Моделирование теплохимических испытаний барабанных котлов

Теплохимические испытания выявляют оптимальный водный режим котла. Такому водному режиму должны соответствовать: минимум коррозионных повреждений в пароводяном тракте и минимум отложений солей и продуктов коррозии в котлах и проточной части турбин. Теплохимические испытания проводятся: при вводе в эксплуатацию вновь смонтированных котлов; после проведения реконструкции котла, связанной с повышением его производительности, изменением конструкции сепарирующих и промывочных устройств, введением или изменением схемы ступенчатого испарения либо изменением циркуляционной схемы котла; при значительном изменении качества добавочной и питательной воды; при введении нового режима коррекционной обработки котловой воды; при обнаружении ранее отсутствовавшего заноса пароперегревателя или проточной части турбины; при изменении характера работы котла (перевода с базисного режима на регулируемый); при изменении вида и качества топлива.

Основные задачи теплохимических испытаний следующие: определение максимально допустимой по качеству пара производительности котла; определение качества пара при различных нагрузках и ее колебании; выявление влияния кремне- и солесодержания котловой воды на качество пара; определение влияния положения уровня воды в барабане на качество пара; установление норм водно-химического режима работы котла; выявление причин ухудшения качества пара в процессе эксплуатации; выяснение эффективности схемы ступенчатого испарения; установление влияния на качество пара способа регулирования температуры перегрева; определение содержания железа, меди, углекислоты и остаточного кислорода в питательной воде в различных местах питательного и котлового трактов для выяснения интенсивности протекания коррозионных процессов и условий образования вторичных накипей.

Кроме основных, часто требуется решить дополнительные задачи: выявить влияние на качество пара тепловых перекосов и срывов давления, влияние степени кипения в водяном экономайзере, определить качество пара по ступеням и т.п. В общем случае задачей теплохимических испытаний является экспериментальное определение границ надежной и экономичной работы котла по условиям водно-химического режима.

Виды испытаний различают в зависимости отобъемаэкспериментальной части. Контрольные испытания котла проводят для определения качества пара при эксплуатационных режимах. Расширенное теплохимическое испытание котла проводят в особо ответственных случаях, когда требуется всесторонняя проверка. В этих случаях проводится широкий диапазон исследований водно-химического режима на многих параметрах.

Теплохимические испытания различают и по их назначению. Пусконаладочные испытания проводят после окончания монтажа нового или крупных переделок работающего котла. Основной задачей этих испытаний является получение достоверных данных об эксплуатационной надежности котла в отношении качества пара при заданном водно-химическом режиме. Пусконаладочные испытания проводят в следующем порядке: определение качества пара в диапазоне изменения нагрузки 30-100% номинальной; повышение кремне- и солесодержания котловой воды до значений, определяемых нормами продувки котла. При пусконаладочных испытаниях проверяются надежность работы непрерывной и периодической продувок, схемы контроля качества воды и пара, работа водоуказательных устройств. Надежность работы пароперегревателя определяют по балансу солей на входе и выходе из него. Завершающим этапом проведения пусконаладочных испытаний является непрерывная работа котла при полной нагрузке в течение 72 часов. При режимно-наладочных испытаниях главное внимание уделяется достижению высокого качества пара и повышению экономичности работы котла. Каждое испытание должно включать прикидочные, основные и контрольные опыты.

Типовая схема точек отбора проб пара и воды, необходимых при проведении испытаний, показана на рисунке 1.

Рис. 1 Типовая схема точек отбора проб пара и воды из барабанного котла. Цифрами 1-10 отмечены места отбора проб.

В принципе все схемы отбора проб строятся одинаково, однако с увеличением паропроизводительности, ростом параметров пара и повышением сложности конструкции котла увеличивают число точек отбора. Число точек отбора проб пара должно быть достаточным для объективной проверки качества выдаваемого котлом как насыщенного, так и перегретого пара. В типовой схеме отбора проб предусмотрен периодический и автоматический химический контроль. В общем случае отбирают пробы питательной воды (1), конденсата на линии впрыска (2), котловой воды из опускных труб (3) Ι и ΙΙ ступеней испарения (если в барабане осуществлены две ступени испарения) и опускных труб (4), выносных циклонов ΙΙ или ΙΙΙ ступени испарения, воды из линии непрерывной продувки (5), насыщенного пара из пароперепускных труб (6), насыщенного пара из выносных циклонов (7), перегретого пара (8), идущего на ЦВД турбины, а при наличии промперегревателя – и на линии возврата пара из линии (9) в непосредственной близости к котлу, а также на ЦСД (10) турбины.

