Давление пара на выходе из котла

Обновлено: 09.05.2024

Давление пара на выходе из котла

Подброшу немного пищи для ума тем, кто занимается паровыми котлами. Был вчера на одном заводе, где стоят три паровых отечественных котла по 25 т/ч с пароперегревателями. Рабочее давление 2 МПа, температура пара 315°С. Все три котла работают на один коллектор, потом пар идет на потребителей, которых можно разделить по трем группам. Это паровая турбина со средним потреблением 8 т/ч, бойлера отопления и вентиляции - расход точно не узнавал, что то около 20 т/ч на максимальной нагрузке и технологические нужды - около 2 т/ч. Хотят установить паровой котел на 10 т/ч вместо одного старого котла бы была более высокая модуляция, соответственно боолее экономно расходовался газ. Летом будет работать только наш новый котел. Расход пара на турбину и технологию. Зимой будет включаться котел на 25 т/ч в базовом режиме , а "маленький" будет ловить давление пара своей более современной автоматикой.
Перехожу к вопросу. Жаротрубный котел выработывает влажный пар со степенью сухости примерно 0,9 и с необходимым давлением 2 МПа (больше - нежелательно, так как котел будет очень дорогой) , для достижения температуры пара необходим его перегрев примерно на 100 градусов. Как его осуществить? Сам имею две идеи поэтому поводу, но пока не буду их оглашать, чтобы не вести мысли других по проторенному руслу. Сегодня написал на завод-изготовитель, посмотрим, что они скажут по этому поводу. Если завяжется дискуссия конечно озвучу и свои мысли чуть позже. Ну, как говорится, веллкам.


Машинист



Просмотр профиля 7.2.2008, 18:14

Эко Интегратор Всея Руси

"Нужен пароперегреватель, однако" - любой чукча скажет
Либо в виде надстройки к котлу, если у производителя такие есть.
Либо в виде самостоятельного теплообменника парогазового, со своей горелкой и автоматикой.

И турбина. Средний расход 8 т/ч - а максимальный, минимальный, как меняется нагрузка по времени, с какой скоростью это происходит? Требования технологии к давлению какие ? - может быть, что турбина так будет всю схему дергать, что простоянно аварийные остановы на производстве из-за этого, или что еще хлеще - отключения котла.
Тип турбины неплохо бы знать, в параллели работает или автономно.


zeman



Просмотр профиля 7.2.2008, 21:46 Турбина работает более менее равномерно, конечно электрическая нагрузка скачет, но не резко, завод достаточно большой. Можно говорить только о различии между дневным и ночным потреблением. Турбина работает автономно, насколько мне известно, хотя наверняка аварийное подключение быть должно. У производителя надстройки такой нет, да и какая может быть надстройка, если температуда отходящих газов после котла меньше 300 градусов, а мне нужно 315 -температура пара


boiler



Просмотр профиля 8.2.2008, 13:09

Помните вопрос про паровой котел для парохода?
Так там такая же проблема.
Сейчас котел для него в процессе производства. Температура - 320 гр.С Давление - 17 бар.
Котел предназначен для производства перегретого и насыщенного пара одновременно (по техническим условиям)


JJJJ



Просмотр профиля 8.2.2008, 16:12

Нет ничего невозможного если Заказчик адекватен и при деньгах

В конструкцию топки можно вмешаться? Ну к примеру установить дополнительный пучок труб ПП.


zeman



Просмотр профиля 8.2.2008, 16:43 В конструкцию котла не хотелось бы вмешиваться. Это увеличит его размеры и стоимость. Еще обязательно встанет вопрос о сертификации нового котла. На мой взгляд все таки серийные модели более предпочтительны в плане надежности. Хотя возможно, что завод предложит и такой вариант решения проблемы. Я больше думаю о выносном пароперегревателе.


JJJJ



Просмотр профиля 8.2.2008, 17:11

Нет ничего невозможного если Заказчик адекватен и при деньгах

А что если предподогрев за экономайзером отходящими газами (если там как Вы говорите где то около 300гр.) а далее во второй котел(газовый) на перегрев?


zeman



Просмотр профиля 8.2.2008, 17:47

300 - это без экономайзера, с экономайзером будет меньше. По поводу экономайзера тоже тема, но пока ее не будем трогать. В любом случае пароперегреватель нужно ставить до экономайзера, а не после. И есть ли смысл городить пароперегреватель на выходе из котла, если все равно придется ставить догреватель на газу? Температурный напор на выходе из котла будет маленький, поэтому чтобы нагреть пар хотя бы до 280 градусов нужно будет большие теплопередающие поверхности, а это размеры и деньги. Если бы вопрос решался при этом, а так - все равно газовый котел то нужен. И потом, мощность экономазера упадет, так как часть тепла забирается пароперегревателем.


