Котел с естественной циркуляцией: Недопустимое название — РосТепло Энциклопедия теплоснабжения

Содержание

Барабанные котлы — устройство, принцип работы

Отличительной чертой котлов этого типа, считается наличие нескольких барабанов, имеющих разделительную фиксированную границу между питающей водой и генерируемым паром.

Характеристика барабанных котлов

Тепло передаётся носителю от сжигаемого топлива, приводящего к его закипанию. Образуемая, таким образом, пароводяная смесь перенаправляется в барабан, где и осуществляется разделение носителя и генерируемого продукта. Благодаря такому принципу работы барабанные котлы обеспечивают высокий уровень производительности, а их КПД достигает 90%.

Рис. 1 Внешний вид барабанного котла

Характерной особенностью котлов, оборудованных барабанами, считается возможность получения низкотемпературного пара, благодаря чему холодный запуск агрегата существенно упрощается. Требования, относящиеся к качеству используемой воды умеренные, ведь есть возможность выведения солей посредством непрерывной продувки. Котлы с барабанами имеют повышенную аккумулирующую способность, благодаря чему исключаются резкие изменения нагрузки, в процессе частотной регуляции сети.

Есть несколько аспектов в устройстве барабанных котлов, требующих модернизации:

толстые стенки барабана — существенно ослаблены множеством отверстий, наличие которых обусловлено потребностями трубной системы. Указанный аспект, приводит к возникновению избыточных температурных напряжений, способных стать причиной возникновения трещин;
ограниченная скорость пуска – избежать термических трещин, можно только существенно снизив скорость пуска;
ограниченный диапазон рабочего давления – агрегаты с естественной циркуляцией, могут работать с давлением не выше 17-18Мпа. Если пренебречь указанным аспектом, то вода не сможет естественно циркулировать в котельном экране.

Устройство барабанных паровых агрегатов

Универсальное устройство барабана котла, обеспечивающего высокий КПД, включает ряд компонентов:

барабаны – нижний, верхний;
объём водяной;
пространство паровое;
испарительное зеркало;
устройство обдувки и сепарации;
трубы – опускные, питательные, кипятильные, продувочные.

Рис. 2 Устройство барабанного котла

Котлы, помимо указанных элементов, обеспечивающих выполнение основных операций, комплектуются пароперегревателем, горелками, топкой и зольником. Предусматривается лаз, используемый с целью очистки внутреннего пространства, днище и экранный боковой коллектор.

Ключевым элементом в устройстве котла считается барабан, соединяемый с опускными, питательными и кипятильными трубами. Достижение нужного уровня функциональности агрегатов с естественной циркуляцией, обеспечивается посредством контрольно-измерительной аппаратуры. Безопасность работы гарантируется наличием предохранительных устройств.

Барабан котла изготавливают с применением листовой стали, имеющей толщину 13 – 40мм (точный параметр, зависит от уровня давления пара, то есть эксплуатационных условий). Диаметр листов достигает 100см, у них штампованные днища, которых проделывается лаз. Барабан служит вместилищем сепарационных устройств.

Принцип действия барабанного котла

Уяснить принцип работы барабанного котла, позволит детальное рассмотрение всех процессов, проходящих в ходе генерирования низкотемпературного пара. Основным питающим компонентом служит вода, поступающая в экономайзер, а если устройство конкретной модификации не предусматривает его наличия, то в питательный трубопровод. Оттуда жидкость перемещается в барабан, в котором происходит её смешивание с заполняющей его водой. Верхний сегмент объёма наполняется паром, а нижняя часть используется с целью аккумуляции воды. Разделяющая их поверхность получила название зеркала испарения.

Рис. 3 Принцип действия барабанного котла

Именно подобное устройство позволяет добиться быстрого опускания смеси котловой и барабанной жидкости по необогреваемым трубам в распределительный коллектор, а затем и в топочные экраны, выполняющие функцию испарительной поверхности.

Подобный принцип работы выражается в следующем:

вода, движущаяся вверх по трубам, перенимает тепло, передаваемое продуктами сгорания, например, топочным газом;
нагреваясь до необходимого уровня жидкость частично испаряется;
находящаяся в обогреваемых трубах смесь воды и пара, снова направляется в барабан;
происходит разделение смеси на исходные компоненты.

Функционируя по такому принципу, барабанные котлы с естественной циркуляцией обеспечивают высокий КПД.

Устройство барабана, предполагает разделение внутреннего объёма, посредством зеркала испарения. Находящийся в паровом объёме носитель перенаправляется к пароперегревателю, по трубам, находящимся в верхнем сегменте барабана. Оставшийся в водяном объёме носитель, смешивается с питательной водой, которая перенаправляется из экономайзера, после чего снова циркулирует в опускные трубы.

Универсальное устройство барабана котла, обеспечивает эффективный принцип работы. Определяющее значение имеет уровень жидкости в барабане, колеблющийся между верхним и нижним положением. Нижний уровень формируется за счёт непрерывного поступления жидкости, доставляемой в опускные трубы. Верхний уровень поддерживается благодаря препятствованию проникновения воды во внутреннее пространство пароперегревателя. Работа по подобной схеме, обеспечивает функционирование барабанного котла в течение определённого времени без дополнительных поступлений питающего носителя.

Вода, поступающая парообразующие трубы в течение одного прохода не испаряется полностью. Удаётся добиться преобразования 25% жидкости в пар.

Благодаря работе по указанной схеме, удаётся добиться следующих преимуществ:

охлаждение подъёмных металлических труб;
исключение накопления солей;
непрерывное устранение некоторого объёма котловой жидкости;
возможность использования питающей воды, содержащей большое количество солей.

Принцип естественной циркуляции жидкости

Естественная циркуляция жидкости, обусловленная специфическим устройством барабанного котла, называется замкнутой системой, включающей следующие элементы:

барабан;
опускные трубы;
подъёмные трубы;
коллекторы.

Рис. 4 Естественная циркуляция

Рабочее тело многократно перемещается по указанным элементам, благодаря чему эта схема получила название естественного циркуляционного контура. Динамика среды обеспечивается разницей, возникающей между массой столба жидкости, находящегося в опускных трубах и смеси пара с водой, циркулирующей в подъёмных трубах. Именно этот процесс и считается естественной циркуляцией.

Циркуляционные контуры характеризуются возникновением перепада давления. Указанное явление носит название динамичного напора циркуляции, зависящего от разности плотности жидкости и смеси воды с паром, высоты контура. Циркуляционный контур позволяет преодолеть сопротивление, препятствующее продвижению потоков по трубам. Величина давления в паровых барабанных котлах, работающих по принципу естественной циркуляции, не превышает 0.1Мпа.

Благодаря такому устройству циркуляционные контуры, имеют следующие особенности:

развитие больших скоростей просто невозможно;
смесь воды и пара, движущаяся с низкими скоростями, подвергается расслоению;
избежать расслоения, можно расположив обогреваемые трубы в вертикальном положении.

Благодаря этому будет, достигнут истинный принцип естественной циркуляции.

Продувка котлов

Несмотря на универсальное устройство барабанных котлов с естественной системой циркуляции, они всё же нуждаются в периодическом профилактическом обслуживании, заключающемся в процессе непрерывной продувки. Технология продувки сводится к отведению из парового агрегата избыточных солей, аккумулирующихся в котловой жидкости и придающих избыточную жёсткость, наряду со шламом и щелочами. Выполняя непрерывную продувку барабанного котла, производят замену воды, добавляя жидкость, содержащую меньшое количество солей.

Рис. 5 Технология продувки котла

Непрерывная методика продувки

Предпочтение отдаётся непрерывному процессу продувки, способствующему постоянному выводу избыточных солей.

Преимущественно барабанные котлы с естественной циркуляцией подвергаются продувке в следующем порядке:

перенаправление жидкости во время продувки в сепаратор;
расширению воды в сепараторе;
отделение воды от пара;
отведение пара в процессе продувки в деаэратор;
слив в канализацию прошедшей через подогреватель разогретой воды.

Преимущественно процесс связан с выведением воды, находящейся в верхнем барабане. Непрерывность процесса продувки, обеспечивается особенностями устройства барабанного котла, выражающимися в наличии специальной запорной арматуры в виде задвижек и вентилей.

Трубопровод, используемый в процессе непрерывной продувки, оснащается регулирующими устройствами, последовательно за которыми монтируется запорная арматура. Устройство оборудования, предусматривает использование в ходе непрерывной продувки отдельных трубопроводов на каждый барабанный котёл.

Периодическая технология продувки

Альтернативой непрерывной методике, считается периодическая продувка, осуществляется через временные промежутки. Метод продувки направлен на устранение шлама, аккумулирующегося в нижних точках барабанного котла. Процесс периодической продувки поделён на несколько кратковременных операций, в ходе которых осуществляется крупный сброс жидкости, увлекающей за собой шлам, удаляемый через барботер. Выведенная посредством продувки в расширитель вода охлаждается и сбрасывается в канализацию.

Правила выполнения продувки

Есть несколько основных условий выполнения продувки паровых агрегатов циркуляционного типа:

процедура продувки проводится раз в 20 дней – в случае повышенной жёсткости воды;
выполняя холодную продувку, производят спуск пара, благодаря чему добиваются охлаждения кранов до +35°C. Когда процесс завершён, открывают люки, сливая жидкость и охлаждая паровой агрегат;
требуется осуществлять промывку парового оборудования, посредством насоса, подающего воду под давлением;
после промывку, приступают к продувке паровой системы.

Правильно выполнив продувку парового барабанного котла, удастся надолго избавить агрегат от пагубного воздействия щелочей и солей, которые будут эффективно отведены, вместе с прочими примесями.

Схема котлов барабанного типа

Наглядно понять порядок выполнения продувки, можно взглянув на наглядную схему барабанного котла, представленную следующими элементами:

горелки;
топка;
экран;
барабан;
трубы – опускные.

Неотъемлемыми компонентами схемы парового циркуляционного агрегата, принято считать следующие компоненты:

фестон;
пароперегреватель;
газоход конвективного типа;
экономайзер;
подогреватель воздуха трубчатого типа.

Обязательно в состав стандартной схемы входит нижний коллектор, относящийся к экрану топки.

Рис. 6 Схема парового котла

Подобная схема парового барабанного котла применима к оборудованию, работающему на пылевидном топливе. Детально разобрав схему парового агрегата, можно понять, каким образом, выполняется продувка и важен этот процесс, продлевающий эксплуатационный срок барабанного котла. Зная устройство оборудования, возможно выполнение продувки более эффективно.

Ремонтные работы, по восстановлению функциональности барабанных котлов

Если пренебрегать продувкой в качестве профилактической операции, возможно возникновение неполадок, устранить которые получится, только проведя квалифицированный ремонт барабанного котла.

Рис. 7 Паровой котёл в разрезе

Основные дефекты парового оборудования

Проводя ремонт парового агрегата, следует детально изучить его схему и устройство, без чего приступать к выполнению мероприятий, направленных на восстановление целостности оборудования нецелесообразно. Основной проблемой паровых барабанных котлов, считается коррозия металла, преимущественно выражающаяся в формировании отдельно расположенных раковин, подлежащих завариванию.

Внимание! Если размер раковины больше 4см, то ремонт, посредством заваривания можно проводить только в случае, отдаления коррозийных элементов друг от друга на расстоянии 12см.

Основной проблемой, требующей срочного ремонта барабанных котлов, считается возникновение трещин на обечайках барабанов и листах днища. Причиной таких дефектов, могут стать остаточные напряжения, неизбежно возникающие в ходе эксплуатации.

Возникают трещины на паровых барабанных котлах в следующих местах:

зона приваривания кронштейнов;
места фиксации устройств, расположенных внутри барабана;
швы приварки затворных лап лаза.

Методы и инструменты, используемые в процессе ремонта

Устройство барабанного котла предопределяет возникновение дефектов в районе кольцевых и стыковых швов, проявляющихся в виде трещин, шлаковых включений, пор. Если возникшие остаточные включения не снимаются в ходе термической обработки, то трещины возникают и на внутренних поверхностях. Специфика ремонта барабанных котлов, в случае возникновения таких дефектов, зависит от глубины трещин, составляющей 1 – 6 мм. Ремонт парового агрегата, будет состоять в снятии поверхностного металлического слоя толщиной до 8мм.

Внимание! Выполнять после этого наплавку не следует, ведь прочность барабанного котла не снижается.

Удаление слоя металла осуществляется, посредством шлифовальной машины. Обеспечить полноценный ремонт, поможет абразивный круг, имеющий зернистость 50мкм. Устранение дефектов проводится под контролем ультразвуковой, а порой и магнитопорошковой дефектоскопии.

Внимание! Рекомендуется в процессе ремонта использовать травление с применением водного раствора (20%), смешанного с азотной кислотой (15%).

Выполнив выборку дефекта, требуется проверить прочность элементов парового агрегата, подвергшихся удалению слоя металла. Проводится ремонт барабанов котлов посредством сварки, с использованием следующих электродов: УОНИ-13/55 (сталь 16ГНМ), УОНИ-13/45 (сталь 22К).

Метод ремонта парового агрегата зависит от размеров дефектов. Если трещина имеет глубину 6мм, то она просто вырубается посредством пневматического зубила, а впоследствии зачищается абразивным кругом. Когда трещина такого размера появляется на трубном отверстии, её ремонт проводится методом рассверливания и расточки. Ускорить ремонт парового агрегата, позволит использование фрезерных станков, посредством которых осуществляется выборка трещин.

Внимание! Строго запрещено выводить трещины огневым способом.

Правила выполнения ремонта паровых агрегатов

Осуществляя ремонт, необходимо придерживаться следующих правил:

отслеживать температуру шлифовального круга – не допускать перегрева;
создание плавных переходов в местах выборки – должны отсутствовать заусенцы и острые углы;
растачивание уступов на трубных отверстиях;
обязательное выполнение повторной дефектоскопии магнитопорошковым методом;
зачистка абразивным кругом металлической поверхности, имеющей ширину от 10мм.

Выполняя ремонт парового агрегата, на внутренней поверхности барабана наплавляют металлические пластины, имеющие толщину порядка 15мм. Предварительно выполняется подогрев области наплавки, разогреваемой до 150 — 200°C.

Внимание! Когда делают ремонт указанным способом, предусмотрительно расширяют зону подогрева относительно области наплавки, приблизительно на 150мм с каждой из сторон. Контроль над температурными показателями в процессе ремонта парового агрегата осуществляют с использованием термопар, которые привариваются на границах зон.

Если ремонт проводится методом однослойной наплавки, то валики следует располагать перпендикулярно барабанной оси, каждый последующий из них, должен перекрывать предыдущий на 1/3. Осуществляя ремонт по технологии многослойной наплавки, отдают предпочтение чередованию слоёв. Ремонт по технологии многослойной наплавки, направлен на увеличение толщины стенок на 3-5мм.

Внимание! Требуется добиться объёма наплавляемой стали на уровне 400см3/м2.

