Нарушения гидравлики в барабанных и носят различный характер и поэтому должны быть рассмотрены раздельно.
Барабанные котлы для блочных установок и для электростанций с поперечными паровыми связями выполняются для номинальных давлений 10 и 14 МПа с производительностью от 220 до 640 т/ч с топками для всех видов энергетического топлива — бурых и каменных углей, мазута, газа, торфа и сланцев.
Нарушения естественной циркуляции в циркуляционном контуре барабанного котла проявляются в виде замедления, полного прекращения (застоя) или даже изменения направления (опрокидывания) движения рабочей среды в трубах контура. Во всех этих случаях ухудшается охлаждение металла труб, что вызывает опасное повышение его температуры.
Особенно опасен застой циркуляции, при котором в парогенерирующих подъемных трубах происходит расслоение воды и пара, образуются паровые пробки и резко ухудшается теплоотдача металла, что приводит к аварийному повышению температуры труб и часто завершается их пережогом.
Зависимость скорости воды в опускных трубах барабанного котла от его нагрузки
Основной причиной таких нарушений гидравлического режима в контуре циркуляции барабанных котлов является понижение их нагрузки до некоторого критического значения. Всякое понижение производительности барабанного котла связано с необходимостью уменьшения форсировки топочного режима и понижением температуры топочных газов. При этом снижается обогрев подъемных труб циркуляционного контура и повышается точка закипания, что приводит к падению полезного напора циркуляции и ее ослаблению.
Зависимость скорости циркуляции в подъемных трубах от нагрузки котла
При достижении критической минимальной нагрузки перемещение рабочей среды по контуру прекращается, кратность циркуляции становится равной нулю и возникает застой циркуляции. Как показывает практика эксплуатации, уже опасными являются режимы, при которых паросодержание в подъемных трубах превышает 30—50 %, что соответствует кратностям циркуляции 3—2 при нормальной кратности 6—14 для котлов 10 МПа и 5—8 для котлов 14 МПа. Рекомендуется не уменьшать кратность циркуляции ниже 4, когда паросодержание в подъемных трубах не превышает 25%. Режимы с меньшей кратностью опасны потому, что возможен переход к пленочному кипению, образование накипи в подъемных трубах (даже при нормальном водном режиме), ухудшение теплоотдачи металла и, как результат, недопустимое повышение температуры металла труб.
Необходимо заметить также, что при малой кратности циркуляции, следовательно, при малой скорости воды в опускных трубах возможен захват пара из барабана в опускную систему контура, «зависание» в ней пузырей пара и заполнение ими всего сечения труб, т. е. образование паровых пробок в опускных трубах. Этот режим может также привести к застою циркуляции и циркуляционному повреждению труб подъемной системы.
Практическим критерием надежности гидравлического режима в циркуляционном контуре, а следовательно, минимальной нагрузки может служить скорость среды в подъемных (wп) или опускных (wоп) трубах, являющаяся функцией нагрузки. Зависимость, изображенная на рисунке, дает лишь общее приблизительное представление о допустимой глубине разгрузки парового котла. В действительности подъемная система (как и опускная) состоит из многих труб, объединенных коллекторами в параллельно-последовательно включенные экраны — фронтовые, задние, боковые. Вследствие естественной неоднородности температурного поля в топочной камере и усиления этой неоднородности с понижением нагрузки котла обогрев отдельных экранов и даже труб в них будет неодинаков, и минимальную допустимую нагрузку котла будет определять экран с наименьшим обогревом труб. На рисунке выше показана опытная зависимость для средних панелей левого бокового (1) и фронтового (2) экранов котла ТП-87 420/140, установленного на одной из электростанций. Как видно, минимальная допустимая нагрузка этого котла по условиям надежной гидравлики определяется наиболее слабо обогреваемой средней панелью фронтового экрана, скорость рабочей среды в трубах которой раньше всего достигает критического значения 0,3 м/с, близкого к застою и даже опрокидыванию циркуляции. Эксперименты, проведенные на этой электростанции, показали, что технический минимум нагрузки котла ТП-87 по условиям надежной гидравлики может быть снижен по сравнению с заводской нормой 200 т/ч до 160—170 т/ч ((0,38— 0,41)*Dном).