Проект парового котла взамен котлов ТП-230 Томской ГРЭС-2 для работы на природном газе и мазуте

 

5 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ КОТЛА, РАБОТАЮЩИХ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

 

Для расчетов представлен котельный агрегат Е-230-9,8-510. Объектом работы являются элементы пароводяного тракта котла: барабан, трубы, змеевики и коллектора топочного экрана, конвективного пароперегревателя выходной ступени, т.е. те части котла, которые работают под внутренним давлением. В связи с этим возникает вопрос обеспечения надежной работы этих элементов, что необходимо для безотказной работы всего котельного агрегата в условиях его длительной эксплуатации. Главным свойством детали, определяющим надежность, является прочность. Под прочностью следует понимать способность детали сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы при воздействии внешних нагрузок.

Первостепенной задачей расчета является определение минимально допустимых толщин стенок труб (змеевиков), поверхностей нагрева, коллекторов и их плоских днищ.

Второстепенными задачами являются:

---выбор марки стали для каждого  элемента пароводяного тракта  котла и обоснование данного выбора:

---выбор исходных материалов  для их изготовления;

---оценка надежности рассмотренных  элементов;

Для решения этих задач следует воспользоваться данными, полученными в результате теплового расчета вышеуказанного котельного агрегата. В результате расчета будут получены необходимые данные для непосредственного изготовления и испытаний всех рассмотренных элементов котла. Расчет проведен на ЭВМ.

 

5.1 Расчет на прочность барабана котла.

 

Основным элементом пароводяного тракта котлов с естественной циркуляцией является барабан. Основная функция барабана состоит в разделении пароводяной смеси, поступающей из испарительных поверхностей нагрева. Для этого он должен иметь внутренний объем, достаточный для размещения в нем внутрибарабанных сепарационных устройств, предназначенных для обеспечения должной чистоты насыщенного пара, направляемого в пароперегреватель. Следовательно, основные размеры барабана, его длина и внутренний диаметр необходимо принимать, еще на стадии эскизного проектирования, из условий сепарации пара, а так же из условий его размещения над топкой в верхней части котла. Так же при выборе внутреннего диаметра барабана следует установить технологию его изготовления, которая уже достаточно отработана и налажена.

В настоящее время для котлов среднего и высокого давления изготавливается барабан с внутренним диаметром 1600мм.

Прочность барабана обеспечивается толщиной его стенки, а так же прочностными характеристиками стали, из которой он изготавливается.

Таким образом, для надежной работы барабана необходимо:

• правильно сконструировать барабан, то есть определить толщину стенки путем проведения расчетов на прочность (см.приложение Е);
• правильно изготовить, то есть обеспечить технологию изготовления;
• правильно эксплуатировать.

 

5.2 Расчет на прочность труб и коллекторов топочных экранов представлен в приложении Е.

 

5.3 Расчет на прочность змеевиков конвективного пароперегревателя второй ступени и их коллекторов

 

Пароперегреватель представляет собой систему труб присоединенных к двум и более коллекторам. Работают пароперегреватели в достаточно тяжелых условиях. Поэтому требования к изготовлению пароперегревателя предъявляются достаточно высокие. Необходимо правильно выбрать материал для изготовления и обеспечить технологию изготовления. Расчет на прочность змеевиков конвективного пароперегревателя второй ступени и их коллекторов представлен в приложении Е.

 

5.4 Анализ полученных результатов

 

В данном разделе были решены следующие поставленные задачи:

-определены минимально допустимые толщины стенок барабана; труб (змеевиков) поверхностей нагрева, коллекторов и их плоских днищ;

-выбор марки стали для некоторых элементов пароводяного тракта котла;

-выбор исходных материалов для их изготовления;

-оценка надежности рассмотренных элементов.

При расчете барабана получены следующие результаты: толщина стенки цилиндрической части и выпуклого днища барабана равна 95 мм; все элементы барабана удовлетворяют условиям возможности проведения гидравлических испытаний.

В результате расчета топочных экранов для их изготовления принята сталь  марки 20, которая обладает высокими механическими характеристиками и при полученных толщинах стенки удовлетворяет условиям проведения гидравлических испытаний. Для изготовления коллекторов топочных экранов принята сталь марки 12Х1МФ.

Для изготовления пароперегревателя для различных его ступеней приняты различные марки стали. Для изготовления труб КПП2 – сталь марки 12Х1МФ, а коллекторов – сталь марки 12ХМ. Различие выбранного материала объясняется тем, что трубы, изготовленные из стали марки 12ХМ не удовлетворяли условию возможности проведения гидравлических испытаний, но так как сталь марки 12Х1МФ достаточно дорогая и сталь марки 12ХМ обладает более выгодными прочностными характеристиками, следовательно, принято решение изготовления коллекторов КПП2 из стали марки 12ХМ.

По результатам, полученным в данной работе, видно, что все рассматриваемые элементы удовлетворяют условиям прочности и надежной эксплуатации данного котла.