Методики измерения уровня воды в котельном барабане

Измерение уровня в барабане котла осуществляется посредством колонок водосмотрового типа, характеризующихся прямым действием. Дополнительно устанавливаются датчики, измеряющие перепады давления, комплектуемые вторичными электронными приборами. Период растопки контролируется посредством сельсиновых датчиков, одновременно с этим уровень в барабане поддерживается регулирующими клапанами.

Рис. 8 Измерение уровня воды в барабане

Дистанционное измерение уровня воды, связано с использованием электрической станции, подсоединённой к паровому агрегату вертикальными трубками, произведёнными с использованием немагнитных материалов.

Трубка выполняет функцию вместилища, содержащего следующие элементы:

ферромагнитные поплавки;

трансформаторные дифференциальные датчики;
измерительная схема.

Внимание! Измерение уровня посредством подобного устройства, считается не очень надёжным из-за присутствия в его конструкции динамичных поплавков.

Оптимальной методикой измерения уровня, считается гидростатическая методика, представленная в виде следующей системы:

водоуравнительный сосуд;
импульсная трубка;
дифманометр.

Измерение уровня по этой системе не может быть полностью автоматизировано в случае работы котла в различных режимах. Устройство парового агрегата, позволяет добиться высокого уровня КПД. Износ основных деталей минимальный, а если своевременно выполнять продувку, то можно избежать ремонта оборудования. Обеспечить полноценное функционирование техники, поможет непрестанное измерение уровня воды в барабане. Соблюдая правила эксплуатации и профилактических процедур, можно существенно повысить производительность оборудования, снизив затраты на обслуживание и ремонт.

Статьи по теме:

Котел для отопления частного домаКотел ДКВР-10-13Газогенераторный котел своими руками

4.5. Принцип работы парового барабанного котла с естественной циркуляцией

В общем случае технологический процесс получения пара в барабанном паровом котле осуществляется в следующей последовательности (рис. 4.6). Топливо при помощи горелочных устройств 1 вводится в топку, где и сгорает. Воздух, необходимый для сгорания топлива, подается в топку дутьевым вентилятором или подсасывается через колосниковую решетку – при естественной тяге.

Для улучшения процесса сгорания топлива и повышения экономичности работы котла воздух перед подачей в топку предварительно подогревается дымовыми газами в воздухоподогревателе

Дымовые газы, отдав часть своего тепла радиационным поверхностям нагрева, размещенным в топочной камере, поступают в конвективную поверхность нагрева, охлаждаются и дымососом удаляются через дымовую трубу в атмосферу.

Сырая водопроводная вода проходит через катионитовые фильтры, умягчается и далее поступает в деаэратор, где из нее удаляются коррозионно-активные газы (O₂ и CO₂) и стекает в бак деаэрированной воды. Из бака питательная вода забирается питательными насосами и подается в экономайзер 7 парового котла. Нагретая теплом дымовых газов вода из экономайзера поступает в верхний барабан 4 котла, откуда по опускным трубам 3 направляется в коллектора экранов 10–12 или в нижний барабан. Возвращаясь по подъемным трубам 2 в верхний барабан, часть воды испаряется. В верхнем барабане происходит отделение пара от воды. Пар направляется в пароперегреватель

5 (если это необходимо), где он перегревается до требуемой температуры. Затем перегретый пар поступает в общий паровой коллектор, откуда подается потребителям.

Регулирование температуры перегретого пара может осуществляться применением поверхностных пароохладителей, впрыскиванием воды в пар, пропусканием части продуктов сгорания мимо пароперегревателя, рециркуляцией продуктов сгорания в топку, изменением аэродинамики или химической структуры факела, изменением излучательной способности факела.Чаще всего для поддержания температуры перегретого пара на заданном уровне используются впрыскивающие или поверхностные пароохладители6, устанавливаемые обычно в рассечку между отдельными частями пароперегревателя.

Рис. 4.6. Принципиальная схема парового котла:

1 – газомазутная горелка; 2 – подъемные (экранные) трубы; 3 – опускные трубы; 4 – барабан; 5 – пароперегреватель; 6 – поверхностный пароохладитель; 7 – водяной экономайзер; 8 – трубчатый воздухоподогреватель; 9 – линия рециркуляции воды; 10 – коллектор заднего экрана; 11 – коллектор бокового экрана; 12 – коллектор фронтового экрана; 13 – фестон; п.в – питательная вода; н.п – насыщенный пар; п.п – перегретый пар; х.в – холодный воздух; г.в – горячий воздух; т – топливо; у.г – уходящие газы

С целью не допустить уноса паром капелек воды, что значительно ухудшает качество пара, в верхнем барабане 4 парового котла устанавливают сепарационные устройства (погружной дырчатый щит, внутрибарабанные или выносные циклоны).

Для уменьшения содержания веществ, загрязняющих котловую воду, производится продувка, т.е. удаление части котловой воды и замена ее питательной водой. Различают продувку непрерывную и периодическую. Непрерывная продувка осуществляется из верхнего барабана 4 и производится без перерывов в течение всего времени работы котла. С непрерывной продувкой из парогенератора удаляются растворенные в котловой воде соли. Периодическая продувка применяется для удаления шлама, осевшего в элементах парового котла, и производится из нижних барабанов и коллекторов 10–12 парогенератора через каждые 12–16 часов.

Эффективным методом снижения потерь котловой воды с продувкой (и, соответственно, уменьшения потерь тепла с ней) является ступенчатое испарение. Сущность ступенчатого испарения состоит в том, что испарительная система парового котла разделяется на ряд отсеков, соединенных по пару и разделенных по воде. Питательная вода подается только в первый отсек. Для второго отсека питательной водой служит продувочная вода из первого отсека. Продувочная вода из второго отсека поступает в третий отсек и т. д. Продувку парогенератора осуществляют из последнего отсека. Так как концентрация солей в воде этого отсека значительно выше, чем в воде при одноступенчатом испарении, для вывода солей из котла требуется меньший процент продувки.

Для обеспечения в процессе растопки котла поступления воды, испаряющейся в барабане, в экономайзер 7, что не допускает перегрева его труб, в паровых котлах обычно предусматривается линия рециркуляции9.

Энергетические котлы с естественной циркуляцией

Энергетические котлы с естественной циркуляцией как конструкции сформулировались в 1930-1940 гг. Определяющее влияние на принятые конструктивные решения оказало развитие техники водоподготовки и водного режима котлов, определившее безнакипную их работу, а также топочной техники, обеспечивающей рациональное факельное сжигание не только газа и мазута, но и твердого топлива в пылевидном виде.

Современные энергетические котлы с естественной циркуляцией имеют следующие особенности:

1) применение топок для факельного сжигания газа, мазута и твердого топлива в виде пыли. В пылеугольных топках предусматривают сухое или жидкое шлакоудаление;
2) выполнение испарительных поверхностей нагрева в виде экранов, полностью закрывающих стены топочной камеры, а в котлах большой мощности также и ширм, размещенных в верхней части топки. Наличие одного верхнего барабана, в который включаются все испарительные циркуляционные контуры котла. Применение ступенчатого испарения с выносными сепараторами;
3) развитие поверхностей нагрева пароперегревателя, размещаемого непосредственно за фестоном топки, и применение устройств для регулирования температуры перегрева пара;
4) развитие поверхности нагрева экономайзера с возможным частичным испарением в нем воды и воздухоподогревателя, в котором завершается глубокое охлаждение продуктов сгорания. В котлах среднего давления, предназначенных для работы на газе и мазуте, экономайзер и воздухоподогреватель выполняются одноступенчатыми и размещают последовательно по ходу газов. В котлах с пылеугольными топками экономайзер и воздухоподогреватель;

для высокого подогрева воздуха выполняют в две ступени с расположением первой по ходу воды ступени экономайзера между первой и второй ступенями воздухоподогревателя;
5) применение модульной унификации отдельных элементов котла и поставка их заводом вместе с облегченной обмуровкой крупными транспортабельными блоками.

На рис. 14.5 показаны общий вид и циркуляционная схема котла среднего давления, предназначенного для работы на природном газе и мазуте. Изображенный на рисунке котел типа БМ-35-РФ имеет следующие характеристики: паропроизводительность 50 т/ч, давление перегретого пара 3,90 МПа (40 кгс/см²), температура перегретого пара 440, питательной воды 150 °С. Стенки камерной топки полностью экранированы трубами испарительной поверхности нагрева. Под топки не экранирован. На фронтовой стенке топочной камеры установлены три газомазутные горелки в два яруса по высоте. Объемная плотность тепловыделения топочной камеры при номинальной нагрузке 230 кВт/м

Энергетические котлы с естественной циркуляцией предусмотривают двухступенчатое испарение. Во вторую ступень испарения с выносными циклонами включены основные части экранов, расположенных на боковых стенах топки. Все остальные испарительные экранные поверхности нагрева включены в барабан (первая ступень испарения). На выходе из топки имеется трехрядный фестон, образованный разведенными трубами заднего экрана. Подъемные трубы экранов имеют диаметр 60X3 мм, а опускные 80X4 мм. Шаг труб боковых экранов 210, заднего экрана 80 мм. Пароводяная смесь, поступающая из экранов первой ступени испарения, разделяется на пар и воду в циклонах, установленных в барабане. Диаметр барабана 1500 мм. Тонкая сепарация пара осуществляется в жалюзийных сепараторах, установленных на выходе из барабана. Из выносных циклонов пар поступает в паровое пространство барабана под жалюзийными сепараторами. За сепаратором в барабане размещен распределительный щит, обеспечивающий равномерный отбор пара из барабана в пароперегреватель. Непосредственно за фестоном в горизонтальном газоходе находится пароперегреватель, выполненный в две ступени. В первой ступени движение потока пара по отношению к потоку газов противоточно-прямоточное, а во второй ступени змеевики на выходе пара включены прямоточно, а входные — противоточно. Трубы змеевиков пароперегревателя имеют диаметр 38X3 мм и выполнены из стали 20, а выходных змеевиков — из стали 15ХМ.

Регулятор температуры пара, представляющий собой пароохладитель поверхностного типа, включен по пару в рассечку между первой и второй ступенями пароперегревателя. В регуляторе перегрева охлаждающая вода параллельными потоками движется по петлеобразным трубам диаметром 25X3 мм, расположенными внутри коллектора диаметром 325 мм. Охлаждаемый пар омывает трубы поперечным потоком и отводится во вторую ступень пароперегревателя. Регулирование температуры пара осуществляется изменением количества питательной воды, проходящей через охлаждаемые трубы.

Экономайзер кипящего типа выполнен из четырех пакетов, расположенных в опускной шахте. Змеевики экономайзера из труб диаметром 32X3 мм расположены в шахматном порядке с шагом между трубами s₁ =60, s₂=40 мм. На входе воды из коллектора в трубы первого по ходу воды пакета экономайзера установлены шайбы для обеспечения устойчивой гидродинамической характеристики экономайзера при работе его на двухфазной среде. В периоды растопки экономайзер может быть включен в линию рециркуляции воды из барабана, что обеспечивает его надежное охлаждение.

Воздухоподогреватель трубчатый, из труб диаметром 40X1,5 мм, состоит из шести секций. Он установлен последним по ходу продуктов сгорания в опускном газоходе, выполнен в два хода по воздуху. Газы проходят внутри труб, воздух омывает трубы снаружи. Одноходовая компоновка экономайзера и воздухоподогревателя определяется стремлением упростить конструкцию конвективных поверхностей нагрева и возможна при принятых низких (200- 250 °С) температурах подогрева воздуха.Компоновка котла выполнена по П-образной схеме и предусматривает возможность расположения дымососа и вентилятора на нулевой отметке.

На рис. 14.6 приведена конструкция одной из модификаций серийного унифицированного для разных топлив котла типа ТП-230-Б, давление пара 9,81 МПа (100 кгс/см²), паропроизводительность 230 т/ч (64 кг/с) при температуре перегрева пара 510 °С и 220 т/ч (51 кг/с) при 540 °С. В зависимости от вида используемого твердого топлива изменяются поверхности нагрева конвективного пароперегревателя, второй ступени экономайзера и воздухоподогревателя.

На рис. 14.6 показаны энергетические котлы с естественной циркуляцией с сухим шлакоудалением из топки, такие же установки выпускают и с жидким шлакоудалением с утеплением холодной воронки и нижней части экранов. Щелевые или круглые горелки размещены по углам топки. На стенках топки расположены испарительные экраны из труб диаметром 76 с шагом 95 мм. Экраны секционированы в поставочные блоки, имеющие индивидуальные коллекторы и водоподводящие и пароотводящие трубы. Верхняя часть труб заднего экрана образует четырехрядный фестон на выходе продуктов сгорания из топки. В котле организовано двухступенчатое испарение с включением солевого циркуляционного контура в выносные циклоны.

Пароперегреватель состоит из поверхности нагрева, расположенной на потолке топки и конвективной опускной шахте, ширмового пакета, размещенного за фестоном, и конвективного пакета, устанавливаемого за ширмовым пакетом. Регулирование температуры пара осуществляется впрыском конденсата в трубопровод, соединяющий ширмовой и конвективный пакеты пароперегревателя. Экономайзер и воздухоподогреватель двухступенчатые. Экономайзер выполнен из змеевиков горизонтальных труб малого диаметра (38 мм).

Воздухоподогреватель трубчатый, из труб диаметром 40 мм. Конвективная шахта, начиная со второй ступени воздухоподогревателя, разделена по глубине шахты на две половины для лучшей организации теплообмена в воздухоподогревателе и облегчения блочного изготовления. Топка имеет натрубную обмуровку. Энергетические котлы с естественной циркуляцией скомпонован по газообразной схеме. Топка образует подъемную шахту, пароперегреватель расположен в горизонтальном газоводе, а конвективные поверхности нагрева в опускной шахте.

Применение паровых котлов с естественной циркуляцией Текст научной статьи по специальности «Математика»

5. Гафуров А.М. Возможности повышения выработки электроэнергии на Заинской ГРЭС в зимний период времени. Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы технических наук в современных условиях». — 2015. — С. 82-85.

6. Калимуллина Д.Д., Гафуров А.М. Потребности в водоснабжении и водоотведении на тепловых электрических станциях. // Инновационная наука. — 2016. — № 3-3. — С. 98-100.

7. При эксплуатации конденсационной установки. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://foraenergy.ru/4-4-18-pri-ekspluatacii-kondensacionnoj-ustanovki-2/.

УДК 621.18

Р.Р. Зайнуллин

ассистент кафедры «Промышленная электроника и светотехника» Казанский государственный энергетический университет

г. Казань, Российская Федерация А.А. Галяутдинов

ученик 10 класса МБОУ «Параньгинская средняя общеобразовательная школа»

Республика Марий Эл, Российская Федерация

ПРИМЕНЕНИЕ ПАРОВЫХ КОТЛОВ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ

Аннотация

В статье рассматриваются основные особенности применения паровых котлов с естественной циркуляцией.