JJJJ



Просмотр профиля 8.2.2008, 18:18

Нет ничего невозможного если Заказчик адекватен и при деньгах

. И есть ли смысл городить пароперегреватель на выходе из котла, если все равно придется ставить догреватель на газу? Температурный напор на выходе из котла будет маленький, поэтому чтобы нагреть пар хотя бы до 280 градусов нужно будет большие теплопередающие поверхности, а это размеры и деньги. Если бы вопрос решался при этом, а так - все равно газовый котел то нужен. И потом, мощность экономазера упадет, так как часть тепла забирается пароперегревателем.
Эксплуатационные расходы должны снизиться. Топливо нынче денег стоит, кап. вложения должны окупиться быстро.


zeman

Устройство и принцип работы паровых котлов

Паровые котлы (ПК) - комплекс технологического взаимосвязанного оборудования установленного для выработки пара из питательной воды используемого в различных отраслях: энергетика, жилищно-коммунальное хозяйство, металлургия, нефте-химия, медицина и строительство.

По сферам применения они подразделяются на промышленные парогенераторы большой мощности и бытовые, которые могут работать на разных видах топлива, в том числе, как утилизационные установки для выработки вторичных энергоресурсов от выбросов тепла промышленными предприятиями.


Паровой котел с горелкой и шкафом управления

Паровой котел способен вырабатывать пар 2-х видов: насыщенный и перегретый. Существующие агрегаты различают по давлению пара в МПа: низкого до 1.0, среднего в диапазоне от 1.0 до 10.0, высокого свыше 14.0, сверхвысокого от 18 до 20 и сверхкритического более 22.5.

Насыщенный широко применяется в устройствах жилищно-коммунального хозяйства, а перегретый из-за своих опасных свойств и высоких требований к применению – исключительно на объектах промышленного масштаба.

Содержание Показать

Для каких целей нужен пар

Знание того, где используется паровой котел и с какими режимами, позволяет эффективно выбрать оборудование.

ПК применяются в таких отраслях:

  1. ЖКХ в центральном отоплении устанавливают модификации ПК низкого или среднего давления для парового отопления. Теплоноситель поступает либо непосредственно в сеть, либо через теплообменные аппараты подготавливает воду для центрального отопления и ГВС.
  2. Промышленность применяет более мощные парогенераторы, вырабатывающие перегретый пар с повышенной теплоотдачей.
  3. Энергетика, паровые котлы высокого давления участвуют в схемах генерации электроэнергии, передавая пар турбине.
  4. Промышленность, ПК обеспечивают механическое движение производственных аппаратов.
  5. Железнодорожный транспорт, ПК установлены на тепловозах.

Принцип работы парового котла

Для функционирования паровых котлов высокого давления используют химически обработанную воду, нагреваемую через пакеты экранных труб, под воздействием горячих уходящих газов, образующихся, как продукт от горения природного топлива.

С ростом температуры вода преобразуется в пар, поступающий на участок применения для передачи тепловой энергии или кинетической энергии струи.


Схематичное исполнение котла по выработке пара
  1. Природная вода поступает на водоподготовку, где проходит очистку от взвешенных веществ и умягчается. Затем она подается в баках химочищенной воды и подаётся в агрегат с помощью питательных насосов для паровых устройств.
  2. Прежде чем попасть в барабан питательная среда поступает через экономайзер – чугунное теплонагревающее устройство расположенное в хвостовой части агрегата для снижения температуры уходящих газов и повышения кпд парового котла.
  3. Из верхнего барабана вода по необогреваемым трубам попадает в нижний барабан, а поднимается из него по подъемным конвективным трубам в виде пароводяной смеси.
  4. В верхнем барабане проходит процесс его сепарации от влаги.
  5. Сухой пар через паропроводы направляется к потребителям.
  6. Если это парогенератор, то пар повторно проходит нагрев в пароперегревателе.

Устройство парового котла

Конструкцию ПК упрощенно можно представит, в виде емкости, где вода преобразовывается в пар. Она изготовлена из труб разного диаметра. Кроме трубной системы ПК имеет топочное пространство, в которой сжигают природное топливо.

Устройство парового котла и его конструктивные особенности, определяются видом топлива. Например, угольные топки оборудованы колосниками, на которых размещен горящий топливный слой, через них в топку поступает кислород.

Вверху топки установлен дымоход, создающий тягу в парогазовом тракте агрегата, чем поддерживается нормальный режим. Паровые котлы на газе имеют газовую или мазутную горелки.

Горячие уходящие газы, получаемые в процессе горения топлива, нагреваю воду до кипения, после этого с зеркала испарения начинает выделяться пар, поступающий потребителю, а дымовые газы через трубу уходят в атмосферу.

Главные конструкционные элементы паровых котельных связываются в одну целостную котловую систему с помощью гарнитуры, арматуры, циркуляционных насосов, КИПиА дымососов и вентиляторов.

Схема парового котлоагрегата


Схема движения теплоносителя

ПК устанавливаются в котельном зале, который может располагаться в отдельно стоящих, примыкающих и встроенных зданий нежилого назначения.

Обозначения по схеме:

  1. Система топливоподачи газового парового котла, No1.
  2. Устройство для горения - топка, No2.
  3. Циркуляционные трубы,No3.
  4. Зона пароводяной смеси, зеркало испарения,No4.
  5. Направление движения питательной воды, NoNo5,6 и 7.
  6. Перегородки, No8.
  7. Газоход, No9.
  8. Дымовая труба, No10.
  9. Выход циркуляционной воды, из емкости парового котла, No11.
  10. Слив продувочной воды, No12. водой, No13.
  11. Паровой коллектор, No14.
  12. Сепарация пара в барабане, NoNo15,16.
  13. Водоуказательные стекла, No17.
  14. Зона насыщенного пара, No18.
  15. Зона пароводяной смеси, No19.

