Что такое расхолаживание котла
Останов котла
В зависимости от условий расхолаживания различают нормальные остановы котлов в горячий и холодный резерв и аварийный останов.
Как и в случае останова турбин, при остановах котлов в горячий резерв принимаются меры для сохранения аккумулированного в них тепла. При нормальных остановах в холодный резерв котлоагрегат расхолаживают, соблюдая безопасные скорости охлаждения его элементов. Аварийные остановы котлов вызываются повреждением их поверхностей нагрева и других элементов и необходимостью срочного ремонта. В зависимости от характера повреждений применяется полное ускоренное расхолаживание котлоагрегата со спуском воды (например, при повреждении экранных поверхностей), или частичное расхолаживание.
Нормальный останов производится по диспетчерскому графику с предварительным снижением паропроизводительности котлоагрегата. Аварийный останов выполняется в экстренном порядке, что предопределяет необходимость резкого снижения нагрузки котлоагрегата до нуля.
Барабанный котел нормально останавливается в такой последовательности:
В начальный период после останова котлоагрегата происходят кратковременное повышение давления пара и рост температуры стенок пароперегревателя за счет аккумулированного в обмуровке тепла. Поэтому на некоторое время (примерно 15 мин) необходимо открыть продувку пароперегревателя через РОУ. При дальнейшем естественном расхолаживании котлоагрегата пароперегреватель, имеющий большую поверхность нагрева, будет интенсивно охлаждаться за счет конвекции воздуха, и в змеевиках его начнется конденсация пара.
Водяные экономайзеры в начальный период после останова также воспринимают тепло, аккумулированное в обмуровке, что может вызвать повышенный нагрев труб вследствие прекращения подачи воды. В таких случаях производят прокачку питательной воды через экономайзер.
Экранные поверхности нагрева котла и вода в них охлаждаются сравнительно быстро. Охлаждение барабана происходит, в основном за счет циркуляции воды, так как отдача тепла изолированным барабаном в окружающую среду невелика.
При охлаждении экранных поверхностей в контурах котла возникает обратная циркуляция, так как температура воды в опускных изолированных трубах оказывается выше, чем в экранных. Интенсивность циркуляции и скорость охлаждения барабана зависят от многих факторов (объемного паросодержания, способа ввода пароотводящих труб и др.). Верхняя часть барабана, омываемая паром, охлаждается медленнее, чем нижняя. Это объясняется меньшим значением коэффициента теплоотдачи от верхней стенки к пару, чем от нижней стенки к омывающей ее воде. Температурная разность между верхом и низом барабана, как и в период растопки, не должна превосходить 40—50° С.
Режим расхолаживания котла устанавливается в зависимости от вида останова. При прекращении подачи топлива и погасании факела аккумулированное в котлоагрегате тепло начинает расходоваться на излучение и конвекцию во внешнюю окружающую среду, на подогрев воздуха, омывающего поверхности нагрева за счет самотяги, с паром, продуваемым из пароперегревателя, и с продувкой из нижних точек котла. В наибольшей степени котлоагрегат охлаждается за счет конвективного теплообмена между поверхностями нагрева и воздухом, который проникает через неплотности в топку и газоходы за счет возникающей в них самотяги.
Большое влияние на процесс расхолаживания котлоагрегата оказывает подача питательной воды. Подпитка котлоагрегата питательной водой, имеющей температуру ниже, чем температура котловой воды, увеличивает скорость снижения давления и охлаждения котлоагрегата.
При останове котла в горячий резерв на 6—8 ч для уменьшения потерь тепла после вентиляции топки закрываются все лючки, лазы, заслонки на газовоздушном тракте, а продувка и подпитка выдерживаются минимальными. При увеличении давления в барабане котла пар сбрасывается через продувку пароперегревателя.
При останове котла в ремонт с целью его расхолаживания через 5—6 ч после погасания факела производится вентиляция газоходов путем открытия направляющих аппаратов дымососов и продувка котла через нижние точки коллекторов экранов. Через 8—10 ч можно повторить продувку нижних точек, усилить вентиляцию газоходов и при необходимости включить дымосос.