Ключевые слова

Паровой котел, барабан котла, естественная циркуляция воды и пара

На современных тепловых электростанциях (ТЭС) электроэнергию вырабатывают c помощью турбогенераторов (паровая турбина и электрогенератор, объединенные в единый агрегат). Для производств пара с требуемыми параметрами служат паровые котлы (парогенераторы). Эти агрегаты являются основными на ТЭС.

В паровых котлах для превращения питательной воды в пар применяются различные схемы циркуляции теплоносителя: естественная, многократная принудительная и прямоточная. Наибольшее распространение получили котлы с естественной циркуляцией.

На рисунке 1 представлена принципиальная схема современной котельной установки с естественной циркуляцией. Топливо (природный газ) и необходимый для его сгорания воздух подаются через форсунки в топку котла. Воздух, необходимый для горения топлива, предварительно нагревается в воздухоподогревателе. Образовавшиеся в результате горения топлива газы следуют по пути, указанному на рисунке 1 пунктирной линией [1].

Питательная вода поступает в подогреватель, а затем в барабан котла, который снабжен необогреваемыми, расположенными вне пределов топки опускными трубами и подъемными, обогреваемыми трубами. Воспринимая теплоту факела, вода в подъемных (обогреваемых) трубах частично превращается в насыщенный пар. Удельный вес пара во много раз меньше веса воды, поэтому образовавшийся в подъемных трубах пар поднимается и заполняет объем барабана над уровнем питательной воды. На место испарившейся воды поступает новая ее порция через опускные трубы. Таким образом, через систему опускных и подъемных труб происходит непрерывная циркуляция воды и пара. Из барабана насыщенный пар проходит дополнительный перегрев в пароперепревателе и направляется в турбину [2].

Рисунок 1 — Принципиальная схема парового котла с естественной циркуляцией.

Температура внутри топочной камеры современного, мощного котельного агрегата достигает 1500°С и более. Такая высокая температура действует разрушающе на стенки топочной камеры, поэтому они всегда выполняются из огнеупорного материала, большей частью из огнеупорного кирпича [3].

Барабанные котлы с естественной циркуляцией способны надежно работать только при давлениях не выше 15,0-16,0 МПа. С ростом давления уменьшается разность плотностей пара и воды, а это ведет к уменьшению движущей силы циркуляции [4].

Важным достоинством барабанного котла является допустимость подачи в него питательной воды, содержащей некоторое количество примесей. При частичном упаривании воды примеси в основном остаются в жидкой фазе, поэтому концентрация примесей в котловой воде возрастает. Эти примеси можно частично удалить, выпуская из барабана котла некоторое количество воды с помощью, так называемой продувки. В котле не будет происходить накопления примесей, если выдерживать равенство между количеством поступающих в него и уходящих примесей.

Список использованной литературы:

1. Шуина Е.А., Мизонов В.Е., Мисбахов Р.Ш. Влияние поперечной неоднородности потока газа на кривую разделения гравитационного классификатора. // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2015. № 5. С. 60-63.

2. Паровой котел. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://tesiaes.ru/?p=8401.

3. Котельные установки и парогенераторы. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://scbist.com/scb/uploaded/kotly/1-kotloagregaty.htm.

4. Паровые котлы с естественной циркуляцией. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://studopedia.org/1 -39237.html.

Естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева

Естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева котла может быть обеспечена только при хорошем охлаждении стенки труб, расположенных в зоне высоких температур продуктов сгорания. Средой, охлаждающей испарительные поверхности нагрева, является вода или смесь ее с образовавшимся паром. Надежное охлаждение стенки труб поверхности нагрева может быть обеспечено только при правильной организации движения среды, охлаждающей трубы (вода, пароводяная эмульсия). Непрерывное движение среды, охлаждающей поверхность нагрева, называют циркуляцией.

Движение воды по испарительной поверхности нагрева может происходить под действием внешних источников энергии (например, насоса) или за счет естественной циркуляции в испарительных поверхностях нагрева. С момента появления паровых котлов охлаждение стенок труб поверхностей нагрева осуществляет естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева, наглядное представление о которой дает стеклянная модель, показанная на рис. 6-1. Модель состоит из двух трубок (ветвей), присоединенных к барабану, заполненному водой.

Если начать подводить тепло Q к левой ветви, то вода в ней начнет подниматься, а в правой опускаться. Такая естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева начнется потому, что плотность воды в левой ветви при ее нагреве будет меньше плотности холодной воды в правой ветви. По мере увеличения нагрева левой ветви скорость движения воды в ней начнет повышаться.

Если подвод теплоты к левой ветви будет непрерывно продолжаться, то через некоторое время в ней начнут появляться паровые пузырьки. Смесь воды с паровыми пузырьками называют пароводяной эмульсией или пароводяной смесью. Средняя плотность пароводяной эмульсии будет меньше плотности некипящей воды в правой ветви. Пузырьки пара, поднявшись в барабан, будут скапливаться в его верхней части.

Левая ветвь, по которой вода поднимается, называется подъемной, а правая — опускной. Система труб, по которым происходит циркуляция воды, называется циркуляционным контуром.

Если из барабана по трубе 1 отводится пар, то для поддержания постоянного уровня воды в барабан необходимо по трубе 2 подавать холодную воду в количестве, равном количеству воды, превратившейся в пар. Поступившая по трубе 2 в барабан вода смешивается с оставшейся и опускается по необогреваемой опускной ветви. Аналогично описанному происходит естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева в парогенераторе.

Движущая сила в циркуляционном контуре, возникшая вследствие разности плотностей, расходуется на создание скорости циркуляции и преодоление сопротивлений циркуляционного контура.

В обогреваемых трубах только часть воды превращается в пар. Следовательно, для превращения в нар всей воды, поступившей в обогреваемые трубы, она должна пройти по трубам много раз. Отношение массы воды, поступившей в испарительный контур, к массе пара, выработанного контуром за то же время, называется кратностью циркуляции. Для котлов с естественной циркуляцией в зависимости от конструкции и параметров пара кратность циркуляции колеблется в пределах от 8 до 50. Большинство современых промышленных котлов имеет естественную циркуляцию и, как правило, несколько параллельно работающих циркуляционных контуров.

Расчет циркуляции базируется на двух уравнениях: уравнении неразрывности движения и уравнении энергии

где М^под, М^оп — массы жидкости, движущейся в подъемных и опускных трубах, кг/с; р — полное движущее давление циркуляции, Па; ∑∆р — полное гидравлическое сопротивление контура.

Полное движущее давление циркуляции зависит от разности плотности жидкости в опускных трубах и плотности пароводяной смеси в подъемных трубах, а также от высоты циркуляционного контура. При этом движущее давление возникает лишь в звеньях контура, по которым протекает пароводяная смесь.

Движущее давление определяется (в паскалях) по формуле

где р^оп_тр, р^под_тр — плотность жидкости в опускных трубах и плотность пароводяной смеси в подъемных трубах, кг/м³; Н — высота циркуляционного контура, м; g — ускорение силы тяжести, м/с².

Полное гидравлическое сопротивление контура (в паскалях)

где ∆p^оп_тр, ∆p^под_тр — потери на трение в опускных и подъемных трубах, Па; ∆p^оп_м, ∆p^под_м-потери от местных сопротивлений в опускных и подъемных трубах, Па; ∆р_уск — потери давления на создание ускорения движения смеси в подъемных трубах, Па.

Полезным движущим давлением называют разность полного движущего давления циркуляции и суммы потерь давления на трение в подъемных трубах, уменьшенную па потери давления на создание ускорения смеси в них. Это означает, что полезное движущее давление затрачивается па преодоление потерь давления от трения в опускных трубах н потерь давления от местных сопротивлений во всем контуре (в опускных и подъемных трубах). Полезное движущее давление, требуемое для создания надежной циркуляции, должно быть тем больше, чем выше скорость воды в контуре и давление в парогенераторе, а также чем сложнее конструктивное исполнение контура. С учетом сказанного полезное движущее давление (в паскалях)

Расчеты циркуляции котлов производятся в соответствии с нормами, разработанными ЦКТИ и ВТИ. Циркуляция воды в котле не влияет на его экономичность, но определяет надежность работы поверхностей нагрева.

Что собой представляет отопление с естественной циркуляцией

Содержание статьи:
Как работает отопление с естественной циркуляцией теплоносителя
Преимущества и недостатки системы с естественной циркуляцией теплоносителя
Тонкости и нюансы естественной системы отопления

Несмотря на современные достижения в области отопительной техники, водяное отопление с естественной циркуляцией теплоносителя упорно не желает сдавать свои позиции и в некоторых регионах довольно успешно конкурирует с нынешними принудительными системами. Это обусловлено тем, что такое отопление отлично справляется с обогревом помещения без помощи электричества. Кроме того, для своей работы отопление с естественной циркуляцией может использовать практически любой энергоноситель. Именно эту систему, ее особенности, монтаж и тонкости эксплуатации мы и рассмотрим вместе с сайтом stroisovety.org в этой статье.

Отопление с естественной циркуляцией фото

Как работает отопление с естественной циркуляцией теплоносителя

Работа такой системы отопления основана на элементарных законах физики: при нагревании плотность жидкости изменяется (она становится меньше) и ее потоки поднимаются вверх. Менее холодная жидкость соответственно устремляется вниз – получается так, что холодная вода выталкивает нагретую. Именно на этих свойствах жидких веществ и основан принцип естественной циркуляции – помещенная в замкнутый контур и подогреваемая в одном месте вода создает непрерывно движущийся поток в направлении к горячему источнику.

Система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя является достаточно капризной штукой – для ее правильной работы в процессе монтажа необходимо соблюдать массу требований, которые призваны улучшить циркуляцию жидкости и заставить такую систему отопления быстрее прогреваться. Вообще долгое прогревание этой системы многие относят к ее недостаткам, но этот мнимый отрицательный момент можно с легкостью отнести и к преимуществам. Ровно настолько, насколько долго естественное отопление прогревается, оно и остывает. В отличие от него, современные принудительные системы отопления охлаждаются в несколько раз быстрее.

Система отопления с естественной циркуляцией

Преимущества и недостатки системы с естественной циркуляцией теплоносителя

В принципе, подходя к вопросу выявления отрицательных моментов этой системы отопления, следует понимать, что они являются несущественными и выражаются исключительно в некоторых неудобствах эксплуатации. По большому счету, на работу отопления они практически не влияют. К этим недостаткам можно отнести следующее:

Во-первых, масса нюансов при сборке. Не владея ими, собрать полноценную и качественно работающую систему естественного отопления не получится.
Во-вторых, необходимость постоянного контроля жидкости – водяное отопление с естественной циркуляцией не является закрытой системой, и вода быстро испаряется.
В-третьих, сравнительно небольшой радиус действия. Такую систему невозможно собрать в большом доме – она хорошо работает только в помещениях, габариты которых не превышают 25-30м и высотой до 7м. Следует понимать, что чем больше и разветвленнее данная отопительная система, тем больше ей необходимо времени и энергии для прогрева.
В-четвертых, эстетический вид. Как правило, все трубопроводы располагаются в видимой зоне – подача горячего теплоносителя размещается под потолком, а обратка над полом. Такое положение дел не позволяет вести разговор о какой-либо эстетике помещения. Можно, конечно, разместить подачу отопления на чердаке, но тогда ее придется качественно утеплять. Да и от стояков в данном случае избавиться не получится.

Схема отопления с естественной циркуляцией

Тонкости и нюансы естественной системы отопления

Существует несколько схем отопления с естественной циркуляцией – верхняя и нижняя разводка. И в том и другом случае принцип прокладки магистральных трубопроводов не меняется. Но начнем по порядку – самым главным звеном любой отопительной системы является котел, а что касается данной системы, так это его местоположение. В соответствии все с теми же законами физики, естественное отопление работает лучше, когда котел находится в самой нижней точке. Его следует расположить в подвале, а если такового нет, то в специально оборудованном приямке. Для чего это нужно? Чтобы обеспечить легкий сток воды с обратных трубопроводов, которые располагаются под уклоном на всем протяжении от батарей до котла.

Куда поставить котел при отоплении с естественной циркуляцией

Об уклонах следует поговорить более подробно – без них не обойтись, поскольку они обеспечивают вывод воздуха из труб и облегчают ток жидкости в системе. Как правило, этот уклон варьируется в пределах от 7 до 100мм на каждый погонный метр трубы. Следует понимать, что независимо от их назначения, под уклоном должны располагаться все горизонтальные трубопроводы (лежаки). Подача имеет уклон, направленный в сторону от котла, а обратка, соответственно, к котлу. Таким способом обеспечивается не только легкая и быстрая подача теплоносителя к батареям, но и отток от них охлажденной жидкости.

Как сделать отопление дома с естественной циркуляцией

Немаловажным моментом в системе отопления дома с естественной циркуляцией является так называемый главный стояк – это вертикальная труба, непосредственно связанная с котлом. Она служит для разгона нагретой жидкости – по ней теплоноситель поднимается на максимально возможную высоту, после чего по наклонным трубам устремляется к отопительным приборам.

Здесь есть несколько нюансов – во-первых, это диаметр главного стояка, а во-вторых, расширительный бак, который, как правило, располагается в самом верху этого стояка. По сути, расширительный бак располагается в самой верхней точке отопления, служит для вывода воздуха из системы и обеспечивает хранение расширившейся при нагревании жидкости. Что касается диаметра главного стояка, то он не должен быть меньше, чем имеющийся на котле патрубок выхода нагретого теплоносителя. Больше можно, но это не означает, что отопление с естественной циркуляцией будет работать лучше – здесь все зависит от мощности котельного оборудования.

Монтаж водяного отопления с естественной циркуляцией

Раз уж пошел разговор о диаметрах труб, то следует рассказать и о принципе построения всей системы. Чтобы улучшить ток воды и обеспечить равномерное распределение теплоносителя, монтаж естественной системы отопления выполняется трубами разного диаметра. Здесь принцип такой – чем дальше от котла находится отопительный прибор, тем меньшего диаметра трубы используются для подачи к нему воды.

Чтобы было понятно, приведу пример. Допустим, в доме имеется 10 батарей. К первым двум подача теплоносителя осуществляется по магистралям диаметром 2″, к двум следующим вода подводится по трубам 1,5″ к следующей паре ток осуществляется по 1,1/4″, потом по дюймовой трубе, далее по трехчетвертной и в конце используется полудюймовая труба. Точно такая же схема используется и при прокладке обратного трубопровода. Если подходить к этому вопросу более серьезно, то необходимо выполнять комплексный расчет естественной циркуляции отопления. А здесь без знаний, которыми обладают инженера, не обойтись.

Водяное отопление с естественной циркуляцией

Следующей немаловажной особенностью системы отопления с естественной циркуляцией является правильная установка батарей. На данном этапе уклоны также никто не отменял. Имеется два варианта установки отопительных приборов. В первом случае они оснащаются кранами Маевского для сброса воздуха и монтируются так, чтобы эти краны располагались в верхней точке батареи. Во втором случае верхней точкой является сторона, к которой подсоединяется патрубок подачи теплоносителя – при такой постановке вопроса воздух будет выгоняться в расширительный бак через подающие трубопроводы.