Типы паровых котлов


ПК классифицируются по нескольким параметрам и их надо знать, потому что от этого зависит, как работает паровой котел.

По видам сжигаемого топлива:

  • газообразное топливо;
  • паровые котлы на твердом топливе;
  • жидкотопливные: мазут, солярка;
  • электрическая энергия.
    — участвует в схемах экономии топлива и переработки вторичного тепла, выбрасываемого в процессе производства или от уходящих газов на ТЭЦ.
  1. Энергетические – паровые котельные участвуют в схеме генерации электроэнергии, как источник пара для турбин, работают с высокими расходом и параметрами пара.
  2. Отопительные для центрального теплоснабжения и ГВС, на которые распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
  3. Промышленные – участвуют в производственных процессах предприятия.

Классификация паровых котлов по конструкции топки:

  1. Камерные – используют пылевидное топливо.
  2. Слоевые твердотопливные – сжигающие твердое топливо.

Водотрубные

Работа водотрубных котлов (ВК) характерна тем, что основной теплоноситель – питательная вода проходит по экранам, а топочные газы по межтрубному пространству. Достигая точки кипения, вода переходит в пар.

Эффективность парообразования зависят от схемы устройства экранных труб и типа циркуляции питательной воды, эти показатели учитывают, перед тем как рассчитать мощность. Самые применяемые схемы ВК — барабанные и прямоточные. Конструкция парового котла первого типа выполняется горизонтально или вертикально.

Типовая схема барабанного котла — топка ограниченная трубными экранами , пакеты которых внизу соединены коллекторами, а верх закреплен в верхнем барабане. Второй пучок котловых труб соединяет оба барабана ВК в один контур, работающий в зоне более низких температур.

Тепло от сгорания топлива через трубную систему передается конвекцией и радиацией воде, пароводяная смесь поступает в верхний барабан, где происходит сепарация пара от влаги.

Освобожденная вода в нижний барабан и топочные коллекторы. Скорость циркуляции внутреннего контура ВК зависит от его типа. Самые популярны на российском рынке котлы с естественной циркуляцией.


Производство паровых котлов выполняют на Бийском котельном заводе: ДКВР-2,5; 4; 6,5; 10; 20.

Жаротрубные

Газотрубные или жаротрубные котлы – это ВК «наоборот», то есть вода движется по межтрубному пространству, а уходящие газы в одной или нескольких трубах. Эти паровые котлы малой мощности остались в эксплуатации от довоенного периода 19 века.

Процесс получения пара:

  1. Топка размещена непосредственно в трубной части котла, где протекает горение топливной смеси и образование дымовых газов.
  2. Эти устройства ы изготавливаются с жаровыми или дымогарными трубами.
  3. В первом процесс горения протекает прямо в трубе, для чего на входе устанавливают газомазутная горелка с вентилятором, способствующему равномерному сжиганию по длине топки.
  4. В дымогарных трубах, топливо непосредственно не сжигают, а вода нагревается за счет нагретых дымовых газов.

Для этих котлов с давлением пара ниже 0.7 Мпа не распространяется правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. Котловая вода, движется по межтрубному пространству и нагреваясь превращается в пар, процесс завершается в верхней части котла и с помощью перепускного клапана пар переходит в магистраль.

Дизельные котлы имеют ограничение по температуре уходящих газов на выходе до 150 С. Это требование вызвано необходимостью технологического обеспечения тяги в дымовых трубах. Этот факт снижает мощность котлов — порядка 400 кВт, с давлением пара до 10 кгс/см2.

Чугунные секционированные

Котлы с чугунными пакетами или секциями широко распространены в сетях отопления и ГВС. Конструкция таких агрегатов имеет преимущества из-за возможности быстрой сборки или демонтажа, а также простого увеличения мощность котла путем добавления секций.

Эксплуатация паровых котлов при удачной конструкции, имеет существенный недостаток, в случае поломки одного пакета, придется демонтировать все секции агрегата.

Для владельцев котлов не требуется разрешительных документов, поскольку на них не распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Эти котлы эффективные, и быстро разогреваются, поскольку топочная камера образуются непосредственно внутренними поверхностями секций.

Блоки хорошо противостоят коррозионным процессам в агрессивной среде дымовых газов и обладают повышенной теплопроводностью, но не способны работать при высоких параметрах пара, максимальные показатели по давлению менее 100 кПа, по мощности не более 200 кВт, паропроизводительность – до 4,3 т/час, расход твердого топлива - 300 кг/ час.

Прямоточные

Прямоточные паровые агрегаты относятся к вертикальным паровым котлам и сконструированы так, чтобы вода в экранных трубах принудительно выполнила только один цикл и при этом полностью перешла в парообразное состояние, поэтому в этих типах парогенераторах кратность циркуляции равняется 1.

Такие котлы конструктивно намного проще и не требуют сложной автоматики процесса горения. Они энергонезависимы и не могут обходиться без питательного насоса, поэтому намного взрывоопаснее циркуляционных котлов, при том, что их тепловая эффективность и производства пара невысоки.