РОУ отключается при давлении примерно 0,5 МПа, а при падении давления до нуля открывается линия аварийного сброса и сливается вода через нижние точки котла.
При необходимости останова котла для срочного ремонта давление в нем снижается за счет интенсивной продувки через РОУ. Скорость снижения температуры насыщения при этом регламентируется местными инструкциями, а разность температуры металла барабана по его периметру не должна превышать 40—50° С. При давлении примерно 0,5 МПа отключается РОУ и открывается продувка пароперегревателя на расширитель. После падения давления до нуля включается дымосос, спускается вода, открываются лазы и производится полное расхолаживание котлоагрегата.
Нормальный останов прямоточных котлов без их расхолаживания проводится с прекращением после погасания факела подачи питательной воды и остановом питательных насосов. После отключения котлоагрегата продуваются линии впрысков и закрываются запорные вентили впрысков, выпускается пар из пароперегревателя и обеспаривается система промперегрева. Топка и газоходы вентилируются в течение 5—10 мин, после чего отключаются тягодутьевые машины, закрываются их направляющие аппараты и газовые шиберы перед РВП, и котлоагрегат переходит в режим естественного расхолаживания.
Если останов осуществляется с принудительным, расхолаживанием котла и паропроводов, то после выпуска пара из пароперегревателя производится прокачка воды через тракт котлоагрегата со сбросом среды через дренажные линии перед ГПЗ. При останове котла с расхолаживанием тракта до встроенной задвижки прокачка воды осуществляется при закрытой встроенной, задвижке со сбросом среды из встроенных сепараторов в растопочный расширитель.
Котлоагрегаты остывают значительно быстрее турбин. Особенно быстро остывают прямоточные котлоагрегаты, не имеющие заполненного водой барабана, играющего роль аккумулятора тепла.
Продолжительность ускоренного расхолаживания прямоточного котла составляет примерно 3—5 ч, естественного — 6—12 ч. Продолжительность расхолаживания барабанного котла зависит от его производительности и конструктивных особенностей. При нормальном останове она доходит до 24— 36 ч. Котлоагрегаты, имеющие дефекты (трещины в стенках барабана и труб и др.), должны расхолаживаться медленнее.
Останов котла с расхолаживанием
Останов с расхолаживанием применяется при выводе котла в ремонт. Расхолаживание может осуществляться тягодутьевыми механизмами, паром от соседнего котла; при этом необходимо контролировать темп снижения давления пара по снижению температуры металла нижней образующей барабана, который при останове не должен превышать 20 о С за 10 мин. Разность температур металла верхней и нижней образующих барабана при этом не должна превышать 80 о С.
Останов котла с расхолаживанием осуществляется только по заранее разработанной программе, утверждённой главным инженеров ТЭС. В программе предусматривается использование графика – задания останова котла с расхолаживанием, определяется порядок снятия защит, ответственные лица, возможные действия персонала при возникновении аварийных ситуаций и пр.
Останов с расхолаживанием осуществляется под руководством ответственного представителя администрации цеха.
Останов котла в длительный резерв или ремонт с консервацией
Останов котла в длительный резерв или ремонт с консервацией имеет следующие особенности в последовательности выполнения операций:
— За 3 часа до останова котла отключается подача реагентов в его барабан и производится продувка нижних точек (в течение 2 минут каждый коллектор).
— Котёл разгружается до нагрузки 30 – 40 % от номинальной.
— За 15 – 20 мин. до отключения котла от общего паропровода закрывается непрерывная продувка и в барабан подаётся консервирующий гидразинно – аммиачный раствор.
— Далее котёл останавливается одним из описанных выше способов.
— Дозировка реагентов продолжается до тех пор, пока в котловой воде чистого отсека их концентрация не достигнет требуемого значения.