В общем, из выше написанного можно сделать только один правильный вывод – отопление с естественной циркуляцией является достаточно сложной системой, монтаж которой невозможен без знания всех этих тонкостей и нюансов. Если уж вы решились на установку такой системы, то лучше обратиться к специалистам.

Автор статьи Дмитрий Ворохов

Система отопления естественной циркуляцией — ExpertSamoStroy

Сегодня я постараюсь Вам объяснить принцип работы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Обычно теплоносителем является вода, но существуют примеры, когда применяют в качестве теплоносителя и масло, так как масло дольше держит в себе температуру на выходе из котла.

Система отопления естественной циркуляцией

Известен случай, когда применяли и пенообразователь в качестве теплоносителя. Но стоит обратить внимание на пожаро- и взрывоопасность данных теплоносителей, а также стоимость их. Всетаки масло и пенообразователь намного дороже воды, что ведет к удорожанию самой системы отопления с естественной циркуляцией.

Система отопления с естественной циркуляцией использовалась еще в довоенное время, поэтому это надежный и проверенный метод обогрева помещений, а также простой и понятный.

В наше время система отопления с естественной циркуляцией в основном применяют в загородных домах или дачах. Так как обычно в таких домах очень часто отключают электроснабжение (в целях экономии, эх матушка Русь), а без электроэнергии система отопления с принудительной циркуляцией не может работать, насосы без электроэнергии не работают.

Существует два вида отопления с естественной циркуляцией. Системы с “верхней” и “нижней” подачей воды. Особо больших различий между ними нет, но рассмотрим каждый по отдельности.

Система отопления с естественной циркуляцией при “верхней” подаче воды

Система отопления естественной циркуляцией

Теплоноситель (по умолчанию – это вода), нагретый в котле подается по трубопроводу в верхнюю часть нашей системы отопления. Обычно подающая труба имеет диаметр больше, чем разводящие трубы к радиаторам. Это позволяет нам создать большее сопротивление теплообменника.

Горизонтальная труба устанавливается таким образом, чтобы был соблюден минимальный уклон, обычно 10 мм. на 1 м.п. При “верхней” подачи теплоносителя в самой верхней (извините за товталогию) точке нашей системы отопления с естественной циркуляцией необходимо установить бак, который будет выполнять две функции:

при нагревании, как известно, вода испаряется и наш бак будет содержать избыточный теплоноситель. Так называемый бак запаса воды.
при нагревании вода расширяется, а куда ей расширятся, если ситема герметична? Для этого и должна быть наша емкость, для приема избыточного теплоносителя, при разширении. Надеюсь Вы уже догадались, что наш бак не должен быть полным и герметичным.

Далее, после того, как нагретый теплоноситель распределился по подающей трубе, он (теплоноситель) распределяется по вертикальным стоякам, которые в свою очередь подводят воду к радиаторам. Хочу обратить ваше внимание на то, что самым эффективным подключением радиаторов будет – диагональное подключение радиаторов.

После того, как вода отдала свое тепло через радиаторы помещению, она возвращается в котел по специальной трубе, которая называется обраткой. И все повторяется в том же порядке снова.

Особое внимание стоит уделить расположению котла, который должен располагаться в самой низкой точке нашей системы отопления с естественной циркуляцией.

Обычно котлы устанавливают в подвальном помещении, если нет возможности установки котла в подвале, тогда ,в так называемой, котельной. Котельная должна располагаться таким образом, чтобы котел стоял ниже уровня радиаторов нашей системы отопления с естественной циркуляцией.

Система отопления с естественной циркуляцией при “нижней” подаче теплоносителя

Система отопления естественной циркуляцией

Такую схему подключения используют в тех случаях, когда нет чердачного помещения или нет доступа к нему. Цикл работ тот же. Отличие лишь в том, что трубы разводятся внизу, под радиаторами.

Но расширительный бак все таки необходим в самой высокой точке ситтемы. Обычно его устанавливают на стене под потолком в каком-то техническом помещении или в котельной.

Какую систему отопления с естественной циркуляцией применить у себя? Выбирать Вам, исходя из своих возможностей.

Что такое естественная циркуляция? — Определение из Corrosionpedia

Что означает естественная циркуляция?

Естественная циркуляция — это способность жидкости в системе непрерывно циркулировать, при этом разница в плотности является единственной движущей силой.

По-другому, естественная циркуляция вызвана конвекционными токами, возникающими в результате неравномерного нагрева воды в бойлере. Он может быть свободным или ускоренным и в основном используется в котлах и испарителях.

Испарители с естественной циркуляцией основаны на естественной циркуляции продукта, вызванной разницей плотности, возникающей при нагревании. Испарители с естественной циркуляцией необходимы на очистных сооружениях, а также в химической и фармацевтической промышленности.

Коррозионпедия объясняет естественное кровообращение

В котлах с естественной циркуляцией циркуляция воды зависит от разницы между плотностью восходящей смеси горячей воды и пара и нисходящего тела с относительно холодной водой без пара.Разница в плотности возникает из-за того, что вода расширяется при нагревании и, таким образом, становится менее плотной. В большинстве котлов есть естественная циркуляция воды, в основе которой лежит принцип термосифона.

В котле со свободной естественной циркуляцией генераторные трубы устанавливаются почти горизонтально, с небольшим наклоном к вертикали. Когда генераторные трубы установлены под гораздо большим углом наклона, скорость циркуляции воды значительно увеличивается.Поэтому говорят, что котлы, в которых трубы имеют довольно крутой наклон от парового барабана к водяному барабану, имеют естественную циркуляцию ускоренного типа.

Испарители с естественной циркуляцией очень просты и обычно используются там, где сточные воды имеют высокую вязкость, более высокие уровни отвердителей, нерастворенных твердых веществ, для продуктов, которые подвержены влиянию собственных высоких температур и более продолжительному остаточному времени. Работа может быть непрерывной, периодической или полупериодической и не требует насосов для рециркуляции или перекачки промежуточного продукта.

Общая скорость циркуляции (расход) в системах естественной циркуляции в основном зависит от высоты, рабочего давления и количества подводимой теплоты котла.

Mitsubishi Power | Барабанные котлы

Обзор

В барабанном котле циркуляция воды осуществляется за счет разницы плотностей воды в нисходящей трубе и пароводяной смеси в топочных трубах. В котлах низкого давления, где эта разница плотностей велика, сила циркуляции велика и может быть обеспечен большой объем циркуляции, но поскольку становится трудно поддерживать достаточный объем циркуляции, когда разница плотностей между двумя уменьшается из-за более высокого давления, насос (BCP) установлен в нижней части трубы для увеличения циркуляционной силы.Тип, который обеспечивает циркуляцию воды с использованием только разницы в плотности, называется котлом с естественной циркуляцией, а тип, который включает в себя насос, называется котлом с принудительной циркуляцией.

Схема протока жидкости в котле с естественной циркуляцией

Схема прохождения жидкости в котле с принудительной циркуляцией

Журнал доставки

Котел с принудительной циркуляцией

Заказчик	BLCP
Завод (Страна)	Электростанция BLCP (Таиланд)
Выход	717 МВт
Максимальный непрерывный рейтинг	2,285 т / ч
Условия пара	Температура основного пара	538 ° С
	Температура подогрева пара	538 ° С
	Давление основного пара	16.7 МПаА
Топливо	Уголь каменный
Начало работы	2006

Котел с естественной циркуляцией

Заказчик	Каирская компания по производству электроэнергии
Завод (Страна)	Западная Каирская электростанция, блоки 7 и 8 (Египет)
Выход	350 МВт
Максимальный непрерывный рейтинг	1094т / ч
Условия пара	Температура основного пара	541 ° С
	Температура подогрева пара	541 ° С
	Давление основного пара	18.1 МПаА
Топливо	Природный газ, мазут
Начало работы	2011

Моделирование и моделирование водотрубного парового котла с естественной циркуляцией

Описание кода

RELAP5 в основном используется для проектирования и анализа безопасности атомных станций, современных жидкостных систем и экспериментов [25, 26]. Целью разработки кода RELAP5 с самого начала было создание кода, который включает важные эффекты первого порядка, необходимые для точного прогнозирования переходных процессов в системе [27].RELAP5 позволяет моделировать вероятные теплогидравлические переходные процессы в ядерных установках при большом разнообразии постулируемых аварийных условий, таких как потеря теплоносителя, потеря потока, скачок мощности, а также эксплуатационные переходные процессы и другие постулируемые переходные процессы [28]. Кроме того, его можно использовать для моделирования широкого спектра теплогидравлических переходных процессов на неядерных установках с использованием смесей пара и воды; это очень общий код [29]. Шесть двухфазных неоднородных, неравновесных шести уравнений используются в качестве основы для гидродинамической модели и формулируются с помощью усредненных по объему и времени параметров и решаются быстрым частично неявным численным методом конечных разностей [30].Код включает несколько общих моделей, позволяющих моделировать различные типы компонентов установки [27], такие как трубы, насосы, турбины, клапаны, тепловые конструкции, сепараторы и системы управления. Моделирование системы состоит, во-первых, в ее разбиении на контрольные объемы, соединенные между собой проточными узлами; это для удобства INPUT [30].

Нодализация парового котла

Моделирование промышленных установок, таких как паровой котел, требует тщательного и детального знания всех его компонентов; а также все физические явления, происходящие в системе.С помощью RELAP5 / MOD3.2 разработана детальная модель водотрубного котла с естественной циркуляцией, включая все основные компоненты (парогенератор, барабан, теплообменники, трубопровод пара и питательной воды, а также систему регулирования и управления). Модель парового котла была разработана на основе задокументированного проекта установки, справочных данных о производительности и персонала [22]. Стратегия моделирования парового котла основана на следующих этапах:

Подготовка геометрических, теплогидравлических и технических данных, описывающих всю систему.
Нодализация гидродинамической схемы установки на контрольные объемы, соединенные узлами.
Моделирование систем управления и регулирования.
Моделирование граничных и начальных условий установки, давления, температуры, массового расхода и теплового потока в теплообменниках и камере сгорания.
Проверка и квалификация теоретических результатов кода по сравнению с рабочими данными для котла в установившемся режиме.

Подготовка и сбор данных требует значительных усилий из-за большого количества данных и информации по каждому компоненту, который необходимо включить в модель. Нодализация — это первый шаг моделирования парового котла.Он направлен на определение всех гидравлических характеристик установки, таких как геометрические данные, диаметры, отметки, шероховатость стенок трубы, длина, коэффициенты сосредоточенных или распределенных потерь и т. Д. Следует отметить, что были предприняты дополнительные усилия для преодоления некоторых трудностей, возникших во время этого исследования, таких как недоступность некоторых геометрических данных.

Ниже представлены основные компоненты RELAP5, используемые при нодализации котла:

ТРУБА: для тех частей системы без ответвлений.
ФИЛИАЛ: для моделирования взаимосвязанных трубопроводных сетей.
ОБЪЕМ, ЗАВИСИМЫЙ от ВРЕМЕНИ: для введенных термодинамических данных (давление и температура), а также когда известны скорость или массовый расход жидкости.
КЛАПАН: используется для регулирования, безопасности и изоляции.
НАСОС: для моделирования центробежного насоса.
СОЕДИНЕНИЕ: используется для соединения других компонентов, например, двух труб.
СИСТЕМА ОТКЛЮЧЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ: используется для выполнения таких действий, как открытие или закрытие клапана и остановка насоса.
ТЕПЛОСТРУКТУРА: для моделирования теплопередачи между жидкостью и стенками трубок.
ОБЩАЯ ТАБЛИЦА: для задания плотности теплового потока.

Основные характеристики разработанной модели кратко изложены ниже:

Количество контрольных объемов: 582.
Кол-во пересадок: 589.
Количество тепловых структур: 142.
Количество узлов в тепловых конструкциях: 2840.
Количество зависящих от времени томов: 7.
Количество логических отключений: 17.
Количество управляющих переменных: 39.

Парогенераторная часть моделируется 188 контрольными объемами, 191 стыком и 69 тепловыми конструкциями.Барабан, также называемый верхним резервуаром, является местом многих физических явлений, таких как разделение воды и пара и конденсация пара. Поэтому очень важно следовать некоторым передовым методам нодализации, чтобы воспроизвести все эти явления. Подход, используемый для моделирования этого резервуара, включает разделение его на четыре компонента «BRUNCH»: 010, 015, 020 и 025. Коллекторы питательной воды и водно-паровой эмульсии моделируются с использованием десяти компонентов «BRUNCH»: 030, 035, 040, 045 , 050, 055, 060, 065, 070 и 075.ТРУБА 100 представляет собой четыре водосточные трубы, питающие печь, а ТРУБА 110 — центральная водосточная труба, питающая задний проход. Трубчатые экраны, составляющие топку и задний проход, моделируются с помощью компонента «ТРУБА», испарительные трубы переднего и заднего экранов камеры сгорания сгруппированы и смоделированы компонентами 115 и 120 «ТРУБА» соответственно, а для боковые экраны у трубы 135. Трубки испарителя заднего прохода моделируются компонентами 130 и 125 «ТРУБА».Трубки, которые питают барабан питательной водой, выходящей из экономайзера, моделируются ТРУБАМИ 172 и 173. Трубки водяной / паровой эмульсии, выходящие из переднего и заднего прохода, идущие в барабан, моделируются ТРУБАМИ 150, 155, 160 и 165. 20 трубок насыщенного пара, выходящих из барабана и идущих в пароперегреватели, моделируются с помощью ТРУБЫ 174. На барабане установлено три предохранительных клапана, они моделируются компонентами «TRIP-VALVE» 007, 008 и 009, соответственно подключенными. компонентами «Объем, зависящий от времени» 700, 800 и 900, чтобы наложить атмосферные условия [31].Нагревательная труба моделируется компонентом теплопередачи (тепловой структурой), поддерживаемым с постоянной скоростью нагрева, в качестве граничного условия. Схема нодализации парогенератора представлена на рис. 5.

Рис. 5

Нодализация парогенератора

Парогенератор содержит пять теплообменников, среди которых два пароперегревателя работают на высоких и низких температурах соответственно в дополнение к двум. ребристые экономайзеры и гладкий. Эти три экономайзера объединены в одну трубу и узловыми компонентами 171 «ТРУБА» с использованием 41 контрольного объема, 40 соединений и 20 тепловых структур.Впускной и выпускной коллекторы моделируются соответственно компонентами 070 и 075 «BRUNCH». Низкотемпературные и высокотемпературные пароперегреватели моделируются компонентами 176 и 180 «PIPE» соответственно, каждый из которых использует 20 тепловых структур, 16 управляющих объемов и 15 потоковых соединений. Впускной и выпускной коллекторы каждого пароперегревателя моделируются, соответственно, компонентами «ВЕТКА» 083, 084, 085 и 086; труба промежуточного перегревателя моделируется компонентом 178 «ТРУБА». На рис. 6 показана типичная узловая диаграмма теплообменников.Секция пароохладителя в части трубы, которая соединяет основную линию питательной воды и линию промежуточных перегревателей, где регулирование температуры перегретого пара осуществляется путем впрыска питательной воды. Этот пароохладитель моделируется компонентами 320, 321, 322, 324 и 325 «ТРУБА» и 284 «ОТВОДА» (фиг. 7). Запорный клапан на линии пароохладителя моделируется компонентом 004 «TRIP-VALVE».

