Условия работы пароперегревателей и методы повышения надежности
По условиям ползучести и окалинообразования металл пароперегревателя работает практически на пределе. Запас по температуре металла пароперегревателя, весьма ограничен и потому допустимая тепловая развертка и допустимое превышение температуры над средним (расчетным) значением очень малы.
Вместе с тем в мощных котлах с высоким перегревом пара и, следовательно, с большим тепловосприятием пароперегревателя действительная тепловая развертка может превысить допустимую, что резко понизит его надежность. До последнего времени в основу расчета надежности поверхностей нагрева, а, следовательно, и пароперегревателя закладывается срок службы металла 100 тыс. ч (около 15 лет). Исследования и опыт эксплуатации энергоблоков выявили возможность увеличить срок службы примерно в 2 раза. Однако повышение температуры металла труб пароперегревателя на 15-20°С приводит к сокращению срока службы примерно в 2 раза.
В котлах большой мощности, а, следовательно, и с большим поперечным сечением газоходов наблюдается значительная неравномерность обогрева по ширине и высоте горизонтального газохода, по ширине и глубине вертикального газохода. Для вертикальных пароперегревателей, у которых змеевики лежат в плоскости направления движения продуктов сгорания и пар многократно изменяет свое направление движения с подъемного на опускное и обратно, неравномерность обогрева по высоте газохода не играет роли, так как при одинаковом обогреве по ширине газохода все параллельные змеевики находятся в одинаковых условиях. В горизонтальных пароперегревателях, у которых змеевики расположены к плоскости направления движения продуктов сгорания, а пар многократно изменяет свое направление по глубине газохода в обе стороны (змеевики расположены перпендикулярно фронту) неравномерность обогрева по глубине газохода также не существенна. В обоих типах пароперегревателей сильно сказывается неравномерность обогрева по ширине газохода тем в большей степени, чем шире фронт котла.
Уменьшение влияния неравномерности обогрева по ширине газохода достигается секционированием пароперегревателя по ширине и по глубине с обязательным перебросом полупотоков пара на противоположные стороны газохода. Переброс пара осуществляется либо трубами, либо коллекторами.
В котлах большой единичной мощности с развитым фронтом конструктивная реализация переброса пара существенно усложняется, увеличивается также гидравлическое сопротивление пароперегревателя. В этих условиях желательно выдерживать такой топочный режим, при котором неравномерности обогрева газоходов по ширине были бы минимальными.
Пароперегреватель большей частью располагается в горизонтальном газоходе и непосредственно за ним - на входе в конвективную шахту. В котлах большой мощности глубина шахты и примерно равная ей высота горизонтального газохода имеют значительные размеры, что при большой скорости продуктов сгорания приводит к увеличению неравномерности скоростного поля и поля концентрации, особенно крупных фракций золы в поворотной камере и на входе в конвективную шахту. При расположении змеевиков перпендикулярно фронту интенсивному золовому износу подвержены все змеевики и объем ремонтных работ возрастает, в то время как в пароперегревателях с расположением змеевиков параллельно фронту износ сосредоточивается лишь на небольшой группе труб, расположенных у задней стены газохода. Условия охлаждения труб основных и промежуточных перегревателей различны. Основные перегреватели охлаждаются, паром с начала растопки котла, поэтому их располагают не только в конвективных газоходах, но и в топке. В промежуточные пароперегреватели пар поступает лишь при пуске турбины, а потому длительное время они лишены охлаждения. То же наблюдается при аварийном останове котла. Во избежание перегрева металла труб промежуточный пароперегреватель выполняют преимущественно конвективным, реже ширмовым и располагают его в зоне умеренного обогрева при температуре продуктов сгорания не выше 850°С. Существуют схемы с охлаждением промежуточных пароперегревателей при растопке и аварийных остановах свежим паром через редукционно-охладительную установку (РОУ).