Прямоточная установка

В прямоточном агрегате движение воды происходит благодаря гравитационной конвекции, поскольку вода тяжелее пара. В последнее время, для устройств, наработавших нормативный ресурс, для снижения нагрузки выполняют перевод паровых котлов в водогрейный режим.

Особенности работы одновиткового ПК:

  1. Топка выполнена из труб, которые обогреваются дымовыми газами.
  2. В нижнюю часть водяного контура нагрева поступает котловая вода, а из противоположной верхней отбирается сухой пар.
  3. В экономайзере поступающий теплоноситель подогревается до температуры насыщения, а в экранных трубах и перегревательном контуре – происходит дальнейший рост параметров пара до проектных значений.
  4. Эти поверхности не имеют четкого разделения между собой, а геометрия их зависит от проектной нагрузки агрегата. С уменьшением температуры уходящих газов и увеличения скорости котловой воды границы экономайзера и испарителя смещаются, а длина соответственно растет и наоборот.
  5. Паропроизводительность ограничена ростом гидравлических сопротивлений и не может быть более 10 т/ч. Для более мощных котлов, требуется многовитковые конструкции агрегата.

Паровые БМК

Блочно-модульная котельная (БМК) изготовленная в виде компактного модуля с полным набором вспомогательного оборудования.

Она предназначена для отопления и ГВС, а также выработки пара на технологические нужды предприятий, расположенных в районах с энергодефицитом. БМК не требует постоянного участия оперативного персона, а в случае аварийной ситуации срабатывает защита с сигнализацией.

Работа агрегата полностью автоматизирована: датчики следят за внутренней температурой помещения, данные передаются на пульт управления, где происходит корректировка работы БМК.

Блок может оперативно подключаться к действующей системе отопления в качестве независимого аварийного источника тепловой энергии.

Транспортировка к месту монтажа БМК выполняется в полной заводской готовности и с дымовой трубой, на месте ее только подключают к действующим инженерным сетям. Такая заводская сборка сводит к минимуму монтажно-наладочные работы и повышает КПД установки до 93%.

Схема обвязки парового котла


Типовая схема обвязки ПК зависит от типа парогенератора и его рабочих параметров.

Для систем центрального теплоснабжения системы жилищно-коммунального хозяйства типовая схема состоит:

  1. Парогенератор. .
  2. Умягчитель по схеме химической очистки.
  3. Дозатор и бак реагентов.
  4. Ресивер.
  5. Регулируляторы давления.
  6. Насос подачи питательной воды в котел.
  7. Насос подачи воды из деаэратора в ресивер.

В конструкцию котла также могут входить:

  • пароперегреватель — для повышения температуры насыщенного пара; и внутрибарабанные устройства — для удаления влаги из пара.

Как правильно эксплуатировать

Паровые котлы относятся к объектам повышенной опасности, поэтому многими нормативными документами котлонадзора, проектом установки, технической документацией завода-изготовителя и правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов закреплены требования по безопасной эксплуатации таких сосудов, которые обязаны выполнять ответственные должностные лица и обслуживающий персонал.

Безопасная эксплуатация начинается с химической водоподготовки воды, которая имеет важное значение для технического обслуживания современных парогенераторов и котлов. Минеральные соли, содержащиеся в природной воде, при температуре выше 70 оС, образуют накипь на внутренних поверхностях труб.

Это приводит к ухудшению теплопередачи от дымовых газов к питательной воде, она перестает охлаждать трубы, которые перегреваются, перегорают в следствии чего, образуется разрыв стен, резкое падение давления во внутреннем контуре агрегата, мгновенное парообразование перегретой воды и взрыв котла.

Уровень очистки сырой воды зависит от источника водоснабжения и устанавливается специалистами в проекте водоподготовки котлоагрегата, где описаны не только режимы, но и схема подключения с необходимым оборудованием.

Управление котлов бывает ручным и автоматизированным. Современные ПК без автоматики и защиты безопасности к эксплуатации не допускаются. Ручное управление с защитой безопасности допускаются только в маломощных угольных котлах низкого давления.

Структура управления котла:

  1. Устройства розжига и отключения горения топлива.
  2. Регулирования расходов: топливо, воздух и вода.
  3. Сбор и анализ данных работы ПК.
  4. Система аварийной остановки котла.

Обслуживание

Ремонт и обслуживание паровых котельных выполняется в соответствии с законодательными нормами и рекомендациями заводов-изготовителей промышленных паровых котлов, строго по отраслевым и производственным инструкцияма, а также согласно правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Техобслуживание ПК в общем случае включает следующие виды работ:

  1. Плановые осмотры работоспособности котельного оборудования, по графику.
  2. Определение нарушений работы котла: перегревы, возгорания, засорения.
  3. Устранение нарушений правил пожарной безопасностм и условий препятствующих безопасной эксплуатации.
  4. Проверка целостности парогазовых систем с последующим устранением неисправностей в арматуре.
  5. Проверка питательной системы котлоагрегата.
  6. Проверка плотности газовоздушного тракта и отсутствие несистемных шумов в топке.
  7. Профосмотр и проверка вспомогательного оборудования.
  8. Проверка работы КИП и А, дифманометров, систем безопасности и аварийной сигнализации.
  9. Контроль за работой насосов, дымососов, вентиляторов и проверка их блоков управления.
  10. Проверка работы электрооборудования и автоматики защиты.
  11. Проверка работы гарнитуры котла.
  12. Проверка работы водоподготовительных устройств и деаэратора паровой котельной.