Рис. 6

Нодализация теплообменников

Рис.7

Схема узловой системы парового котла

Основная линия питательной воды включает сборный резервуар (моделируется компонентом «BRUNCH» 200), два центробежных питательных насоса (моделируются компонентами «НАСОС» 151 и 152), трубы, по которым подается пар. Генератор через питательную воду моделируется компонентами «ТРУБА» с 201 по 218 и компонентами «ВЕТКА» 080, 081 и 082, а также регулирующими и запорными клапанами. Эта линия моделируется 157 контрольными объемами и 150 пересечениями. Заслонки, которые находятся на выходе насоса и на входе парового котла, а также на линии пароохладителя, моделируются соответственно компонентами «ОБРАТНЫЙ КЛАПАН» 215, 216, 219 и 323.Компонент 003 «TRIP-VALVE» используется для моделирования запорного клапана на входе экономайзера. Регулирующие клапаны уровня воды в барабане моделируются компонентами 011 и 010 «СЕРВО-КЛАПАН».

Основная линия перегретого пара моделируется компонентами «ТРУБА» с 301 по 311, а пароизоляционные клапаны моделируются с помощью компоненты 001 и 002 «TRIP VALVE». Предохранительные клапаны, установленные на главном паропроводе, моделируются компонентами TRIPE-VALVE 005 и 006, которые подключены к компонентам 500 и 600 TMDPVOL соответственно.Регулирующие клапаны температуры перегретого пара моделируются с использованием компонентов «СЕРВО-КЛАПАН» 013 и 012, а заслонка моделируется с помощью компонента «ОБРАТНЫЙ КЛАПАН» 391.

Регулирование играет жизненно важную роль в работе и предотвращении промышленные предприятия. Для достижения стабильной и безопасной работы энергетической системы рекомендуется использовать автоматический контур управления, чтобы поддерживать стабильность установки при нормальной и ненормальной работе. Паровой котел регулируется для подачи перегретого пара с температурой 487 ° C и давлением 73 бара; поэтому системы управления в установке включают в себя два контура регулирования, один для температуры перегретого пара, а другой для уровня воды.

Назначение контроллера — довести уровень воды в барабане до заданного значения 860 мм и поддерживать его при желаемой паровой нагрузке. Компонент «FEEDCTL» используется для моделирования регулирования уровня воды в барабане. Он рассчитывает сигнал положения регулирующего клапана питательной воды, который моделируется компонентом 011 «СЕРВО-КЛАПАН». Фактически, регулирование контролирует уровень воды в барабане, приводя в действие главный клапан, комбинируя на основе трех параметров: поток питательной воды, потока перегретого пара и уровня воды в барабане.

Целью регулирования температуры перегретого пара является поддержание постоянного значения температуры (487 ° C) на выходе парового котла путем впрыскивания воды для пароохладителя в коллектор между пароперегревателями с использованием двух идентичных резервных клапанов пароохладителя. Моделирование систем и контуров регулирования возможно с использованием специальных компонентов кода RELAP5, таких как компонент «STEAMCTL», который используется для управления температурой перегретого пара. В процессе регулирования средняя температура пара на выходе из пароперегревателя HTS сравнивается с заданным значением (487 ° C), и генерируемый сигнал используется для управления открытием клапанов 013 и 012.

Теплогидравлические условия, связанные с жидкостью, устанавливаются с помощью компонентов «TMDPVOL» и «TMDPJUN», подключенных к границам контура. Давление и температура жидкости на входе и выходе парового котла определяются компонентами 400 и 300 TMDPVOL соответственно.

Явления теплопередачи в паровом котле моделируются с использованием процесса моделирования тепловых структур RELAP5. Конструкции, моделирующие теплопередачу в паровом котле, соединены трубами 130 и 125 для заднего прохода, с трубами 135, 120 и 115 для топки и с трубами 180 (HTS), 176 (LTS) и 171 (Eco). для теплообменников соответственно.Рабочие данные, представленные ранее в таблицах 1 и 2, используются для оценки общей мощности, вырабатываемой в паровом котле, а также тепла (Q), передаваемого через каждую зону теплопередачи. Внешняя поверхность теплопередачи (S) используется для расчета плотности теплового потока с использованием соотношения q = Q / S [20]. Плотность теплового потока между внешними поверхностями трубы и горячими газами задается в таблице. Таблица теплового потока вводится как правильные граничные условия для моделирования радиационной теплопередачи для печи.Теплообмен экономайзеров и пароперегревателей передается конвекцией остальным пароперегревателям и экономайзерам с использованием тепловой энергии дымового газа, выходящего из печи. Плотность теплового потока в теплообменниках определяется с использованием баланса энергии дымовых газов между входом и выходом каждого теплообменника, как показано на рис. 8

$$ {\ text {Q}} = {\ text {m }} _ {\ rm gas} {\ text {Cp}} _ {\ rm gas} \ left ({{\ text {T}} _ {\ rm out} — {\ text {T}} _ {\ rm inl}} \ right) $$

(1)

Q _fur — тепло, передаваемое в камере сгорания, рассчитанное по формуле:

$$ {\ text {Q}} _ {\ rm fur} = {\ text {Q}} _ {\ rm Tot} \, {-} \, \ left ({{\ text {Q}} _ {\ rm Eco} + {\ text {Q}} _ {\ rm HTS} + {\ text {Q}} _ {\ rm LTS}} \ справа) $$

(2)

В то время как Q _HTS, Q _LTS и Q _Eco — это тепло, передаваемое в высокотемпературном пароперегревателе, низкотемпературном перегревателе и экономайзерах соответственно, а Q _Tot — это общая передаваемая мощность, вычисленная по соотношению [20 ]:

$$ {\ text {Q}} _ {\ rm Tot} = {\ text {m}} _ {\ rm fuel} {\ text {LCV}} + {\ text {m}} _ { \ rm air} {\ text {Cp}} _ {\ rm air} {\ text {T}} _ {\ rm air} \, {-} \, {\ text {m}} _ {\ rm gas} {\ text {Cp}} _ {\ rm gas} {\ text {T}} _ {\ rm gas} $$

(3)

, где m _fuel и m _air — соответственно массовые расходы топлива и воздуха, LCV — низкокалорийная теплотворная способность природного газа, Cp _gas и Cp _air — соответственно теплоемкость газов и воздуха. , T _air — температура входящего воздуха, а T _gas — температура выхлопных газов.В таблице 3 показаны рассчитанные плотности теплового потока, связанные с поверхностями нагрева каждого экрана.

Рис.8

Энергетический баланс парового котла

Таблица 3 Плотность теплового потока на поверхности, контактирующей с дымом

% PDF-1.4 % 1 0 объект > поток 2016-11-22T08: 49: 49-05: 00 Microsoft® Word 20132021-10-13T03: 26: 52-07: 002021-10-13T03: 26: 52-07: 00iText 4.2.0 от 1T3XTapplication / pdfuuid: 47374f69- 1d7f-4ec6-b23d-6f984397430cuuid: 7fe7d4ac-2c24-4aaa-bf61-55228a0f67fbuuid: 47374f69-1d7f-4ec6-b23d-6f984397430c

сохранено xmp.iid: 742977C4D6B5E611B358A493AA0E42892016-11-29T07: 24: 30 + 05: 30 Adobe Bridge CS6 (Windows) / метаданные

Tianyu Zhang

Zhenning Zhao

Yuanyuan Li

Xianran Zhu

конечный поток эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > поток xXKo6ϯXHb̸hoEs [EsiPikde-pуG: O] 3N = x2Xf.hyǟa: u ‘

3 типа циркуляции в котле

Циркуляция в котле:

Виды циркуляции воды в промышленных пароводяных котлах:

Циркуляцию воды в котле можно разделить на три типа систем.

Естественная циркуляция
Контролируемое обращение
Комбинированное обращение

# 1. Естественная циркуляция в котле:

Питательная вода котла, перекачиваемая насосами питательной воды котла высокого давления, сначала достигает экономайзера.Здесь температура питательной воды котла около температуры насыщения, соответствующей его давлению. Температура насыщения означает температуру, при которой начинается испарение воды при заданном давлении. Ее еще называют температурой кипения воды. Питательная вода, протекающая через экономайзер, дополнительно нагревается дымовыми газами и попадает в паровой барабан. Паровой барабан действует как сосуд высокого давления и отделяет пар и воду от пароводяной смеси.

Обычно уровень воды в паровом барабане поддерживается на уровне около 50%.Это означает, что паровой барабан наполовину заполнен водой, а оставшиеся 50% над уровнем воды содержат пар. Вода внутри барабана стекает по нижним угловым трубам и распределяется нижним коллектором к водным стенкам. Нижние угловые трубы находятся вне топки котла, а водяные стенки находятся внутри топки. Вода, поднимающаяся через водосточные трубы, подвергается воздействию печного тепла. Когда вода поднимается вверх по трубам, часть воды превращается в пар и продолжает подниматься вверх как смесь пара и воды.Тепло, поглощаемое водной стенкой, является скрытой теплотой парообразования, в результате чего образуется смесь пара и воды.

Отношение веса воды к весу пара в смеси, покидающей поверхность поглощения тепла, называется коэффициентом циркуляции. Эта смесь непрерывно поднимается, пока не вернется в паровой барабан. Отделенный пар из парового барабана направляется в турбину.

В промышленных котлах величина кратности циркуляции колеблется от 6 до 30. Коэффициент циркуляции для котлов высокого давления составляет от 6 до 9.Коэффициент циркуляции выше, так как разница плотностей пара и воды велика. В промышленных котлах среднего давления используется более высокая степень циркуляции. Эти котлы должны реагировать на быстрые изменения нагрузки.

Циркуляция в данном случае происходит по принципу термосифона. В нижнем углу находится относительно холодная вода, тогда как в стояках находится пароводяная смесь, плотность которой сравнительно меньше. Эта разница в плотности является движущей силой смеси.Циркуляция происходит с такой скоростью, что движущая сила и сопротивление трения уравновешиваются.

По мере увеличения давления разница в плотности воды и пара уменьшается. (См. Рис. 3). Таким образом, имеющийся гидростатический напор не сможет преодолеть сопротивление трения для потока, соответствующего минимальным требованиям охлаждения труб с водяной стенкой. Поэтому естественная циркуляция ограничена котлом с рабочим давлением барабана около 175 кг / см2.

№2.Контролируемая циркуляция в котле:

Если рабочее давление котла составляет от 180 кг / см2 до 200 кг / см2, тогда циркуляция в котле должна поддерживаться механическими насосами для преодоления потерь на трение. Для регулирования потока через различные трубки используются диафрагмы.

# 3. Комбинированная циркуляция в котле:

Циркуляция в котле применима к котлам, которые работают при критическом давлении. В этой системе фазовое превращение отсутствует, это означает, что вода при этих давлении и температуре напрямую превращается в пар.Обычно рабочее давление этой системы составляет 260 кг / см2

[PDF] Расчет циркуляции пара / воды — Скачать бесплатно PDF

Скачать проект циркуляции пара / воды …

Хельсинкский технологический университет Факультет машиностроения Энергетика и охрана окружающей среды Электронная книга Технология паровых котлов Эспоо 2002

Проектирование циркуляции пара / воды Себастьян Тейр, Антто Кулла

Хельсинкский технологический университет Кафедра машиностроения Энергетика и защита окружающей среды

Таблица содержание Введение…………………………………………… ………………………………………….. ………………………………. 3 Котлы большой мощности ……… ………………………………………….. ………………………………………….. ………….. 3 Кожухотные котлы ………………………….. ………………………………………….. …………………………………….. 3 Пожарные котлы .. ………………………………………………………………………………………. ……………………. 4 Водотрубные котлы ………………… ………………………………………….. ………………………………………….. ……. 6 Введение ………………………………….. ………………………………………….. ……………………………………. 6 Котлы с естественной циркуляцией … ………………………………………….. ………………………………………………….. 6 Общие ……………………………… ………………………………………….. ………………………………………….. .6 Принцип естественной циркуляции ……………………………………… ………………………………………….. ……… 6 Достоинства и недостатки ………………………………. ………………………………………….. ………….. 7 Расчет с естественной циркуляцией ………………………….. ………………………………………………………. ………… 8 Введение ……………………………… ………………………………………….. …………………………………. 8 Коэффициент циркуляции ……. ………………………………………….. ………………………………………….. ………… 8 Движущая сила естественной циркуляции ………………………….. ………………………………………….. ……. 9 Переходники …………………………………………………………… ………………………………………….. … 10 Стеновые трубы …………………………………….. ………………………………………….. ………………………….. 11 Заголовки ……………. ………………………………………….. ………………………………………….. …………… 12 Кипение в вертикальных трубах испарителя ……………………….. …………………………………………… 12 Кризис теплопередачи ………………………………… ………………………………………….. …………………… 12 Оптимизация конструкции естественной циркуляции ……………….. ………………………………………….. ……. 13 Особые исполнения …………………………………. ………………………………………….. ……………………….. 13 Котлы с принудительной или принудительной циркуляцией …………… …………………………………………………………………… 14 Общие ……….. ………………………………………….. ………………………………………….. …………………… 14 Принцип принудительной циркуляции ………………… ………………………………………….. ……………………….. 14 Распределение потока между параллельными стояками ………….. ………………………………………….. ……….. 15 Типы котлов ……………………………… ………………………………………………… ……………………………. 15 котлов Lamont …………. ………………………………………….. ………………………………………….. …… 15 Котлы с регулируемой циркуляцией …………………………………. ………………………………………….. ……. 16 Достоинства и недостатки ………………………………… ………………………………………….. ………. 16 прямоточные котлы…………………………………………… ………………………………………….. …………….. 17 Общие …………………………. ………………………………………….. ………………………………………….. …. 17 Типы прямоточных котлов …………………………………. ………………………………………….. ……………. 17 Общие ………………………….. ………………………………………….. …………………………………………. 17 Конструкция Бенсона ……… ………………………………………….. ………………………………………….. ……….. 17 Конструкция Sulzer ……………………………… ………………………………………….. ……………………………… 18 Конструкция Рамзина ……….. ………………………………………….. ………………………………………….. ……… 18 Трубы со спиральными стенками ……………………………………………………………………… …………………………………. 19 Многопроходная конструкция …… ………………………………………….. ………………………………………….. ……… 19 Достоинства и недостатки ………………………………. ………………………………………….. ………… 19 Эксплуатация ……………………………… ………………………………………….. ……………………………………….20 Производство и использование прямоточных котлов …………………………………. ………………………………. 20 Интернет-ссылок ………. ………………………………………….. ………………………………………….. ……………. 21 Комбинированные котлы ………………………… ………………………………………….. ……………………. 21 Общие ………………….. ………………………………………….. …………………………………………………….. 21 Ссылки ………………………………………… ………………………………………….. …………………………………. 22

Введение Как представлено в В предыдущей главе котлы можно классифицировать по способу сжигания, применению или типу циркуляции пара / воды. В этой главе будут описаны различные типы циркуляции пара / воды в котлах. В нем не рассматривается циркуляция пара / воды для приложений, перечисленных на Рисунке 1 в разделе «Другие» (т.е. атомная, солнечная и электрическая). [1]

Паровые котлы Большой объем

Водяная труба

Другое

Пожарная труба

Естественная циркуляция

Солнечная

Газовая труба

Вспомогательная / принудительная циркуляция

Электрическая

Кожух

Прямоточный Nuclear

Комбинированная циркуляция

Рисунок 1: Типы паровых котлов в зависимости от циркуляции пара / воды.