— Следует постоянно контролировать уровень воды в барабане и при необходимости осуществлять его подпитку.
— Через 4 часа после остановки следует произвести продувку нижних точек (в течение 2 минут каждый коллектор), после чего осуществляется дозировка реагентов для восстановления их концентрации в котловой воде чистого отсека.
— После снижения давления до нуля котёл оставляется в резерве без слива консервирующего раствора, если на котле не предполагается проведение ремонтных работ, требующих опорожнения котла.
Принудительное (ускоренное) расхолаживание энергооборудования
Продолжительность остывания турбины до температуры 150 °С, при которой по существующим правилам разрешается снимать тепловую изоляцию и приступать к вскрытию турбины, с принудительным расхолаживанием сокращается в 5— 7 раз.
Существуют различные способы принудительного расхолаживания: воздушный, низкопотенциальным паром, разгружением турбины при скользящих параметрах пара и, наконец, комбинированный. При использовании любого из этих способов ставится обязательное требование: скорость охлаждения металла, разность температур по ширине корпусных деталей, относительное укорочение роторов не должны превышать предельных допустимых значений.
Предельная скорость охлаждения металла при температуре металла, превышающей 400 °С, не должна быть больше 2 °С/минута для корпуса стопорного клапана, 3 °С/минута — для корпусов регулирующих клапанов, 1,5 °С/минута — для стенок цилиндров. При температуре металла, меньшей 400 °С, эти скорости могут быть вдвое больше: для корпуса стопорного клапана — 4, корпуса регулирующего клапана — 6 и для стенок цилиндров — 3 °С/минута. Практика показала, что этот критерий полностью удовлетворяется, когда при температурах металла, больших 400 °С, температура пара в стопорном клапане снижается со скоростью не выше 2,5 °С/минута. При температуре металла, меньшей 400 °С, скорости его остывания существенно меньше допустимых.
Измерения температуры металла расточки ротора в процессе расхолаживания турбины показали, что при скорости понижения температуры пара в 2,5 °С/минута скорость охлаждения металла роторов высокого и среднего давления не превышала соответственно 2,0 и 0,6 °С/минута. Такие скорости не представляют опасности для роторов, поскольку соответствуют малоцикловой термоусталостной повреждаемости 0,01 %.
Таким образом, контроль режима расхолаживания только по температуре пара в стопорном клапане оказывается достаточным для соблюдения критерия скорости охлаждения во всех элементах турбины, упомянутых выше.
Что касается критерия относительного укорочения, то опыт показывает, что темп остывания турбины лимитируется только ротором высокого давления и, следовательно, можно обеспечить надежное расхолаживание, поддерживая в допустимых пределах относительное укорочение только этого ротора. Это обычно выполняется путем подачи горячего пара в передние уплотнения ЦВД.
Расхолаживание остановленной турбины осуществляется при помощи эжекторной установки конденсатора. Для этого после остановки блока и обеспаривания котла оставляют в работе эжекторную установку и соединяют внутренние полости охлаждаемых цилиндров с атмосферой. ЦВД сообщается с атмосферой через открытые предохранительные клапаны на холодных паропроводах системы промежуточного перегрева, а цсд-через предохранительные клапаны на горячих паропроводах. Воздух, поступающий в ЦВД со стороны выхлопа, проходит ЦВД по направлению к паровпуску и по перепускным трубам через открытые регулирующие и стопорные клапаны поступает в главные паропроводы, откуда через РОУ сбрасывается в конденсатор турбины. Воздух, поступающий в ЦСД через один из предохранительных клапанов на горячем паропроводе промежуточного перегрева, проходит ЦСД и также сбрасывается в конденсатор через ЦНД. Для повышения темпа расхолаживания массивных фланцев одновременно осуществляется подача воздуха в систему подогрева фланцев и шпилек ЦВД, вследствие чего снижается относительное расширение ротора и корпуса турбины и появляется возможность дополнительного ускорения процесса расхолаживания. Для организации движения воздуха через систему обогрева фланцев достаточно открыть предохранительный клапан на коллекторе подвода пара в систему.