Российский рынок имеет достаточно предложений, как от отечественных, так и от зарубежных производителей современных паровых котлов, выбор определяется техническим заданием на проектирование, чтобы специалисты смогли подобрать оптимальные варианты оборудования.

Что такое насыщенный и перегретый пар

Термины насыщенный пар и перегретый пар относятся к термодинамическому состоянию воды. Вода и пар являются средами, используемыми для теплообмена в котловых установках благодаря своей доступности и высокой теплоемкости. Особенно эффективно передавать тепло посредством испарения и конденсации воды, которая обладает большой скрытой теплоты испарения.


Насыщенный пар (НП) и перегретый пар (ПП) относятся к определенному давлению среды. Первый НП может существовать во влажном и сухом состоянии, а перегретый ПП – только в сухом, поскольку не может содержать в своем составе частиц воды.

Чаще всего эти понятия применяются в теплоэнергетике, для расчета термодинамических циклов в контуре парового котла и в паровых турбинах, генерирующих электрическую энергию на ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС и АЭС.

Содержание Показать

Что такое насыщенный пар

Водяной пар, пребывающий в термодинамическом равновесии с котловой водой, является насыщенным. Это формулировка дает понимание того, что давление насыщенного пара при температуре может иметь только одно значение


В котлоагрегатах парообразование протекает при постоянном давлении и подводе тепла к котловой воде от уходящих газов. Этот процесс базируется на следующих последовательных стадиях: подпитка котла водой, подогрев ее до температуры точки насыщения, и образование сухого насыщенного пара, когда вся жидкость испаряется из него.

В паровых котлах питательная вода, пройдя через экономайзер, попадает в барабан. Из него более холодные потоки под воздействием силы тяжести опускаются по необогреваемым трубам, а поднимаются по подъёмным топочным экранам обогреваемые более горячими дымовыми газами.

Здесь начинается процесс парообразования, поскольку температура воды достигает значения точки насыщения при рабочем давлении в котлоагрегате.

Плотность пароводяной смеси в экранных пакетах уменьшается и становится ниже плотности воды в опускных трубах, что создает напор для движения пароводяной смеси по экранам в барабан, где смесь сепарируется на воду и пар.

В закрытой поверхности нагрева при не меняющейся температуре в точке насыщения устанавливается термодинамическое равновесие между котловой водой и водяным паром. Число молекул пара, выделяющихся из поверхности воды за определенное время, будет равняться числу молекул сконденсированного пара, которые перейдут обратно в воду в барабане котла.

Давление насыщенного пара

Давление насыщения в котле зависит от температуры котловой воды в равновесном термодинамическом состоянии. При росте давления, пар сжимается и баланс нарушается. Плотность пара первоначально несколько возрастает, и из паровой среды в котловую воду будет переходить больше молекул конденсата, чем наоборот.


Поскольку количество молекул, переходящих из воды в единицу времени связано исключительно с температурой, то сжатие паровой среды не будет влиять на изменение этого числа.

Процесс будет протекать пока не возникнет термодинамическое равновесие, а следовательно, и концентрация возвращающихся молекул не достигнет первоначального уровня. Таким образом, Тнп напрямую зависит от давления насыщения в котле.

Таблица насыщенного пара

Характеристики сухого НП, приводятся в Таблице водяного пара. В ней указывают Т (С), при точке кипения котловой воды и давление (кПа и мм. рт.ст.) при которой этот процесс протекает.


Дополнительно в таблице могут указываться и другие параметры пара:

  • eдельный объем, м3/кг;
  • плотность, кг/м3;
  • удельная энтальпия, кДж/кг
  • удельная теплота парообразования, кДж/кг.

Плотность насыщенного пара

Плотность НП определяют по формуле.

D st = 216,49 * P / (Z st * (t + 273))

  • D st - плотность насыщенного пара в кг / м3;
  • P- абсолютное давление пара в барах;
  • t - температура в градусах Цельсия;
  • Z st - коэффициент сжимаемости насыщенного пара при Р и t.

В этом уравнении символ «Z st» обозначает коэффициент сжимаемости насыщенного пара при абсолютной величине давления насыщенного водяного пара P, бар. Это удобное уравнение действительно для диапазона давления пара от 0,012 до 165 бар, с соответствующим диапазоном температур насыщения от 10 до 360 С.

Влажность насыщенного пара

Когда котлоагрегат нагревает воду, пузырьки, прорывающиеся через слой воды, захватываются паром. Влажный пар определяется как пар, в котором вода присутствует в виде микрокапель паров воды. В этом случае соотношение может составлять от 0 до 1. Если пар имеет 20 % воды по объему — он считается сухим на 80% или имеет долю сухости 0,8.

Таблицы НП содержит значения, такие как температура, энтальпия и удельный объем для сухого НП, но не для влажного. Для того чтобы их определить потребуется воспользоваться формулами, учитывая соотношение двух сред:

Удельный объем (v) мокрого пара

v = X * v g + (1 - X) * v f

  • X = сухость (% / 100);
  • v f = удельный объем жидкости;
  • v g = удельный объем НП.