Котлы большого объема Котлы кожухотного типа Паровым котлом может быть котел большого объема (кожух) или водотрубный котел.Кожуховые котлы — это котлы, построенные аналогично кожухотрубным теплообменникам (рис. 2). В котлах большого объема (кожух) горелка или колосниковая решетка находится внутри большой трубы, называемой камерой. Камера окружена водой в сосуде высокого давления, который выполняет роль внешней стенки котла. Таким образом, вода поглощает тепло, и часть воды превращается в насыщенный пар. Дымовые газы проходят из камеры в дымовую трубу, так что они все время находятся внутри труб.В настоящее время жаротрубный

Рисунок 2: Кожухотрубный котел: Höyrytys TTKV Пожарный трубчатый котел [Hoyrytys]. 3

Котлы

являются наиболее часто используемым типом котлов большого объема. Также к котлам большого объема можно отнести электрокотлы, в которых вода нагревается электродным источником. Однако котлы большого объема сегодня используются только для мелкомасштабного производства пара и горячей воды, и в целом они больше не используются в крупномасштабном промышленном использовании. [1]

Жаротрубные котлы Современные жаротрубные котлы используются там, где требуется умеренное давление и умеренный спрос.Как следует из названия, основная конструкция жаротрубного котла состоит из труб, в которых сжигается топливо и транспортируется дымовой газ, расположенных в сосуде под давлением, содержащем воду. Обычно котлы этого типа настраиваются на жидкое или газообразное топливо, такое как нефть, природный газ и биогаз. Жаротрубные котлы используются для подачи пара или теплой воды в небольших помещениях. [2] Обычно жаротрубные котлы состоят из цилиндрических камер (1-3), в которых происходит основная часть горения, и дымовых труб.В большинстве случаев пожарные трубы располагаются горизонтально (пожарные трубы размещаются над камерами).

1. Поворотная камера 2. Камера сбора дымовых газов 3. Открытая топка 4. Жаровая труба 5. Седло горелки

6. 7. 8. 9. 10. 11.

Рисунок 3: Жаротрубный паровой котел Höyrytys TTK [ Хойрытыс].

Пожарные трубы Люк Люк Очистительный люк Выход пара Вход воды

12. 13. 14. 15. 16.

Выход дымовых газов Дымовой люк Выход и циркуляция Изоляция ножек

Рисунок 4: Схема Höyrytys TTKV-fire трубчатый водогрейный котел с рисунка 2 [Хойрытыс].4

Жаротрубные котлы обычно имеют трубы диаметром 5 см и более. Обычно они прямые и относительно короткие, так что горячие газы сгорания испытывают относительно небольшой перепад давления при прохождении через них. Путь дымовых газов идет от горелок / колосниковой решетки через одну из камер к другому концу камеры. Там дымовые газы поворачиваются в обратном направлении и возвращаются через дымовые трубы и затем попадают в дымовую трубу (Рисунок 4).

1. Камера поворота 2.Камера для сбора дымовых газов 3. Открытая топка 4. Жаровая труба 5. Седло горелки 6. Люк 7. Жаровые трубы

8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

Водяное пространство Паровое пространство Выпуск и циркуляция Отвод дымовых газов Продувочный люк Главный люк Отверстие для очистки Главный выход пара

16. 17. 18. 19. 20. 21.

Узел контроля уровня Вход питательной воды Выход технологического пара Узел предохранительного клапана Изоляция ножек

Рисунок 5: Схема жаротрубный паровой котел Höyrytys TTK, изображенный на Рисунке 3 [Hoyrytys].Жаротрубные котлы содержат довольно большое количество воды, поэтому в котле сохраняется значительное количество тепловой энергии. Это также допускает колебания нагрузки, когда требуется большое количество пара или горячей воды за относительно короткий период времени, как это часто бывает в технологических процессах. Жаротрубные котлы могут выдержать большое количество злоупотреблений и невнимательности и при этом функционировать на должном уровне. Срок службы жаротрубных котлов составляет 25 и более лет. Известно, что котлы старше 75 лет все еще находятся в эксплуатации.Последовательное обслуживание и тщательная очистка воды имеют большое значение для обеспечения долгого срока службы этих котлов. В настоящее время жаротрубные котлы в основном используются в качестве котлов централизованного теплоснабжения, промышленных отопительных котлов и других небольших парогенераторов. Жаротрубные котлы больше не используются для производства электроэнергии из-за их верхних пределов (давление пара 4 МПа и массовый расход пара около 50 кг / с). Предел давления пара основан на том факте, что при повышении давления пара в котле требуются более толстые дымовые трубы и камеры — таким образом, цена котла повышается.Вследствие этого типы котлов, в которых пароводяная смесь находится внутри трубок, имеют более низкие цены за ту же паропроизводительность и давление. Жаротрубные котлы могут достигать теплового КПД около 70 процентов. Существуют также специальные типы жаротрубных котлов, такие как судовые котлы и топочные котлы, но они не будут здесь подробно обсуждаться. Остальная часть этой главы посвящена основным типам водотрубных котлов. 5

Водотрубные котлы Введение В отличие от котлов большого объема, в водотрубных котлах пароводяная смесь находится внутри труб и нагревается пламенем внешнего сгорания и дымовыми газами.Водотрубные котлы классифицируются по типу циркуляции воды / пара: с естественной циркуляцией, с принудительной или вспомогательной циркуляцией, с прямоточными и комбинированными циркуляционными котлами. Все котлы для выработки электроэнергии в настоящее время являются водотрубными.

Котлы с естественной циркуляцией Общие сведения Естественная циркуляция — один из старейших принципов циркуляции пара / воды в котлах. Его использование сократилось за последние десятилетия из-за технического прогресса в других типах обращения. Принцип естественной циркуляции обычно реализуется на котлах малой и средней мощности.Обычно падение давления для котла с естественной циркуляцией составляет около 5-10% от давления пара в паровом барабане, а максимальная температура пара колеблется от 540 до 560 ° C. Принцип естественной циркуляции Циркуляция воды / пара начинается с бака питательной воды, откуда перекачивается питательная вода. Насос питательной воды (Рисунок 6) повышает давление питательной воды до требуемого давления в котле. На практике конечное давление пара должно быть ниже 170 бар, чтобы естественная циркуляция работала должным образом.Затем питательная вода предварительно нагревается в экономайзере почти до точки кипения воды при текущем давлении. Для предотвращения закипания питательной воды в трубах экономайзера температура экономайзера специально поддерживается примерно на 10 градусов ниже температуры кипения. Из экономайзера питательная вода поступает в паровой барабан котла. В паровом барабане вода хорошо смешивается с имеющейся в паровом барабане водой. Это снижает термические напряжения внутри парового барабана.

Пароперегреватели

Паровой барабан

Экономайзер

Спускные трубы

Буровой барабан

Испаритель (стояк)

Насос питательной воды

Рис. к грязевому барабану (жатке).Обычно есть пара трубок со сливом, которые не нагреваются и расположены вне котла. 6

Название «грязевой барабан» основано на том факте, что часть примесей в воде оседает, и этот «грязь» затем можно собрать и удалить из барабана. Насыщенная вода поступает из коллектора в стояки и частично испаряется. Подъемные трубы расположены на стенках котла для эффективного охлаждения стенок топки. Подъемные трубы иногда также называют генерирующими трубами, потому что они эффективно поглощают тепло пароводяной смеси.Подъемные трубы образуют испарительный блок в котле. После стояков пароводяная смесь возвращается в паровой барабан. В паровом барабане вода и пар разделяются: насыщенная вода возвращается в трубы со сливом, а насыщенный пар идет в трубы пароперегревателя. Целью этого разделения является защита внутренней части трубок пароперегревателя и турбины от осаждения примесей. Пар из парового барабана попадает в пароперегреватель, где он нагревается до точки насыщения.После последней ступени перегревателя пар выходит из котла. Такой вид циркуляции называется естественной циркуляцией, так как в контуре отсутствует циркуляционный насос воды. Циркуляция происходит сама по себе из-за разницы в плотности воды / пара между стоками и стояками. [4] Преимущества и недостатки Котлы с естественной циркуляцией (NC) имеют следующие преимущества по сравнению с другими типами циркуляции: • • • • • •

Котлы

NC более устойчивы к примесям питательной воды, чем водотрубные котлы других типов. Котлы NC имеют более низкую внутреннее потребление электроэнергии по сравнению с другими типами водотрубных котлов.Котлы NC имеют простую конструкцию. Следовательно, инвестиционные затраты невысоки, а надежность котла высока. Котлы NC имеют широкий диапазон частичной нагрузки, практически даже 0–100% имеют функцию удержания в состоянии ожидания, что означает «нагревание при полном давлении». Котлы NC имеют постоянную площадь теплообмена независимо от нагрузки котла, так как барабан отделяет друг от друга три теплообменника — экономайзер, испаритель и перегреватель. Котлы NC имеют более простое управление процессом из-за большого объема воды / пара, которая действует как «буфер» при небольших изменениях нагрузки.

Котлы

с естественной циркуляцией имеют следующие недостатки по сравнению с другими типами циркуляции: • Котлы

NC имеют высокий коэффициент циркуляции (от 5 до 100), что приводит к огромным размерам испарителя, так как количество воды, циркулирующей в стеновых трубах может быть до 100 раз больше массового расхода образующегося пара. Это увеличивает потребность в пространстве и стали. • Котлам NC требуются трубы большого диаметра (большой объем), по которым протекает пароводяная смесь.Это связано с тем, что меньшие диаметры трубок вызовут падение давления, и, следовательно, потребуются более высокие котлы для адекватного перепада давления. • Котлы NC требуют более точного определения размеров по сравнению с другими типами котлов. 7

• • • •

•

Котлы NC довольно медленно запускаются и «останавливаются» (в том числе при значительном изменении нагрузки) из-за большого объема водяных / паровых труб (примерно в 5 раз больше объем воды / пара прямоточного котла). Котлы NC подходят только для докритических уровней давления (практически для давлений пара в паровом барабане до 180 бар).Это связано с отсутствием разницы плотностей в сверхкритическом паре и, следовательно, с отсутствием движущей силы. У котлов NC есть проблемы с более частым повреждением труб из-за относительно большого диаметра труб котла. Котлы NC чувствительны к перепадам давления. Внезапные перепады или нарастания давления вызывают повышенную скорость испарения и, следовательно, уровень воды в паровом барабане также повышается. Это может привести к попаданию воды в трубы пароперегревателя и проблемам с циркуляцией воды, что приведет к их повреждению.Для котлов NC требуется паровой барабан, который является очень дорогой частью котла.

Конструкция с естественной циркуляцией Введение В следующих главах рассматриваются некоторые вопросы проектирования котлов с естественной циркуляцией: В этой главе будут использоваться графики и фотографии котла-утилизатора Andritz (рис. 7, производства Foster Wheeler), который представляет собой тот же котел, который был представлен на глава о котлах-утилизаторах. [3] Коэффициент циркуляции Коэффициент циркуляции — одна из важных переменных при проектировании нового котла.Он определяется как массовый расход воды, подаваемой в парогенерирующие трубы (стояки), деленный на массовый расход образующегося пара. Таким образом, имеет смысл определять коэффициент циркуляции только для водотрубных котлов: U =

m & raisers m & feedwater

(1)

Рисунок 7: Конструкция циркуляции питательной воды котла-утилизатора с использованием барабана естественной циркуляции [3].

Изменения степени циркуляции зависят от уровня давления в котле, поэтому котлы высокого давления имеют низкие коэффициенты, а котлы низкого давления — высокие, соответственно.Другими параметрами, влияющими на коэффициент циркуляции, являются высота котла, теплопроизводительность котла и разница в размерах труб между стояками и спускными трубами. Для некоторых применений с естественной циркуляцией очень сложно определить коэффициент циркуляции. Коэффициент циркуляции колеблется от 5 до 100 для котлов с естественной циркуляцией. Коэффициент циркуляции котлов с принудительной циркуляцией обычно составляет от 3 до 10. Для котлов типа La Mont нормальные значения 8

составляют от 6 до 10, для котлов с регулируемой циркуляцией от 4 до 5 соответственно.Проходные котлы производят такой же массовый расход пара, как и подаваемый в котел, поэтому их коэффициент циркуляции равен 1. Движущая сила естественной циркуляции Движущая сила естественной циркуляции основана на разнице плотностей между пароводяной смесью в стояке и спускные трубы, из которых стояки представляют смесь с более низкой плотностью, а спускные трубы — смесь с более высокой плотностью. Управляющее давление можно определить следующим образом: ∆pd = g (H испаритель — H кипение) ⋅ (ρ dc — ρ r)

(2)

где g — ускорение свободного падения (9,81 м / с2) , высота соответствует рисунку 8 [м], а ρ dc — ρ r разница в средней плотности между сливными трубами (dc) и подъемником (r) [кг / м3], что является наиболее сложным параметром для определения. .Условия в паровом барабане таковы, что h3O присутствует в виде насыщенной воды. Когда вода движется, давление воды будет немного увеличиваться из-за гидростатического давления. Рис. 8: Представление высоты вниз в спускных трубках. Таким образом, вода — это параметры движущей силы. переохлажден в коллекторе (грязевом барабане) после сливных труб. Следовательно, в стояках вода сначала должна быть нагрета до тех пор, пока вода не достигнет температуры испарения (кипения), прежде чем она сможет испариться.Высота кипения, то есть высота, при которой вода имеет достаточно высокую температуру, чтобы закипеть, может быть рассчитана с использованием коэффициента циркуляции и энтальпий вода / пар: H кипения =

h ′ ′ — h ′ ⋅ H испарителя ∆h ⋅ U

( 3)

, где h ”- энтальпия [кДж / кг] насыщенного пара, а h ‘энтальпия насыщенной воды (при давлении парового барабана), U — коэффициент циркуляции, а ∆h — вызванное изменение энтальпии. повышением давления испарения (из-за переохлаждения воды в сливных трубах).