Температура пара, подаваемого на концевые уплотнения турбины для ограничения укорочения ротора в процессе расхолаживания, регулируется с учетом теплового состояния корпусов путем подмешивания к деаэраторному пару (который применяется в этом случае) пара холодных паропроводов промежуточного перегрева из соседних работающих блоков.
Общая продолжительность расхолаживания турбины атмосферным воздухом от номинальной температуры до 150 °С составляет около 40 часов со средней скоростью 9—10 °С/час, т. е. в три-четыре раза меньше, чем при естественном охлаждении.
Для дальнейшего повышения скорости расхолаживания необходимо было бы повысить скорость движения охлаждающего воздуха, что при помощи штатных эжекторов установки выполнить невозможно. Рекомендуется решить эту задачу путем подключения параллельно штатным эжекторам высокопроизводительного пароструйного эжектора к любой точке тепловой схемы турбины, например к паропроводам свежего пара турбины. Производительность этого эжектора в несколько раз выше, чем у штатных, что позволяет добиться довольно значительного повышения скорости расхолаживания воздушным способом.
Расхолаживание турбины воздухом выгодно сочетать с расхолаживанием ее под нагрузкой за счет понижения температуры свежего и вторично перегретого пара, так как на первом этапе расхолаживания под нагрузкой используется аккумулированная теплота котла для выработки электрической энергии. Расхолаживание турбины на этом первом этапе производится путем постепенного снижения нагрузки блока с одновременным плавным понижением на котле температуры свежего и вторично перегретого пара до минимального возможного уровня. К сожалению, на подавляющем большинстве действующих блоков провести глубокое и надежное расхолаживание этим способом очень трудно и поэтому полностью использовать аккумулированную теплоту не удается. Объясняется это главным образом отсутствием эффективных средств регулирования температуры пара при очень низких нагрузках. На турбинах К-160-130 при нагрузках ниже 40% номинальной уже не обеспечивается равномерный темп снижения температуры перед турбиной, возникают ее провалы и, как следствие,— ограничения по укорочению роторов, заставляющие приостановить процесс расхолаживания.
Практически достижимый минимальный уровень температур в зоне паровпуска ЦВД и ЦСД турбин мощностью 160— 300 МВт оказывается не ниже 250—300, обычно даже 320— 330 °С.
На втором этапе расхолаживание может производиться воздухом или низкопотенциальным паром. При воздушном расхолаживании от 320—330 до 150 °С суммарная продолжительность комбинированного способа составит 25—30 часов, т. е. примерно в 1,5 раза меньше, чем при расхолаживании только воздухом во всем диапазоне температур. Продолжительность отдельных этапов при этом такова: расхолаживание под нагрузкой 7—8 часов, воздушное расхолаживание остановленной турбины (от температуры 320—330 °С) 18—22 часов. Время, необходимое для обеспаривания котла и сборки схемы воздушного расхолаживания, составляет 2—4 часа.
Второй этап комбинированного расхолаживания может быть сокращен дополнительно при использовании значительно более эффективного по сравнению с воздушным парового расхолаживания остановленной турбины. Сущность этого способа заключается в организации движения охлаждающего пара через наиболее металлоемкую часть высокого давления турбины в направлении, обратном рабочему. Для экономии теплоты при этом может быть использован пар, выработанный в котле за счет аккумулированной теплоты. Его температура может регулироваться различными способами: путем подмешивания к свежему пару низкотемпературного пара из общестанционных коллекторов или из паровой уравнительной линии деаэраторов, путем снижения температуры пара впрысками на котле или в паропромывочном устройстве.
На втором этапе расхолаживания в процессе срабатывания давления производится периодическая подпитка барабана водой с температурой 200—230 °С через экономайзер от соседнего блока. За счет этого выработка пара котлом несколько повышается, поскольку используется теплота относительно «горячей» посторонней воды и теплоты, аккумулированной металлом и обмуровкой экономайзерного тракта.
