подвесными трубами. Змейки обеспечивают опирание и надежное крепление труб в условиях интенсивного воздействия систем профилактической очистки наряду с обеспечением различного теплового расширения труб. Вертикальный ряд змеек устанавливается от ближайшей пары подвесных труб не далее 200 мм.

Сопоставительный анализ показывает, что совокупность признаков является новой, решений, обладающих сходными признаками, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется фигурами графического изображения, выполненными по документации к предложению по замене петлевыми L-образными ширмами (петлевыми ширмами L-образного типа) заносимого золошлаковыми отложениями конвективного первичного пароперегревателя КПП, установленного в конвективной шахте КШ котла П-67:

фиг.1 - петлевые ширмы L-образного типа, продольный разрез;

фиг.2 - петлевые ширмы L-образного типа, поперечный разрез;

фиг.3 - петлевые ширмы L-образного типа, план-разрез по "А-А";

фиг.4 - горизонтальный участок L-образной ширмы; узлы опирания и дистанционирования;

фиг.5 - петлевые ширмы L-образного типа на выходе из топки.

Петлевые L-образные ширмы, размещаемые в области поворота дымовых газов, например в поворотной камере - ПК 1, содержат вертикальную и горизонтальную части и входную и выходную микрокамеры вне газохода у вертикальной части ширмы (фиг.1). В случае двухступенчатых петлевых L-образных ширм одна ступень 2 (ШПП 4) с подвесными трубами 3 размещается по краям газохода, а другая ступень 4 (ШПП 5) также с подвесными трубами 5 - в центральной его части. Часть петлевых L-образных ширм ступени 4 расположена между разделительными перегородками 6 ГЗШ. При замене КПП петлевые L-образные ширмы устанавливаются с учетом остающейся системы подвесных труб змеевиков пакетов КШ - ПТЗ 7 (фиг.2 и 3).

Дистанционирование труб горизонтального участка ширмы осуществляется с помощью змеек 8, аналогичных змейкам, применяемым на вертикальных ширмах. Длительная эксплуатация на котле П-67 такого дистанционирования и крепление горизонтальных труб части совмещенных коридорных змеевиков КПП с помощью змеек 8 при опоре этих змеевиков на ПТЗ доказала надежность такого крепления и дистанционирования при интенсивной работе профилактических средств очистки. Примеры дистанционирования труб горизонтального участка L-образной ширмы показаны на разрезах Б-Б и В-В фиг.4.

На фиг.1 (узел I) и фиг.4 показан переход в плоскость ширмы вертикальных участков подвесных труб и затем переход в лобовые участки труб петлевой L-образной ширмы.

Пары подвесных труб каждого ряда смещены одна относительно другой для более свободного прохода газов между ними (фиг.3).

На фиг.5 приведены примеры возможной замены существующих вертикальных ширм над топкой 9 и 10 "А" (ширмы ШПП 2 и ШПП 3 котла П-67) петлевыми L-образными ширмами - варианты "В" и "С". Ширмы 9 и 10 имеют "косое" и частичное обтекание своей поверхности поворачиваемым потоком газов, выходящим из топки.

В варианте "В" петлевые L-образные ширмы ШПП 2L - 11 и ШПП 3L -12 размещаются каждая по всей ширине газохода (близким к этому варианту является вариант замены только одного существующего ширмового пароперегревателя 9 - ШПП 2 - петлевыми L-образными ширмами ШПП 2L с одной или двумя горизонтальными частями).

В варианте "С" петлевые L-образные ширмы 11 и 12 размещаются в пределах одного участка газохода, например ширмы 11 по краям газохода, а ширмы 12 - в центральной его части. При этом соответственно ширина “ленты” каждой петлевой L-образной ширмы увеличивается в 2 раза по отношению к варианту "В".

Оптимальным вариантом согласно расчетам применительно к котлу П-67 является замена только ШПП 2 - проектных ширм 9 ("А") - петлевыми L-образными ширмами - ШПП 2L.

Применение петлевых L-образных ширм на выходе из топки в области поворота дымовых газов позволяет без изменения габаритов газоходов разместить эффективные дополнительные ширмовые поверхности нагрева. Цель указанного - снижение уровня температур газов далее по газовому тракту, в т.ч. в горизонтальном газоходе 14 и, что особенно важно, на входе в ПК и в КШ. Применение петлевых L-образных ширм может быть обусловлено также обстоятельствами, изложенными ниже, в т.ч. более подробно.