Для получения представительных проб воды и пара используются специальные пробоотборные устройства. Обязательным условием получения представительных проб котловой воды является однофазность потока в той точке трубы, из которой отводится проба. Основными пробами котловой воды для наладки водно-химического режима работы котла являются пробы, отбираемые из нижних участков опускных труб циркуляционных контуров. В опускных трубах поток воды велик и мало зависит от нагрузки котла, поэтому концентрация железа в нем, а также фосфатов показательнее, чем в потоке воды, забираемом на продувку, т.к. этот поток мал, непостоянен во времени и отбирается из точки с наивысшей концентрацией примесей. Однако основными пробами котловой воды для составления солевого баланса котла и оценки непрерывной продувки являются пробы из линии непрерывной продувки котла. Представительные пробы конденсата, питательной и котловой воды отбирают трубчатым зондом, трубка которого выполняется с косым срезом под углом 45˚. Трубчатый зонд устанавливают во втулке, которую приваривают к питательной или опускной трубе.

Для получения представительных проб насыщенного пара применяются устьевые зонды, устанавливаемые во входных сечениях пароотводящих труб из барабана. Устьевой зон состоит из трубки с наконечником, который располагают по касательной к внутренней поверхности барабана. Насыщенный пар из выносных циклонов отбирают щелевым зондом, устанавливаемым над пароприемным потолком циклона щелью навстречу потоку. Щелевой зонд состоит из трубки с насадкой, донышка и штуцера, привариваемого к корпусу выносного циклона. Пробы перегретого пара отбирают однососковым зондом, состоящим из трубки с соском и донышком, установленной в гильзе, которую приваривают к паропроводу так, чтобы входное сечение было направлено навстречу потоку пара по оси трубопровода.

Для получения представительной пробы (т.е. близкой к средней пробе воды по содержанию окислов металлов) необходимо стремиться к сокращению длины тракта пробоотборных трубок и увеличению скорости воды в пробоотборной трассе до предела, допустимого по условиям охлаждения проб. Для охлаждения проб устанавливаются специальные холодильники. Для исключения загрязнения пробы продуктами коррозии пробоотборные трубы должны изготавливаться из нержавеющей стали. Обычно все пробоотборное оборудование выводят на общие для конкретного котла водные щиты, и контролируемые потоки снабжают бирками с надписями.

При ручном отборе проб в качестве пробоотборной посуды используются специально подготовленные, отмытые и маркированные сосуды из полимерного материала с плотно закрывающейся крышкой. Непосредственно в процессе отбора проб сосуды тщательно ополаскивают отбираемой пробой воды. Для транспортировки проботборной посуды используют удобные ящики-носки, которые позволяют предохранить пробы от загрязнения и порчи.

Методика проведения теплохимических испытаний базируется на непрерывном многосуточном наблюдении за работой и водным режимом котла, при этом весь объем опытов выполняют в несколько этапов. В период проведения испытаний кроме контроля водно-химического режима котла необходим контроль нагрузки котла, уровней воды во всех ступенях испарения, давления пара в барабане и на выходе из пароперегревателя, температуры перегретого пара до и после регуляторов перегрева, контроль работы топки (по составу газов и температуре) и оборудования пылеприготовления (мельниц, пылепитателей, горелок). Для барабанных котлов высокого давления наблюдения за водно-химическим режимом ведутся на основании использования автоматических приборов химконтроля по следующим показателям: удельной электропроводимости, соединения натрия, значению рН и кремнесодержанию.

Обработка опытных данных сводится к построению сводного хронологического графика для всех определяемых параметров и режимных графиков (основного и вспомогательного). На основной режимный график наносят данные по изменению во времени основных показателей режима работы котла (нагрузка, температура и давление пара, уровни воды, величина непрерывной продувки), его водного режима и качества воды и пара (удельную электропроводимость, концентрацию соединений кремния, натрия, значение показателя рН). На вспомогательный график выносят все данные по косвенным показателям качества пара (щелочности, содержанию углекислоты, аммиака, хлоридов т.п.)

Следующий этап обработки заключается в построении функциональных графиков, например зависимости качества пара от нагрузки котла, качества котловой воды, высоты ее уровней и т.п. По данным испытаний составляют технический отчет и режимную карту для последующей эксплуатации.