Способ парового расхолаживания может пригодиться и для первого этапа, когда расхолаживание под нагрузкой оказывается неосуществимым из-за недопустимости вращения турбины с большой скоростью, например, при поломке лопаток, сильной вибрации и пр.
Существует возможность еще большего сокращения ремонтного простоя турбины. Она заключается в переводе турбины после первого этапа расхолаживания под нагрузкой в режим естественного остывания при работе валоповоротного устройства (ВПУ). По достижении температурой ЦВД по верхней образующей в зоне камеры регулирующей ступени 275 °С ВПУ и система смазки (СС) отключаются и ротор останавливается, что позволяет начинать разнообразные ремонтные работы, не связанные с вскрытием цилиндров. Снятие тепловой изоляции при этой технологии рекомендуется начинать по достижении температурой верха ЦВД 200—210 °С, а это происходит при естественном остывании примерно через 20 часов после отключения ВПУ. Таким образом, эти 20 часов и являются чистым выигрышем времени для производства, ремонтных работ.
Отключение ВПУ и СС рекомендуется производить только при температуре ЦВД не выше 150 °С. Это необходимо для предотвращения теплового прогиба остановленного, сравнительно горячего ротора и недопустимого разогрева баббита подшипников турбины из-за передачи теплоты по валу ротора. Считается, что при температуре роторов ниже 150 °С эти нежелательные явления исключаются. Проведенные исследования показали, что в режиме работы турбины с полной нагрузкой, когда усилия на подшипники достигают наибольших значений, тепловой прогиб ротора за 20 часовой период естественного остывания турбины при отключении ВПУ увеличивается незначительно (до 0,12 мм), не достигая опасных значений, а температура баббита подшипников возрастает на 20 °С, также не достигая предельной допустимой (80—90°С).
Разумеется, этот способ сокращения ремонтного простоя подразумевает строгое соблюдение требований безопасности во время снятия тепловой изоляции при более высоких, чем обычно, температурах, а также обязательное проведение экспериментальных исследований на каждой турбине, которую предполагается перевести в такой режим расхолаживания. Результаты исследований должны показать допустимость более раннего отключения ВПУ и СС по условиям теплового прогиба ротора и температурного режима подшипников турбины.
При остановке и разгружении блочных и неблочных барабанных котлов следует учитывать следующие особенности. В ПТЭ указана предельная скорость понижения температуры насыщения 1,5—2,0 °С/мин в процессе остановки котлов до нагрузки 10 МПа и 1,0—1,5°С/минута — до 15 МПа. Это вызвано ограничениями по температурным напряжениям в торцах барабана, где наблюдается слабая циркуляция воды и недостаточное охлаждение металла. При несоблюдении указанных в ПТЭ скоростей температурные напряжения в торцах барабана превышают допустимые и при многократных повторениях режимов остановки могут привести к усталостным повреждениям металла.
При разгрузке блочных котлов на скользящем давлении пара условия расхолаживания барабана улучшаются, поскольку его верхняя часть охлаждается аккумулированным паром и паром, вырабатываемым за счет сжигания топлива (топливо оптом в Нижнем Новгороде можно заказать перейдя по ссылке), но все, же остается риск повышения температуры в торцах выше допустимой.
Рекомендуются простые конструктивные переделки внутрибарабанных устройств блочных и неблочных котлов, усиливающие циркуляцию в торцах, позволяющие повысить допустимые пределы скорости понижения температуры насыщения до 2,0—2,5 °С/минута и снимающие ограничения по разности температур между верхом и низом барабана. Устройство дополнительного охлаждения верхней части торца барабана состоит из системы коробов, направляющих пар от внутрибарабанных циклонов в верхнюю зону отсеков. Неравномерность температур по периметру барабана сильно возрастает при погашенной топке в процессе выпуска пара в коллектор собственных нужд и существенно ограничивает скорость понижения давления в котле. Чтобы снять и эти ограничения, производится предварительное заполнение барабана водой до отметки 400—450 мм от верхней образующей барабана. Это позволяет снизить давление в котле от 5 до 1 МПа за 40— 60 минут, выдержав при этом разность температур по периметру в допустимых пределах. Отмечается, что допустимая разность температур в зоне давлений ниже 5,0 МПа и при меньших скоростях охлаждения (0,5—1,0°С/минута) составляет 60—80 °С.