Удельная энтальпия пара сухостью Х:

h = h f + X * h fg

  • X = сухость (%);
  • h f = удельная энтальпия жидкости;
  • h fg = удельная энтальпия НП.

Чем влажнее пар, тем ниже значения удельного объема, теплосодержание, энтальпия и энтропия. Таким образом сухость пара оказывает существенное влияние на все эти значения.

Задачей теплоэнергетиков является организация процессов парообразования в котле с сухостью 100%. Для этого в барабанах котлов устанавливают специальные сепарационные устройства, отделяющие пар от воды.

Перегретый пар

Перегретый пар — это пар с температурой, превышающей его температуру кипения при абсолютном давлении, при котором проводились измерение температуры. Давление и температура перегретого пара не зависят друг от друга, поскольку температура может увеличиваться, в то время как давление остается постоянным.


Процесс перегрева водяного пара на диаграмме Ts представлен на рисунке между состоянием E и кривой насыщенного пара. Чтобы оценить тепловую эффективность цикла, энтальпия должна быть получена из таблиц перегретого пара.

Процесс перегрева — единственный способ увеличить пиковую температуру цикла Ренкина и повысить эффективность без увеличения давления в котле. Это требует добавления в конструкцию котла особого теплообменника, называемого пароперегревателем.

В пароперегревателе дальнейший нагрев при фиксированном давлении приводит к увеличению, как температуры, так и удельного объема. Наибольшее значение перегретого пара заключается в его огромной внутренней энергии, которая может быть использована для кинетической реакции для движения лопастей турбины, создающих вращательное движение вала.

Температура перегретого пара

Характеристики перегретого пара (ПП) аналогичны идеальному газу, но не равны насыщенному пару. Поскольку ПП не обладает зависимостью между температурой и давлением, при конкретном давлении он может вырабатываться в широком температурном диапазоне, что будет зависеть от площади нагрева пароперегревателя.

Перегретый пар отличается от насыщенного такими преимуществами:

  • gри равном давлении насыщения он обладает намного большей температурой;
  • обладает большим удельным объемом, что дает экономию энергоресурсов при использовании;
  • при снижении он не конденсируется, пока температура не упадет ниже точки насыщения при давлении среды.
Методы регулирования температуры перегретого пара


Довольно часто для технологических процессов, требуется получение перегретого пара строго определенной температуры. Для того чтобы снять ее излишки, обычно используют три метода воздействия на температуру ПП:

  • cмешивание разных температурных потоков, когда в ПП впрыскивают котловую воду или паровой теплоноситель меньшего теплосодержания;
  • поверхностное охлаждение, заключается в перенаправление ПП через систему специальных теплообменных аппаратов, выполняющих роль охладителей;
  • изменение тепловосприятия потока, реализуется через изменение температуры или расхода уходящих котловых газов.

В теплоэнергетике в котлах высокого давления наиболее часто применяют первый метод, путем впрыскивания в поток ПП питательной воды или конденсата от турбогенератора. Впрыском насыщенного пара, как правило, регулируют температуру вторичного перегрева пара.

Получение перегретого пара

Пароперегреватель устройство, устанавливаемый в котлоагрегате, вырабатывает перегретый пар с параметрами, превышающими температуру насыщения в барабане котла. Он относится к особо критичным котловым элементам, поскольку из-за высоких температур ПП металл конструкции функционирует в предельно-допустимых условиях.


Пароперегреватели бывают основного типа, работающие в зоне сверхкритического давления и промежуточного типа, которые направляют пар отработанный в турбине для промперегрева.

Кроме того пароперегреватели классифицируются по тепловосприятию на конвективные, установленные в конвективной части котла, радиационные — расположены около топочных экранов и ширмовые — установленные в верхней части топки. По направлению движения потоков ПП и уходящих котловых газов выпускают ПП : прямоточные, противоточные и смешанные.

Использование перегретого пара в технике

В современных паровых турбинах применяют ПП с температурой перегретого пара существенно выше критической (374C).

Перегретый пар используется в турбинах для повышения теплового КПД. Другое использование перегретого пара:

  • Пищевые технологии.
  • Технологии очистки.
  • Катализ / химическая обработка.
  • Технологии поверхностной сушки.
  • Технологии отверждения.
  • Энергетика.
  • Нанотехнологии.

Котлы перегретого пара

В России применяется ГОСТ 3619-76 на паровые котлоагрегаты, в котором установлены параметры насыщенного и перегретого пара, а также паровая производительность и температура воды для питания котла.

Современная российская энергетика использует котлоагрегаты производительностью вырабатывающих 1000/1650/2650/3950 т/ч пара для турбогенераторов соответствующей мощностью 300/500/800/1200 МВт, работающих на сверхкритических параметрах по давлению 25,5 МПа и Тпп=545С.


Схема котла с пароперегревателем

Энергетические котлы классифицируются по давлению пара — высокого от 10 до 14 МПа и сверхкритического свыше 25,5 МПа. Котлоагрегаты сверхвысокого давления, обычно, выполняют с вторичным перегревом пара.