В ряде случаев при работе парогенераторов на шлакующих твердых топливах имеет место усиленный занос конвективных поверхностей нагрева, размещаемых после ПК на входе в КШ (см. прилагаемые чертежи). Этот занос приводит к снижению мощности энергоблока и борьба с ним требует значительных затрат. Взамен таких поверхностей нагрева, имеющих тесную компоновку змеевиков, особенно при шахматном расположении труб (КПП - котел П-67), могут применяться петлевые ширмы L-образного типа, занимающие области ПК и входную часть КШ. Поперечный шаг между ними в 2,5-3 раза больше шага между смежными змеевиками КПП с шахматным расположением труб. Петлевые ширмы L-образного типа размещаются в плоскости поворота потока газов в ПК: они со “своей” системой подвесных труб будут подвижными в потоке газов. Применение в случае необходимости профилактических систем очистки на этих ширмах будет более эффективным, чем их применение на КПП.

В ряде парогенераторов используют отбор газов перед ПК через газозаборную шахту - ГЗШ на сушку топлива с ограничением температуры газов на выходе из ГЗШ при нагрузках, близких к номинальной. Поэтому возникает необходимость размещения в пределах ГЗШ поверхности нагрева для снижения температуры сушильного агента. Такой поверхностью могут быть петлевые ширмы L-образного типа, которые являются частью ширмового пароперегревателя того же типа, размещаемого в основном газоходе.

Согласно расчетам замена ширм на выходе из топки котла П-67 эффективными петлевыми L-образными ширмами позволит без изменения газоходов снизить температуру газов перед КПП на 30-50°С. При этом поверхность нагрева петлевых L-образных ширм на выходе из топки принята в 1,5-1,7 раза больше поверхности заменяемых ширм.

Это имеет существенное значение для борьбы с загрязнением и заносом конвективных поверхностей нагрева, а также для снижения КПП на входе в ГЗШ. Применение же петлевых двухступенчатых L-образных ширм в ПК вместо КПП (фиг.1-4) позволяет снизить удельный расход условного топлива на 10 г/кВт/ч. При этом за счет предотвращения заноса конвективных пароперегревателей увеличится располагаемая мощность энергоблока, снизится расход на аварийный впрыск, будут исключены значительные ежегодные трудозатраты на очистку пакетов КШ.

Источники информации

1. Сотников И.А., Окерблом Ю.И., Итман Д.Л., Харкин Ю.А., Маршак Ю.Л. "Основные проектные и конструктивные решения по паровому котлу на канско-ачинских бурых углях для энергоблоков мощностью 800 МВт", Теплоэнергетика, № 8, 1978, с. 3.

2. А.с. № 274121, кл. l8d, 7/01, МПК F 22 B 37/20, опубл. 23.09.70.

3. А.с. № 1384880 A1, 4 F 22 В 37/20, опубл. 30.03.88.

4. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). /Под ред. д.т.н. Н.В.Кузнецова и др. Москва, "Энергия", 1973, с. 37, 46.

5. А.с. № 779732 (51), М.кл.3 F 22 В 37/02, F 22 G 3/00, опубл. 15.11.80.

Изобретение предназначено для применения в энергетике, а также может быть использовано при проектировании и реконструкции котлов. Петлевая ширмовая поверхность нагрева парогенератора содержит петли из труб, соединенных с установленными рядом входной и выходной микрокамерами, причем ширмовая поверхность расположена в области поворота потока дымовых газов, а трубы образуют L-образную ширму с участками, встречающими поток газов на входе в поворот и у выхода из него под углом ~90°. Кроме того, подвесными трубами являются трубы самой L-образной ширмы, причем несущий участок каждой подвесной трубы соединен с участками труб в плоскости самой ширмы. Лобовые участки труб L-образной ширмы соединяются с несущими участками подвесных труб, и общая их длина в обогреваемой зоне наименьшая из длин труб, включенных в один контур этой L-образной ширмы, обеспечивает температурный режим работы этих участков. В качестве дистанционирующих элементов труб горизонтального участка L-образной ширмы применяются сваренные между собой элементы, плотно охватывающие эти трубы и расположенные от несущих подвесных труб на расстоянии не более 200 мм. Заявленное изобретение позволяет повысить эффективность и надежность устройства ширмовой поверхности нагрева, размещаемой в области поворота дымовых газов. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Петлевая ширмовая поверхность нагрева парогенератора, содержащая петли из труб, соединенных с установленными рядом входной и выходной микрокамерами, и расположенная в области поворота потока дымовых газов, отличающаяся тем, что трубы образуют L-образную ширму с участками, встречающими поток газов на входе в поворот и у выхода из него под углом ~90°.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвесными трубами являются трубы самой L-образной ширмы, причем несущий участок каждой подвесной трубы соединен с участками труб в плоскости самой ширмы.3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что лобовые участки труб L-образной ширмы соединяются с несущими участками подвесных труб и общая их длина в обогреваемой зоне наименьшая из длин труб, включенных в один контур этой L-образной ширмы, и обеспечивающая температурный режим работы этих участков.4. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что в качестве дистанционирующих элементов труб горизонтального участка L-образной ширмы применяются сваренные между собой элементы, плотно охватывающие эти трубы и расположенные от несущих подвесных труб на расстоянии не более 200 мм.