Нисходящие трубы Нисходящие трубы имеют относительно большой диаметр, потому что весь объем воды для испарителя проходит через нисходящие трубы, прежде чем попадет в настенные трубы (стояковые трубы). Обычно количество сливных трубок составляет от одной до шести. Нисходящие трубы размещены снаружи котла, чтобы предотвратить испарение воды, которое может уменьшить движущую силу естественной циркуляции (снизить среднюю плотность в сливной трубе). Если сливные трубы должны быть размещены внутри конструкции котла, тепловая нагрузка на сливные трубы должна быть строго ограничена, чтобы предотвратить закипание воды в сливных трубах.Возможное кипение в сливных трубах затрудняет циркуляцию, поскольку пузырьки пара перемещаются вверх и, таким образом, увеличивают потерю давления.

Рисунок 9: Фотография сливных труб из парового барабана [3].

Идеальная сливная труба должна быть как можно короче, а скорость потока транспортируемой воды как можно выше. На рисунках 9 и 10 показаны примеры сливных труб в котле-утилизаторе.

Рисунок 10: Фотография сливных труб из парового барабана [3].

Стеновые трубы Потери давления, вызванные стеновыми трубами (или стояками, испарительными трубами) котла с естественной циркуляцией, должны быть на низком уровне из-за принципа естественной циркуляции.Таким образом, вертикально установленные стояки в котлах с естественной циркуляцией имеют больший диаметр, чем стояки в котлах с принудительной циркуляцией. Все котлы с естественной циркуляцией должны иметь восходящее расположение стеновых труб из-за принципа циркуляции. Существуют вариации того, насколько резким является подъем: В консервативных котлах с вертикальной топкой стенки трубы расположены в прямом вертикальном направлении. Рис. 12: Фотография стенки топки [3]. (Рисунок 11 и Рисунок 13). В котлах с угловой трубой (Eckrohr) стенки трубы выполнены в виде слегка приподнятых или горизонтальных рядов стенок труб.Этот котел имеет высоту топки 40 м. Диаметр водяных трубок около 60 мм. Все стояки сварены вместе и образуют газонепроницаемую панельную конструкцию — стенку трубы. Поскольку котел является котлом-утилизатором, пол имеет небольшой уклон (Рисунок 12 и Рисунок 14), чтобы удерживать расплав, и поэтому его конструкция отличается от угольных котлов (которые имеют клиновидный пол для сбора золы). .

Рисунок 13: Фотография устанавливаемой передней стенки печи [3].

Рисунок 14: Фотография стенки печи [3]. Рисунок 11: Фотография водяных трубок [3]. 11

Коллекторы Слово «коллектор» (Рисунок 15) используется в котельной технологии для всех коллекторных и распределительных труб, включая грязевой барабан (Рисунок 16). Самым важным параметром конструкции жаток является диаметр. Он определяется расходом и количеством трубок, подключенных к коллектору (здесь количество стояков). Конструкция коллектора представляет собой миниатюрную версию простого парового барабана (диаметры меньше, чем у паровых барабанов).Однако в коллекторах обычно нет внутренних устройств, кроме отверстий в котлах с принудительной циркуляцией и прямоточных основных котлах. Коллекторы малого диаметра состоят из трубы с приваренными передней и концевой пластинами, а коллекторы большого диаметра изготовлены из гнутых стальных пластин так же, как и паровые барабаны.

Рисунок 15: Фотография жатки экономайзера [3].

Кипение в вертикальных трубах испарителя Процесс кипения в вертикальных трубах с стояком начинается с однофазного потока воды в самой нижней части испарителя.При передаче тепла от печи сначала образуются пузырьки пара. Непрерывная теплопередача увеличивает содержание пара в смеси. В кольцевом состоянии кипения пароводяной смеси стенка трубы все еще покрыта водяной пленкой, но по мере увеличения содержания пара вода может находиться в трубе только в виде тумана. Это состояние называется туманным / падающим (рис. 17).

Рисунок 16: Буровой барабан и коллекторы коллектора [3].

Кризис теплопередачи Процесс кипения можно рассматривать и с точки зрения теплопередачи.Тепловой поток в печи, создаваемый в процессе горения, чрезвычайно высок. Существует критическое значение, которого может достичь тепловой поток, что приводит к внезапному снижению теплопередающей способности трубки. Это называется отклонением от пузырькового кипения (DNB), высыханием, выгоранием, критическим тепловым потоком или кризисом теплопередачи (Рисунок 18). Явление, ответственное за эту проблему, заключается в переходе от состояния кипения в кольцевом пространстве к состоянию

Рисунок 17: Различные типы потока воды / пара во время процесса кипения [1].12

туман / падение. В туманном / каплевидном состоянии стенка котла больше не покрыта водой. Это высыхание приводит к резкому падению коэффициента теплопередачи со стороны воды. Критический тепловой поток зависит от рабочего давления, качества пара, типа трубы, диаметра трубы, профиля потока и наклона трубы. Чтобы конструкция котла была приемлемой, критический тепловой поток для стенок топки всегда должен быть с запасом больше, чем тепловой поток, генерируемый в камере сгорания. Оптимизация дизайна естественной циркуляции Ниже приведены некоторые из основных методов, используемых для оптимизации естественной циркуляции.Все методы приводят к увеличению движущей силы:

Рис. 18: Высыхание в трубке испарителя.

1. Увеличьте высоту топки или поднимите паровой барабан на более высокий уровень. 2. Увеличьте плотность в трубках со спускным стаканом, увеличивая эффективность отделения пара в паровом барабане, перекачивая питательную воду в паровой барабан в виде недонасыщенной жидкости или минимизируя осевой поток в паровом барабане. 3. Уменьшите плотность в стояках за счет повышения температуры в нижней печи. Особые конструкции Существуют некоторые особые применения принципа естественной циркуляции, которые в настоящее время не рассматриваются в этой электронной книге, но их можно найти в других местах в сети.Вот эти конкретные типы котлов: •

Котлы с естественной циркуляцией с двумя барабанами (Рисунок 19) • Консервативные котлы с вертикальной топкой • Угловые котлы или котлы Eckrohr

Рисунок 19: Котел-утилизатор, использующий два паровых барабана [Andritz].

Котлы с принудительной или принудительной циркуляцией Общие сведения В отличие от котлов с естественной циркуляцией, принудительная циркуляция основана на внутренней циркуляции воды / пара с помощью насоса. Циркуляционный насос — главное отличие котлов с естественной и принудительной циркуляцией.В наиболее распространенном типе котлов с принудительной циркуляцией, котле Lamont, принципы принудительной циркуляции в основном такие же, как и для естественной циркуляции, за исключением циркуляционного насоса. Благодаря циркуляционному насосу уровень рабочего давления котла с принудительной циркуляцией может быть немного выше, чем у котла с естественной циркуляцией, но поскольку разделение пара и воды в паровом барабане основано на разнице плотностей пара и воды, эти котлы не работают. либо подходит для сверхкритического давления (> 221 бар).Практически максимальное рабочее давление для котла с принудительной циркуляцией составляет 190 бар, а перепад давления в котле составляет около 2-3 бар. Принцип принудительной циркуляции Циркуляция воды / пара начинается от бака питательной воды, откуда перекачивается питательная вода. Насос питательной воды повышает давление питательной воды до требуемого давления в котле. На практике конечное давление пара ниже 190 бар, чтобы пар постоянно оставался в докритической области. Затем питательная вода предварительно нагревается в экономайзере почти до точки кипения воды при текущем давлении.Паровой барабан обычно такой же, как и в котлах с естественной циркуляцией.

Рисунок 20: Принцип принудительной / вспомогательной циркуляции. Те же символы, что и на рисунке 6, за исключением циркуляционного насоса, отмеченного стрелкой.

В котле с принудительной / вспомогательной циркуляцией циркуляционный насос (Рисунок 20) обеспечивает движущую силу для циркуляции пара / воды. Поскольку циркуляцию усиливает насос, трубы испарителя можно устанавливать практически в любом положении. Допускаются большие потери давления, поэтому испарительные трубы в котле с принудительной циркуляцией дешевле и имеют меньший диаметр (по сравнению с испарительными трубами с естественной циркуляцией).Затем насыщенная вода течет из парового барабана по сливным трубам в грязевой барабан (коллектор). Обычно есть пара трубок со сливом, которые не нагреваются и расположены вне котла. Коллекторы, которые распределяют воду по трубам испарителя, оснащены дросселями (ограничителями потока) для каждой стенки трубы, чтобы распределять воду как можно более равномерно. Вода поступает в стояки, где испаряется. 14

Пар отделяется в паровом барабане и проходит через пароперегреватели, как в котлах с естественной циркуляцией.Этот тип циркуляции называется принудительной циркуляцией из-за наличия в контуре циркуляционного насоса воды. Циркуляция пара / воды обеспечивается насосом и не зависит от разницы в плотности, как при естественной циркуляции. Распределение потока между параллельными вертикальными трубами. Плавное распределение потока от коллектора к вертикальным трубам предотвращает перегрев вертикальных труб. В котлах с принудительной циркуляцией (в данном контексте к этой группе относятся и проточные котлы, и котлы с комбинированной циркуляцией) вода / пар проталкивается через испарительные трубы с помощью насоса.Потери давления сильно определяют распределение воды между несколькими параллельно соединенными трубками. Трубки с наибольшей долей пара (наибольшая потеря давления) получают, таким образом, наименьшее количество воды (т.е. недостаточно охлаждающей воды). Было отмечено, что гладкая вода. Рис. 21: Схема отверстия для распределения воды между трубками легче всего использовать на практике с отверстиями (дросселями, ограничителями потока), расположенными на входе каждой стояковой трубы (Рис. 21). Они вызывают дополнительную потерю давления в каждой трубке, и поэтому пропорциональные различия в потерях потока между параллельными трубками становятся незначительными.Отверстия рассчитываются отдельно для каждой стояковой трубы, чтобы обеспечить плавное распределение потока между параллельными стояковыми трубами (испарительными трубами). Другая возможность состоит в том, чтобы разместить трубки малого диаметра в качестве мундштуков в каждой стояковой трубе и, таким образом, увеличить потери давления. Однако трубы с отверстиями являются более распространенной практикой. Типы котлов Котлы Lamont Наиболее распространенным типом котлов с принудительной циркуляцией является тип котлов Lamont, названный в честь инженера, который разработал этот тип котлов. В котлах этого типа циркуляция пара / воды осуществляется насосом.Рабочее давление остается ниже 190 бар, поскольку при более высоком давлении доля теплоты испарения становится слишком низкой. Расположение трубок в стенках не ограничено для типа Lamont. Потеря давления в стеновых трубах составляет 2-3 бар. Области применения котлов Lamont: • •

Котлы по индивидуальному заказу, где размеры котла определяются, например, у здания, где будет размещен котел. Парогенераторы-утилизаторы (HRSG) и котлы, оборудованные отдельными камерами сгорания 15

Котлы с регулируемой циркуляцией Принцип регулируемой циркуляции также известен как тепловая циркуляция с насосом.Он разработан в основном в США и является разновидностью котла Lamont. В котлах этого типа насос просто способствует циркуляции пара / воды. Преимуществом котлов с регулируемой циркуляцией является меньшая потребность в перекачке энергии, поскольку для циркуляции частично используется принцип естественной циркуляции. Котлы с регулируемой циркуляцией используются для высоких докритических давлений до 200 бар и обычно для относительно больших котлов. Преимущества и недостатки Преимущества котлов с принудительной циркуляцией (FC): • • • • • В котлах

FC можно использовать трубы меньшего диаметра, чем в котлах с естественной циркуляцией, за счет более эффективной (насосной) циркуляции.Котлы FC имеют широкий диапазон размеров электростанций. Котел FC дает также больше свободы для размещения поверхностей теплопередачи и может быть спроектирован практически в любом положении (таким образом, принудительная циркуляция очень распространена в HRSG: котлах в парогазовых электростанциях на базе газовых турбин). Котлы FC имеют низкий коэффициент циркуляции (3-10). Циркуляция воды ненадежна из-за разницы в плотности, потому что циркуляционный насос заботится о циркуляции всякий раз, когда котел работает.

Котлы с принудительной циркуляцией имеют следующие недостатки по сравнению с другими типами циркуляции: • • • • •

• •

• • •

Котлы

FC имеют ограничения по размещению циркуляционного насоса, так как он должен быть установлен вертикально под паровым барабаном.В противном случае насыщенная вода может закипеть (кавитация) в циркуляционном насосе. Котлы FC имеют более высокое внутреннее потребление электроэнергии. Циркуляционный насос обычно потребляет около 0,5-1,0% электроэнергии, производимой рассматриваемой регулируемой циркуляционной установкой. Котлам FC требуется более высокое качество воды, чем котлам с естественной циркуляцией. Котлам FC требуется массовый расход 1000-2000 кг / (м2 · с) для максимального уровня давления. Котлы FC подходят только для докритических уровней давления (практически для рабочего давления ниже 190-200 бар).Это связано с отсутствием разницы плотностей в сверхкритическом паре, что является принципом работы разделения пара / воды в паровом барабане. Для котлов FC требуется циркуляционный насос и диафрагмы, ограничивающие поток, что увеличивает капитальные затраты на котел. Котлы FC чувствительны к перепадам давления. Внезапные перепады или нарастания давления вызывают повышенную скорость испарения и, следовательно, уровень воды в паровом барабане также повышается. Это может привести к попаданию воды в трубы пароперегревателя и проблемам с циркуляцией воды, что приведет к их повреждению.Котлы FC требуют контроля и регулирования взаимодействия между насосом питательной воды и циркуляционным насосом, что затруднительно в установках с регулируемой циркуляцией. Требуется паровой барабан, а это очень дорогая часть котла. Надежность котлов FC ниже, чем у котлов с естественной циркуляцией, из-за возможного засорения отверстий и сбоев в работе циркуляционного насоса.

Прямоточные котлы Общие сведения Прямоточный (или универсальный) котел можно упростить как длинную трубу с внешним обогревом (Рисунок 22).В котле отсутствует внутренняя циркуляция, поэтому коэффициент циркуляции для прямоточных котлов равен 1. В отличие от других типов водотрубных котлов (с естественной и регулируемой циркуляцией), прямоточные котлы не имеют парового барабана. Таким образом, длина испарительной части (где насыщенная вода переходит в пар) не фиксируется на один раз через котлы. Прямоточные котлы также называют универсальными котлами под давлением, потому что они применимы для всех давлений и температур. Однако прямоточные котлы обычно представляют собой котлы больших размеров с высоким докритическим или сверхкритическим давлением пара.Большой современный энергоблок (около 900 МВт тепл.) По прямоточной конструкции может иметь высоту более 160 м при высоте топки 100 м.