Паровые котлоагрегаты малой и средней паропроизводительности используются для производства насыщенного и перегретого пара с характеристиками до 3,9 МПа и Т=450 С. Они эксплуатируются на промпредприятиях и в жилищно-коммунальном хозяйстве для производственно-технологических нужд и в системах центрального теплоснабжения.

Типичными представителями агрегатов данной категории являются котел Е (ДЕ) производительностью пара от 1 до 25 т/ч, Е (КЕ) производительностью пара до 25 т/ч с газомазутной горелкой и ДКВР производительностью до 20 т/ч. Их применение – источники тепловой энергии для центрального теплоснабжения с параметрами насыщенного и перегретого пара.

Принципы регулирования давления пара в котлах. Топливные системы паровых котлов

Давление пара, вырабатываемого котлом, находится в прямой зависимости от расхода топлива, подаваемого для сжигания в топку. Чем больше расход топлива, тем более высокое давление пара можно поддерживать в котле при неизменной его паропроизводительности. И наоборот, при постоянном давлении пара за счет изменения расхода топлива можно изменять паропроизводительность котла.

Таким образом, регулирование давления пара сводится к регулированию подачи топлива в топку котла. Принцип построения систем регулирования давления пара в паровых котлах основан на сравнении заданного значения давления пара с фактическим, и изменения количества подаваемого топлива в топку котла в соответствии с расхождением этих значений.

Регулирование расхода топлива в паровых котлах можно производить следующими способами:

  • изменением количества включенных в работу форсунок котла при постоянной производительности каждой из них (нерегулируемые форсунки); Данный способ не позволяет осуществить плавное регулирование расхода топлива, так как при включении очередной форсунки подача топлива в топку котла увеличивается на фиксированную величину, равную производительности включенной в работу форсунки;
  • изменением производительности самих форсунок (регулируемые форсунки). При осуществлении такого способа регулирования возможны три варианта:
    • 1. Регулирование подачи топлива в топку за счет изменения давления топлива перед форсунками котла;
    • 2. Регулирование подачи топлива в топку за счет изменения геометрических характеристик самой форсунки (проходного сечения топливного канала и др.);
    • 3. Регулирование подачи топлива в топку котла за счет слива части топлива из топливного канала форсунки;

    В судовых котельных установках в большинстве случаев применяются следующие способы регулирования давления пара:

    1. На всех нагрузках работают все форсунки котла, перед которыми одновременно меняется давление топлива с помощью регулирующего топливного золотника;

    2. Регулирование осуществляется включением и выключением нерегулируемых форсунок с одновременным изменением расхода топлива путем слива части его из каналов регулируемых форсунок;

    3. Регулирование осуществляется включением и выключением части форсунок с одновременным изменением давления топлива перед форсунками с помощью программного регулятора давления топлива;

    Топливная система котла предназначена для непрерывной подачи топлива в топку в количестве, обеспечивающем поддержание заданного давления пара, с температурой, обеспечивающей качественное распыливание топлива в топочных устройствах.

    Принципиальная схема топливной системы зависит от типа примененных форсунок (регулируемые, нерегулируемые или их комбинация), и используемого варианта регулирования давления пара. Ниже приведены две типовые схемы топливных систем судовых котельных установок с постоянным и переменным давлением топлива перед форсунками.

    В топливной системе с постоянным давлением топлива (рис. 34.а) топливо из расходной топливной цистерны через фильтр ФХН основным топливным насосом ТНН подается к нефтеподогревателю. Температура топлива за нефтеподогревателем поддерживается в заданных пределах регулятором РТН путем воздействия на клапан подачи греющего пара в нефтеподогреватель. Постоянное давление топлива за топливными насосами поддерживается регулятором РДТ воздействием на клапан слива топлива в топливную цистерну. После нефтеподогревателя подогретое топливо, пройдя через фильтр ФГН и быстрозапорный топливный клапан, поступает к топливному блоку. В РДП происходит сравнение заданного значения давления пара с фактическим. Рассогласование сигналов заданного и фактического значений давления пара поступает от РДП на механический привод, и от него – к золотникам топливного блока, к регулятору давления воздуха и к клапану слива топлива из форсунок, установленному на сливной топливной магистрали. Топливный блок осуществляет включение-отключение топливных форсунок в соответствии с заданной нагрузкой котла и распределение топлива по включенным форсункам. Изменение расхода топлива, подаваемого в топку котла, осуществляется сливом части топлива из форсунок в РТЦ.




    Резервный насос ЭНН включается в работу автоматически при выходе из строя основного топливного насоса, и в режимах работы котла, близких к полным нагрузкам, когда производительности основного насоса становится недостаточно для обеспечения заданной паропроизводительности (давления пара). Для обеспечения соответствия между подачами топлива и воздуха, с механического привода РДП управляющий сигнал выдается на регулятор давления воздуха РДВ.

    Работа топливной системы котлов с переменным давлением топлива (рис. 34.б) во многом схожа с работой рассмотренной выше топливной системы. Плавность регулирования расхода топлива достигается согласованными действиями регулирующего топливного золотника, регулятора перепада давления топлива, программного регулятора давления топлива, управляющего устройства сервоприводами топочных устройств и топливных насосов.

