Основу процессов, происходящих в трубах котлов, составляет теплообмен. Практически все электростанции, даже те, что выдают базовую нагрузку, работают в маневренных режимах (возможно включение в работу различного количества блоков, плановый останов блока на ночь и др.). Поэтому реальные процессы теплообмена в поверхностях нагрева котлов всегда имеют нестационарный характер. Динамика температур нагрева имеет тенденцию к колебательным процессам в диапазонах, определенных чувствительностью систем регулирования. Сброс нагрузок дает резкое снижение температур, ввод в работу остановленного блока – всплеск. На термические напряжения металлов действуют не только амплитуда колебаний, но и скорость изменения и период колебаний температур (динамика процесса). Известно, что циклические изменения температурных полей оказывают большое влияние на прочность металла и, как следствие, на надежность работы котельного оборудования [1]. Поэтому, задачу обеспечения надежной работы котельного оборудования ТЭС невозможно решать без учета количественных и качественных характеристик колебаний температур на трубах экранных поверхностей нагрева и особенно пароперегревателях, т.к. аккумуляция тепла в воде и насыщенном паре значительно отличается от аккумуляции тепла в перегретом паре.

С целью контроля колебаний температур металла ширм пароперегревателей в процессе эксплуатации на котле 8-го блока НчГРЭС на ширмовых пароперегревателях были установлены специальные датчики. Ширмы пароперегревателя изготовлены из аустенитной стали Х18Н12, размер труб змеевиков – Ø32х5.Температурный режим поверхности нагрева контролируется с помощью контрольно-измерительной аппаратуры – стандартных термопар, которые расположены на входных и выходных змеевиках ширмовых пароперегревателей I и II ступени первого (Рисунок 1) и второго корпусов котла в точках, отражающих определенную температурную зону (на втором корпусе котла термопары установлены аналогично). Из Рисунка 1 видно, что датчики находятся в одной температурной зоне.

На Рисунке 2 представлены изменения температуры на первом входном и первом выходном змеевиках первой ширмы ШПП, снятые с термопар в течение 1,5 – 2 ч. Из рисунка видно, что на первом корпусе динамика температуры носит ярко выраженный колебательный характер без резких пиков; период колебаний составляет в среднем 5,5 мин; разница между минимальной и максимальной температурами на входном змеевике составляет 32°С, на выходном – 38°С. На втором корпусе имеется явная зона всплеска температур; период колебаний составляет около 4 мин; разница между минимальной и максимальной температурами на входном змеевике составляет 47°С, на выходном – 54°С.

Следует отметить, что термопары стоят на внешней поверхности трубы, а источником колебаний температур является пар, протекающий внутри труб. Отсюда можно сделать вывод, что колебания температур внутри трубы происходят с большей амплитудой. Разности между максимальной и минимальной температурами внутри трубы превышают ранее указанные значения и в еще большей степени влияют на появление термических напряжений в металле.

Данные колебания можно объяснить впрыском, который вызывает изменения аккумулируемой теплоты теплоносителя. Аккумулируемая теплота определяется из уравнения [2]:

В газовом объеме пароперегревателя давление при переменных режимах практически не изменяется и, как показывают расчеты, накопление аккумулируемой теплоты здесь происходит по апериодическому закону достаточно быстро (в сотые доли секунды) в зависимости от вида возмущения при положительных сомножителях уравнения (2).

Следует отметить, что слагаемые уравнений (1) и (2) для парового пространства пароперегревателя имеют разные знаки, так как для пара докритического давления плотность и теплоемкость уменьшаются с увеличением температуры. Поэтому изменение аккумуляции теплоты в массе пара пароперегревателя может быть, как положительным, так и отрицательным в зависимости от доминирующей величины изменений температуры или комплекса rпcп. Следовательно, в паровом пространстве пароперегревателя переходной процесс протекает более сложно, так как сопровождается изменениями температуры и давления.

Список литературы

1.     Федорченко Г.С., Ефимов Н.Н., Тырникова Ю.В. Диагностика работоспособности поверхностей нагрева // Приоритетные направления развития энергетики на пороге XXI века и пути их решения: Сб. научн. тр./ Юж. -Рос. гос. техн. ун-т.– Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. – С. 15-17.

2.     Ефимов Н.Н. Основные закономерности изменения количества аккумулированного тепла в пароперегревателях // Теплоэнергетика. 1999. №11.– С.36-40.