Рис. 22: Упрощенный принцип прямоточного котла

Прямоточный котел — единственный тип котла, пригодный для сверхкритического давления (в настоящее время оно может достигать 250-300 бар). Доступный температурный диапазон для проходного типа в настоящее время составляет 560-600 ° C. Потери давления могут достигать 40-50 бар. Для прямоточных котлов требуются современные системы автоматизации и управления из-за их относительно небольшого объема воды / пара.У них также нет буфера для изменения мощности, как у других типов водотрубных котлов. Типы прямоточных котлов Общие сведения Существует три основных типа прямоточных котлов: конструкции Бенсона, Зульцера и Рамзина. Конструкция Бенсона Самая простая и распространенная конструкция — конструкция Бенсона (Великобритания, 1922 г.). В котлах Benson точка полного испарения (когда вся вода превратилась в пар) изменяется в соответствии с рисунком 23: прямоточный котел конструкции Benson. мощность нагрузки котла (рисунок 23). Температура перегретого пара регулируется соотношением массового расхода топлива 17

воды.Дизайн Benson используется на крупнейших электростанциях Финляндии, например. Мери-Пори, Хаапавеси и IVO Inkoo. Дизайн Sulzer Однотрубный котел Sulzer был изобретен в Швейцарии компанией Gebrüder Sulzer Gmbh. В котле Sulzer используется специальный сосуд высокого давления, называемый бутылкой Sulzer, для отделения воды от пара (рис. 24). После бутылки пар не содержит воды. Следовательно, точка испарения в бойлере Sulzer всегда находится в баллоне и, следовательно, постоянна. Изначально бутыль использовалась для отделения примесей (концентрированных солей и т. Д.).) из пара. Другой типичной особенностью котлов типа Sulzer является регулирование расхода воды в каждой трубе, выходящей из определенного коллектора, с помощью отдельного прямоточного котла конструкции Sulzer. Сепараторная бутылка отмечена стрелкой. отверстия для каждой трубки. Конструкция Рамзина Котел Рамзина — это российская конструкция, известная своей змеевидной формой испарительных трубок, окружающих топку (Рисунок 25). Из-за наклонных и изогнутых водяных труб конструкция котлов Ramzin сложна и, следовательно, дорога.Наклонная конструкция печи в настоящее время также иногда используется в конструкции Зульцера и Бенсона.

Рисунок 25: Прямоточный котел Рамзина.

Стеновые спиральные трубы В прямоточных котлах используется специальная конструкция водяных труб. Они называются трубками со спиральными или рифлеными стенками (рис. 26). Нарезки в трубе увеличивают смачивание стенки, т.е. улучшают контакт между стенкой трубы и пароводяной смесью и, таким образом, улучшают внутренний коэффициент теплопередачи. Рифленая стенка трубы также более устойчива к высыханию.Из-за более сложного процесса производства спиральных труб трубка со спиральными стенками дороже обычных труб с гладкими стенками. Гладкостенные трубы используются в конструкции с наклонными стенками (как в котлах Рамзина).

Рисунок 26: Эскиз трубы со спиральной стенкой

Многопроходная конструкция Чтобы получить поток большой массы, необходимый для эффективного охлаждения трубы, нижнюю часть печи можно разделить на два последовательных пути потока воды. Эти два параллельных пути образуются путем изменения труб первого и второго прохода вокруг печи.Как показано на рисунке (Рисунок 27), вода из экономайзера течет по трубам первого прохода к выпускным коллекторам, где вода смешивается и направляется в сливные трубы. Из сливных стаканов водно-паровая смесь направляется во вторые проходные трубы, откуда она собирается и смешивается в коллекторе второго прохода. Затем пароводяная смесь поступает в коллекторы для труб третьего прохода, из которых состоит остальная часть испарителя. Используя два прохода, нижняя часть печи имеет вдвое больший массовый расход воды, чем верхняя часть.Благодаря коллекторам разница температур между отдельными трубками уменьшается.

Рисунок 27: Многопроходная конструкция топки

Преимущества и недостатки Прямоточные котлы (OT) имеют следующие преимущества по сравнению с другими типами циркуляции: • Котлы

OT могут использовать трубы меньшего диаметра, чем котлы на основе парового барабана из-за из-за отсутствия внутренней циркуляции. • Котлы OT имеют надежную внешнюю циркуляцию воды (зависит от насоса технологической воды). 19

•

Спиральные (рифленые) водосточные трубы более устойчивы к высыханию, чем гладкие трубы испарителя.• Котлы OT не имеют внутренней циркуляции (коэффициент циркуляции = 1) и, следовательно, для внутренней циркуляции не требуются правила или конструкция. • Котел OT — единственный котел, способный работать при сверхкритическом давлении, поскольку не требуется разделения пара в зависимости от плотности (баллон Зульцера не используется для сверхкритических значений пара). • В котлах ОТ не используется паровой барабан, что снижает расходы котла.

Прямоточные котлы (OT) имеют следующие преимущества по сравнению с другими типами циркуляции: • • • • •

Котлы

OT требуют высокого уровня контроля воды, поскольку пар / вода проходит напрямую через котел в турбину.Котлы OT требуют сложного регулирования из-за небольшого объема воды / пара (нет буфера для изменения мощности), отсутствия парового барабана и того факта, что массовые потоки топлива, воздуха и воды прямо пропорциональны выходной мощности котла. Котлам ОТ требуется большой массовый расход 2000-3000 кг / (м2 · с) в стенках топки. Трубки со спиральными стенками дороже труб с гладкими стенками из-за более сложного процесса производства. Котлы ОТ не имеют буфера мощности из-за отсутствия парового барабана и их прямотока.

Эксплуатация Основным различием между типами прямоточных котлов традиционно является точка полного испарения в трубах. Однако работа в диапазоне сверхкритического давления устраняет эту явную разницу между состояниями воды и пара, и, таким образом, котлы Sulzer и Benson одинаково работают при сверхкритическом давлении. Однако разработка привела к постоянной точке испарения и для котлов Benson (благодаря улучшенному контролю процесса), и в настоящее время режим работы прямоточного котла очень похож.Сегодня самые большие эксплуатационные различия между типами Benson и Sulzer заключаются в системе управления и процедурах нагрева. В целом, все прямоточные котлы нуждаются в определенных специальных приспособлениях для процедуры нагрева и работы на малой мощности. Производство и использование бывших в употреблении котлов Котлы Benson в настоящее время в основном производятся компаниями, входящими в группу Babcock (Deutsche Babcock и др.). Котлы Sulzer в основном производятся (по лицензии) компаниями ABB Combustion Engineering, Mitsubishi, EVT, Andritz и т. Д.Котлы Рамзина можно найти в России. Большая часть новой мощности традиционных паровых электростанций основана на принципе однократного использования, так как он обеспечивает более высокое давление пара и, следовательно, более высокую эффективность использования электроэнергии. Котел Sulzer можно найти, например, на электростанции Наантали на юго-западе Финляндии (также на электростанции Муссало). Котел электростанции Мери-Пори, расположенной в западной Финляндии, основан на типе Бенсона. Также на электростанциях Inkoo и Haapavesi используются котлы конструкции Benson. 20

Интернет-ссылки Вот список ссылок на интересные материалы по прямоточным котлам: • • • • • •

Siemens-Westinghouse: публикации и ссылки BENSON Siemens-Westinghouse: котлы Benson BOOSTER Co.Ltd: О прямоточных котлах Mitsubishi Прямоточные котлы Babcock & Wilcox Компания: Технология сверхкритических (прямоточных) котлов (PDF) Foster-Wheeler: Прямоточные сверхкритические котлы (PDF)

Котлы с комбинированной циркуляцией Общие сведения Этот котел Тип представляет собой комбинацию котлов с регулируемой циркуляцией и прямоточных котлов. Котлы с комбинированной циркуляцией (прямоточная с наложенной рециркуляцией) могут использоваться как для работы при докритическом, так и при сверхкритическом давлении пара.На рисунке 28 показан упрощенный принцип комбинированной циркуляции. При мощности от 60 до 100% котел работает как прямоточный. При нагрузке ниже 60% котлы с комбинированной циркуляцией работают как котлы с принудительной циркуляцией, чтобы поддерживать соответствующий поток воды / пара в стеновых трубах. Самым большим преимуществом котлов комбинированного циркуляционного типа является снижение потребности в энергии насоса, так как режим работы меняется в зависимости от загрузки мощности. Основными недостатками являются затруднительное взаимодействие между насосом питательной воды и циркуляционным насосом, а также высокий уровень, необходимый для очистки воды (как это необходимо для однократных котлов).

Рис. 28: Упрощенный принцип комбинированной циркуляции (горение)

Основным производителем котлов этого типа является ABB Combustion Engineering и другие компании с лицензией ABB CE. Однако Mitsubishi — практически единственная компания-пользователь лицензии за пределами США.

Список литературы 1.

Эса Ваккилайнен, слайды лекций и материалы по технологии паровых котлов, 2001

Ахонен, В. «Хёйритекникка II». Отакустантамо, Эспоо.1978

Руководство по эксплуатации котла-утилизатора, Ahlstrom Machinery Corporation 1999, CD-ROM, Andritz.

Хухтинен, М., Кеттунен, А., Нурмиайнен, П., Пакканен, Х. ”Höyrykattilatekniikka”. Painatuskeskus, Хельсинки. 1994.

Чем отличаются котлы с естественной и принудительной циркуляцией?

2019.06.12

Естественная циркуляция и принудительная циркуляция — это два типа состояний циркуляции во время работы котла, и они существенно отличаются друг от друга.Фанг Го Сяобянь сравнит и сравнит эти два состояния цикла, чтобы вы могли лучше понять работу котла.

Во-первых, естественная циркуляция.
Принцип работы: Рабочий режим активного стимулирования циркуляции воды за счет разницы в плотности, вызванной нагревом рабочего тела между опускающейся трубой вне печи и поднимающейся трубой в печи. Циркуляционный контур состоит из барабана, спускной трубы, коллектора, стояка, трубы для подачи паровой воды и т.п.Вода из кастрюли спускается из наружной спускной трубы печи в нижний коллектор водяной стенки, а затем нагревается до пароводяной смеси (с содержанием пара 5-25%) через водяную стенку печи (т. Е. стояк), а затем поступает в барабан через трубу подачи газированной воды для разделения пара. Насыщенный пар направляется в пароперегреватель, а вода из кастрюли по-прежнему возвращается в нижнюю трубу для продолжения циркуляции.
Основные характеристики котлов с естественной циркуляцией:
1.Работайте только при докритическом давлении. При докритическом давлении котел с естественной циркуляцией с параметром дымовых газов 16,6 ~ 18,2 МПа и рабочим давлением барабана достигает 18,6 ~ 20,6 МПа, а естественная циркуляция все еще имеет достаточную движущую силу циркуляции воды для обеспечения безопасной и надежной работы.
2. Имеет фиксированную конечную точку испарительной секции. Барабан разделяет две секции испарения и перегрева, которые служат теплоаккумулятором и резервуаром для воды котла соответственно.
3. При нормальных условиях эксплуатации конструкция правильная, может поддерживать соответствующий расход циркулирующей воды или частоту цикла (отношение объема циркулирующей воды, поступающей в восходящую трубу, к выработке пара), и имеет хорошую способность самокомпенсации. , то есть теплопоглощение контура увеличивается. Увеличивается также расход циркулирующей воды.
4. При докритическом давлении в стенке с водяным охлаждением часто используется труба с внутренней резьбой, чтобы гарантировать возможность эффективного предотвращения отклонения рабочей жидкости в трубе от ядерного кипения (DNB).
5. Концентрация соленой воды и качество пара в питьевой воде могут поддерживаться путем непрерывного сброса сточных вод в барабан. Качество питательной воды может быть ниже, чем у бойлера постоянного тока, что может снизить стоимость части химической обработки воды.
6. Сопротивление пароводяной системы невелико, а давление подачи воды невелико, что может снизить энергопотребление подающего насоса.
7. Барабан толстостенный, его стоимость высока, существует проблема разницы температур между верхней и нижней сторонами, а также внутренней и внешней стенками, а также увеличивается время запуска и остановки.

Второй, обязательный цикл.
Принцип работы: Под действием напора водяного насоса рабочая среда проходит через поверхности предварительного нагрева, испарения и перегрева и предварительно нагревается, испаряется и перегревается до необходимой температуры.
Вода или пар в бойлере с принудительной циркуляцией питаются не только за счет разницы в плотности воды и пара, но также требуют определенной работы насоса для циркуляции в отопительной трубе.Благодаря хорошей циркуляции воды, печь с принудительной циркуляцией имеет очень низкие требования к скорости подачи воды; рабочее давление обычно велико, а материал и стенка трубы котла должны быть высокими. Барабан котла с принудительной циркуляцией больше не нужен. Он может иметь барабан и не иметь барабана. Однако напор насоса требует более высоких требований и потребляет больше электроэнергии. Когда насос перестает работать, поток воды в кастрюле также прекращается, и необходим надежный метод предотвращения испарения воды водой.

Разница между котлом с принудительной циркуляцией и котлом с естественной циркуляцией заключается в том, что циркуляция между стоком котла с естественной циркуляцией и поверхностью нагрева создается за счет естественного выступа между ними, а в котле с принудительной циркуляцией принудительная циркуляция осуществляется за счет топочной воды. циркуляционный насос. Котел с принудительной циркуляцией на оборудовании имеет насос циркуляции топочной воды (насос принудительной циркуляции), а в котле с естественной циркуляцией его нет.
Горизонтальная испарительная секция котла обычно представляет собой принудительную циркуляцию, а вертикальная испарительная секция бойлера не обязательно является естественной циркуляцией, но также может быть принудительной циркуляцией.

Барабанные котлы — устройство, принцип работы

Характеристика барабанных котлов

Устройство барабанных паровых агрегатов

Принцип действия барабанного котла

Принцип естественной циркуляции жидкости

Продувка котлов

Непрерывная методика продувки

Периодическая технология продувки

Правила выполнения продувки

Схема котлов барабанного типа

Ремонтные работы, по восстановлению функциональности барабанных котлов

Основные дефекты парового оборудования

Методы и инструменты, используемые в процессе ремонта

Правила выполнения ремонта паровых агрегатов

Методики измерения уровня воды в котельном барабане

4.5. Принцип работы парового барабанного котла с естественной циркуляцией

Энергетические котлы с естественной циркуляцией

Энергетические котлы с естественной циркуляцией

Применение паровых котлов с естественной циркуляцией Текст научной статьи по специальности «Математика»

Естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева

Естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева

Что собой представляет отопление с естественной циркуляцией

Как работает отопление с естественной циркуляцией теплоносителя

Преимущества и недостатки системы с естественной циркуляцией теплоносителя

Тонкости и нюансы естественной системы отопления

Система отопления естественной циркуляцией — ExpertSamoStroy

Что такое естественная циркуляция? — Определение из Corrosionpedia

Что означает естественная циркуляция?

Коррозионпедия объясняет естественное кровообращение

Mitsubishi Power | Барабанные котлы

Обзор

Журнал доставки

Котел с принудительной циркуляцией

Котел с естественной циркуляцией

Моделирование и моделирование водотрубного парового котла с естественной циркуляцией

Описание кода

Нодализация парового котла

3 типа циркуляции в котле

Циркуляция в котле:

# 1. Естественная циркуляция в котле:

№2.Контролируемая циркуляция в котле:

# 3. Комбинированная циркуляция в котле:

[PDF] Расчет циркуляции пара / воды — Скачать бесплатно PDF

Чем отличаются котлы с естественной и принудительной циркуляцией?

Добавить комментарий Отменить ответ