    Для увеличения нагрузки котла увеличивается проходное сечение РТЗ, что приводит к повышению расхода топлива на топочные устройства. Линейная зависимость расхода топлива от проходного сечения РТЗ обеспечивается поддержанием на нем постоянного перепада давления топлива регулятором РПДТ, воздействующим на дроссельный золотник ДЗ. В момент включения очередной форсунки давление топлива перед форсунками резко падает для обеспечения постоянной величины расхода топлива. На участках между точками включения форсунок, а также после включения всех форсунок плавное увеличение расхода топлива достигается повышением его давления. Регулирование давления топлива происходит с помощью изменения режима работы ТНН, а точность его поддержания обеспечивается программным регулятором давления топлива путем слива части топлива в топливную цистерну.

    Топливный блок управляет изменением подачи пара на турбопривод ТНН, открытием-закрытием регистров ВНУ, включением-выключением очередной форсунки, автоматическим включением-отключением резервного ЭНН. Для обеспечения соответствия между подачами топлива и воздуха, с механического привода РДП управляющий сигнал выдается на регулятор расхода воздуха РРВ системы подачи воздуха в котел.

    Литература

    Судовые энергетические установки. Котлотурбинные энергетические установки. Болдырев О.Н. [2004]

    Регулирование подачи воздуха в паровых котлах. Воздушные системы паровых котлов

    Воздушная система предназначена для подачи в топку котла воздуха в количестве, обеспечивающем качественное сгорание топлива с необходимым коэффициентом избытка воздуха.

    Для обеспечения качественного сгорания топлива и экономичной работы котла коэффициент избытка воздуха в должен находиться в пределах α = 1,05 ÷ 1,15. Снижение коэффициента избытка воздуха приводит к неполноте сгорания топлива (увеличению потери Q3), образованию сажистых отложений на поверхностях нагрева и снижению КПД котла.

    Увеличение коэффициента избытка воздуха приводит к дополнительным потерям теплоты с уходящими газами – Q2 .

    Принципы регулирования подачи воздуха в котлах с вентиляторным дутьем и в высоконапорных котлах имеют свои особенности.

    В котлах с вентиляторным дутьем основным элементом системы подачи воздуха является регулятор давления воздуха – РДВ (рис. 35). В этом регуляторе суммируются сигналы по давлению атмосферного воздуха – рА , избыточному давлению воздуха в коробе котла – рК , и сигнал заданного значения нагрузки котла, поступающий от РДП. Суммарный сигнал выдается на регулирующий орган. В главных котлах регулирующим органом обычно является клапан подачи пара на турбину котельного турбовентилятора – ТВК (рис. 35.а). В котельных установках, у которых в воздушных системах используются электровентиляторы, регулирующим органом является привод воздушной заслонки, расположенной за котельным вентилятором (рис. 35.б).

    Схема регулирования подачи воздуха в котлах с вентиляторным дутьем

    Для обеспечения бездымного сгорания топлива регулятор воздушной системы котла должен производить опережающую подачу воздуха при наборе нагрузки котла (включении очередной форсунки). С этой целью при увеличении нагрузки система регулирования обеспечивает предварительный разгон турбовентилятора (открытие воздушной заслонки), затем осуществляет открытие с помощью сервопривода регистров ВНУ соответствующей форсунки, и в последнюю очередь увеличивает подачу топлива на форсунки. При сбросе нагрузки котла сначала происходит уменьшение расхода топлива через форсунки (отключение форсунки), затем закрытие соответствующего ВНУ, и в последнюю очередь – воздействие на регулирующий орган (уменьшение подачи воздуха от котельного вентилятора).

    В высоконапорных котлах основным элементом воздушной системы является регулятор расхода воздуха – РРВ (рис. 36). В отличие от РДВ, в РРВ измеряется перепад давлений на газовом импульсе котла: разность давления воздуха на выходе из компрессора ТНА, и давления газов в газоходе котла перед газовой турбиной. Объектом регулирования является турбокомпрессор ТНА, приводимый во вращение газовой и добавительной паровой турбинами. На режиме работы ВНК, когда мощность газовой турбины равна потребной мощности компрессора, работа компрессора осуществляется только за счет работы газовой турбины. При уменьшении нагрузки котла уменьшаются расход и температура газов, поступающих в газовую турбину, снижается мощность газовой турбины, и в работу автоматически включается добавительная паровая турбина, которая компенсирует недостаток мощности газовой турбины для привода компрессора. При увеличении нагрузки котла регулятор РРВ воздействует на сопловые клапаны добавительной паровой турбины, прикрывая их. После полного закрытия клапанов подачи пара на добавительную паровую турбину и дальнейшем наборе нагрузки, воздействие РРВ осуществляется на воздушную регулирующую заслонку, стравливающую часть «лишнего» воздуха на выходе из компрессора в атмосферу или на всасывание турбокомпрессора.

    Схема регулирования подачи воздуха в высоконапорных котлах

    Как и в котлах с вентиляторным дутьем, в ВНК с целью обеспечения бездымного сгорания топлива система регулирования осуществляет опережающую подачу воздуха при наборе нагрузки и опережающее снижение подачи топлива при сбросе нагрузки котла.

    Литература

    Судовые энергетические установки. Котлотурбинные энергетические установки. Болдырев О.Н. [2004]

    Читайте также: