Для обеспечения надежности работы экранных контуров в паровом режиме во всех комбинированных пароводогрейных котлах экранные трубы подового экрана закрыты несколькими рядами огнеупорного шамотного кирпича, что уменьшает тепловосприятие труб подового экрана на 85–90 %.
Данные гидравлических испытаний комбинированных пароводогрейных котлов показывают, что скорости воды на входе в экранные трубы значительно колеблются в зависимости от конструктивного оформления и размеров подводящих трубопроводов к циклонам, опускных и рециркуляционных трубопроводов экранных контуров. Установлено также, что скорости воды в экранных и рециркуляционных трубах колеблются в зависимости от нагрузки парового контура, как это видно на рис. 4.6 и 4.9.
При исследовании установлено, что в существующих комбинированных пароводогрейных котлах скорости входа воды в экранные трубы колеблются в пределах 0,1 – 0,6 м/с, причем меньшие значения скоростей воды относятся к максимальным паровым нагрузкам экранных контуров. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что в экранных панелях комбинированных котлов, имеющих слабонаклонные потолки, при таких низких значениях скоростей воды (0,10 – 0,15 м/с) в определенных режимах многие экранные трубы работают со значительным расслоением потока пароводяной смеси в этих слабонаклонных участках труб.
Надежность и безаварийность работы таких слабонаклонных потолочных труб обеспечиваются размещением обмуровочных плит непосредственно на трубах экрана, имеющих шаг 64 мм. Выполненные ранее исследования показывают, что при таком малом зазоре между экранными трубами (64 мм) температура на внутренней поверхности обмуровки не превышает 400 °С.
В указанных условиях обогрев дымовыми газами слабонаклонных труб потолочного экрана осуществляется только с нижней стороны труб, обращенных к топке.
Отсутствие обогрева таких экранных труб в верхней их половине исключает какой-либо перегрев металла и выход труб из строя, что подтверждается многолетним опытом эксплуатации всех существующих комбинированных котлов. Второй особенностью паровых экранных контуров в комбинированных котлах является отсутствие в них обычной разводки экранных труб, применяемой во всех паровых барабанных котлах в местах установки амбразур для горелок, топочных лазов и других устройств.
В большинстве комбинированных пароводогрейных котлов оставлены без изменения применяемые в стальных водогрейных котлах обводные кольца (рис. 5.3), в которые параллельно включены все трубы экранных панелей, мешающие размещению горелочных амбразур, топочных лазов и т. д.
Гидравлические испытания, проведенные ПО «Союзтехэнерго”, показали (см. рис. 4.4), что скорости воды на входе в экранные трубы, включенные в такие обводные кольца, примерно в 2 раза ниже, чем в обычных экранных трубах, и колеблются в пределах от 0,18 до 0,34 м/с в зависимости от конструктивного оформления и размера пароотводящих труб из верхнего коллектора до выносных циклонов. Имевшие место пережоги таких труб фронтового экрана на комбинированном котле КТК‑100 (Воркутинская ТЭЦ) в начале его эксплуатации возникали в амбразурах ротационных горелок из-за высоких локальных тепловых нагрузок этих экранных труб в результате подтекания мазута и его горения в районе топочных амбразур.
После замены ротационных мазутных форсунок на обычные, паромеханические пережоги этих экранных труб прекратились.
Опыт эксплуатации и проведенные испытания позволяют считать, что для паровых контуров комбинированных котлов могут успешно применяться без каких-либо переделок внутренние экранные контуры серийных водогрейных котлов. Необходимо только исключить образование в районе обводных колец высоких локальных тепловосприятий экранных труб Q < 465 кВт/м2 [Q < 400 * 103 ккал/ (м2 * ч)].
Рис. 5.3. Обводное кольцо в экранной панели:
1 – обводное кольцо; 2 – трубы экранной панели
Рис. 5–4. Экранный контур с рециркуляционными трубами:
1 – рециркуляционная труба; 2 – переходной патрубок; 3 – верхний коллектор экрана; 4 – экранные трубы; 5 – условный уровень воды в верхнем коллекторе.
Применение обводных колец вместо разводки экранных труб значительно упростит и удешевит изготовление экранных контуров для любых паровых котлов. Необходимо отметить, что возможность повышения скоростей входа воды в экранные трубы паровых безбарабанных контуров, включенных на выносные циклоны, достигается путем применения рециркуляционных труб, установленных между верхним и нижним коллекторами каждой отдельной экранной панели.
На рис. 5.4 представлена схема такого экранного контура с рециркуляционными трубами, по которым часть циркулирующей в контуре котловой воды из верхнего коллектора возвращается непосредственно в нижний коллектор. Таким образом, в экранных панелях, включенных на выносные циклоны, создаются два циркуляционных контура: первый – основной контур (см. рис. 5.1) – состоит из труб, отводящих пароводяную смесь из верхних коллекторов экранных панелей в выносные циклоны и из опускных трубопроводов котловой воды из водяного объема циклона в нижние коллекторы экранов; второй циркуляционный контур создается за счет применения рециркуляционных труб, благодаря которым часть циркулирующей через экранные трубы воды возвращается из верхнего коллектора в нижний.
На рис. 5.4 показан условный уровень воды в верхнем коллекторе. Исследования, проведенные О. М. Балдиной (НПО ЦКТИ), показали, что при подводе пароводяной смеси из экранных труб, включенных по горизонтальной оси коллектора, условный уровень воды с минимальным паросодержанием по торцам коллектора располагается выше, чем в средней части коллектора, где включены наиболее сильно обогреваемые экранные трубы.