4.3.40. Режим расхолаживания котлов
после останова при выводе их в ремонт должен быть определен инструкциями по эксплуатации. Расхолаживание котлов с естественной циркуляцией тягодутьевыми машинами разрешается при обеспечении допустимой разности температур металла между верхней и нижней образующими барабана. Допускаются режимы с поддержанием и без поддержания уровня воды в барабане.
Расхолаживание прямоточных котлов можно осуществлять непосредственно после останова.
После останова котла процесс охлаждения барабана протекает медленно, так как потери тепла изолированным барабаном в окружающую среду невелики и охлаждение осуществляется в основном за счет циркулирующей воды. Нижняя часть барабана, омываемая водой, имеет температуру, практически равную температуре насыщения, верхняя же часть, соприкасающаяся с паром, охлаждается значительно медленнее вследствие того, что теплоотдача от стенок к пару меньше, чем к воде. К тому же качество изоляции в верхней части барабана, как правило, значительно выше, чем в нижней. Вследствие этого в процессе расхолаживания котла, так же как и при растопке, наблюдается разность температур между верхом и низом барабана, которая зависит от скорости остывания котла и при быстром его расхолаживании (например, при раннем включении тягодутьевых машин) может достигать больших значений. Поэтому на первом, наиболее продолжительном этапе расхолаживания котла — естественном остывании — плотно закрываются все шиберы воздушного и газового трактов. Опыт показывает, что при этих условиях падение давления до атмосферного происходит в котлах среднего давления 40 кгс/см2 (3,9 МПа) и высокого 100 кгс/см2 (9,8 МПа) примерно за 10 ч, а в котлах давлением 140 кгс/см2 (13,7 МПа) и выше — за 18 ч. Указанные продолжительности достаточно приблизительны, поскольку скорость остывания котла зависит от качества изоляции, плотности арматуры и гарнитуры пароводяного и газовоздушного трактов. При таком низком темпе понижения давления возникающие в барабане температурные напряжения минимальны. Дальнейшее расхолаживание котла можно производить путем вентиляции газоходов дымососом и вентилятором. При этом разность температур между верхом и низом барабана может несколько превысить допустимое значение, однако в силу того, что к моменту расхолаживания напряжения от внутреннего давления минимальны, режимы остаются безопасными. Сказанное относится к режимам расхолаживания котлов, не оснащенных специальной схемой расхолаживания.
При использовании устройств для охлаждения барабана тягодутьевые машины с погашением котла остаются в работе на весь период расхолаживания. Этот режим изложен в [19]. Расхолаживание барабана паром соседнего котла выполняется как с поддержанием уровня воды в барабане, так и без его поддержания. Основным считается останов с сохранением его поддержания. В таком режиме:
— исключаются проблемы последующего заполнения
неостывшего барабана;
— исключаются проблемы поступления воды в неостывший барабан из-за неплотного отключения питания;
— уменьшается разность температур между верхней и нижней образующими барабана;
— уменьшается амплитуда возможных колебаний температур в очках водоопускных труб. В режиме с сохранением уровня пар на расхолаживание подается только в верхние коллекторы барабана.
Режим останова без сохранения уровня выполняется при возникновении аварийных ситуаций, препятствующих подаче воды в котел. Пар на расхолаживание в этом случае подается и в нижние коллекторы барабана, что помимо основного назначения должно также способствовать снижению размаха возможных колебаний температуры в очках опускных труб.
Начало расхолаживания прямоточных котлов, не имеющих барабанов, естественно, не лимитируется.