Fierbător cu aburi

Cazan de abur  - un cazan conceput pentru a genera abur saturat sau supraîncălzit . Poate folosi energia combustibilului ars în cuptorul său , energia electrică ( cazan electric cu abur ) sau poate folosi căldura degajată în alte instalații ( cazane de căldură reziduală ).

Istorie

Primul cazan pentru producerea de abur poate fi considerat cazanul eroinei eolipil (secolul I d.Hr.). Denis Papin la sfârșitul secolului al XVII-lea a inventat și a folosit prima dată supapa de siguranță . Utilizarea practic semnificativă a cazanelor cu abur începe cu pompa de condens a lui Thomas Savery , inventată în secolul al XVIII-lea, și cu motorul atmosferic al lui Newcomen .

Cazane timpurii de suprafață mică [1]

Cazanul mașinii lui Newcomen era un vas cu o formă apropiată de sferică, de aproximativ trei metri (10 picioare) în diametru, cu fundul convex din interior, formând bolta cuptorului. Astfel, fundul cazanului a fost încălzit prin flacără și radiații , iar pereții laterali au fost încălziți cu produse fierbinți de ardere care trec prin canalele căptușelii de cărămidă . Prin urmare, deja în acest cazan este posibil să se găsească suprafețe de schimb de căldură radiative și prin convecție. Mașina lui Newcomen folosea abur saturat la presiunea atmosferică, nu era necesară nici o capacitate mare a aburului, nici puterea cazanului și era făcută din cupru. Cazanul era echipat cu robinet de evacuare și supapă de siguranță.

Watt prin ridicarea presiunii aburului din mașinile sale la 1,5 atm. și mai mult, mutate în cazane în formă de cutie, strânse în interior pentru a contracara forța. Pentru a reduce costurile, au început să fie fabricate cazane din fier. Erau încă încălzite afară.

Cazane cu tuburi de foc [1]

Pentru a crește suprafața de încălzire și, în consecință, capacitatea de abur, cazanele au început să fie străpunse cu unul (“ Cornwall boilers”, Trevithick , 1815) sau două sau trei (“ Lancashire boilers”, Fairbairn , 1845) tuburi late de flacără, crescând suprafata de schimb de caldura. Creșterea presiunii până la 6 atm. iar mai mult a dus la trecerea la cazane cilindrice nituite din tabla. Oțelul ductil cu conținut scăzut de carbon ( oțel 1 ) a făcut posibilă rezolvarea cu succes a supraîncălzirii locale. Îndepărtarea produselor de ardere din tuburile de flacără de sub cazan a făcut posibilă obținerea unei suprafețe suplimentare de fierbere și creșterea producției de abur, în timp ce îndepărtarea deasupra cazanului a făcut posibilă uscarea și supraîncălzirea oarecum a aburului saturat. Cazanele de tip Lancashire cu tuburi de flacără orizontale și verticale au fost utilizate în mod activ de mai bine de 100 de ani și sunt încă folosite ocazional în instalații de putere redusă și generatoare de abur. O variație a cazanului de tip vertical Cornish poate fi considerată un samovar .

Cazane cu tuburi de foc [1]

Cazanele cu numeroase tuburi de foc înguste au fost dezvoltate pentru primele locomotive cu abur de succes, prima fiind cazanul cu 20 de tuburi de la Booth pentru locomotiva lui Stephenson Rocket . Pentru locomotiva cu abur Planet, Stephenson a folosit un cazan îmbunătățit, în care apa înconjura cuptorul, astfel încât să fie folosită nu numai convecția, ci și suprafața de încălzire prin radiație, iar producția de abur a cazanului a crescut. Fără modificări fundamentale, cazanele cu multe tuburi de foc au fost folosite pe locomotivele cu abur până la sfârșitul erei aburului pe căile ferate.

Cu dispozitivul din cazanul Lancashire de tuburi de foc subțiri după tuburi de flacără largi, Stevens a creat un tip de cazan care a fost utilizat pe scară largă în centralele marine cu abur.

Cazane cu tuburi de apă [1]

Creșterea suplimentară a presiunii în centralele mari cu abur a fost limitată de rezistența carcasei cazanului . Pentru a rezolva această problemă, precum și pentru a dezvolta și mai mult suprafața de încălzire, au fost inventate cazane cu tub de apă de tip tambur. În ele, vaporizarea are loc în conductele spălate de un curent de gaze fierbinți (suprafața de convecție) sau încălzite prin radiația flăcării în cuptor (suprafața de radiație). Un corp cilindric mare face loc unuia sau mai multor butoaie mici în care apa este separată de abur. Circulația în cazan are loc fie în mod natural , datorită diferenței de greutate specifică a apei în covoare și a amestecului apă-abur din coloane, fie artificial, folosind pompe. La presiuni de până la 30 atm. se folosesc tobe sudate cu grosimea peretelui de 30 mm , pentru presiuni mai mari - tamburi fără sudură. În același timp, o gaură centrală este străpunsă într-o țagle cilindrice de oțel pe o presă și apoi, de asemenea, pe prese, este forjat un tambur cu o grosime a peretelui de 100 mm sau mai mult . Capetele tamburului sunt îngustate la dimensiunea trapelor de serviciu. Țevile folosite sunt fără sudură .

În cazane apar supraîncălzitoare cu abur (pentru a evita condensarea aburului în turbină în timpul expansiunii și răcirii acesteia), iar la capătul coșului sunt instalate economizoare pentru încălzirea apei de alimentare.

Există multe tipuri de cazane cu tub de apă cu tambur (instalații Babcock și Wilcox cu un singur tambur, modificări cu mai multe tamburi ale cazanelor Sterling , cazane La Monta cu circulație forțată etc.)

Cazane cu trecere unică [1]

Sunt o dezvoltare ulterioară a cazanelor cu tuburi de apă cu circulație forțată, când circulația multiplă a fost complet abandonată: apa de alimentare intră în cazan sub presiunea de funcționare creată de pompă și, pe măsură ce trece prin conducte, se încălzește și se evaporă complet. Sistemul are caracteristici specifice ridicate, dar necesită o pompă de înaltă presiune și un sistem perfect de tratare a apei , deoarece nu are tamburi, în care se depun de obicei murdăria și depunerile .

Teoria cazanului [1]

Principalii indicatori tehnici și economici ai funcționării cazanului sunt:

  • eficiența acestuia (raportul dintre căldura transportată de abur și căldura dezvoltată în timpul arderii combustibilului),
  • debit specific de abur în kg/h per 1 m² de suprafață de schimb de căldură,
  • costuri de capital specifice pentru producerea de abur 1 t/h .

Funcționarea cazanului poate fi analizată cel mai clar prin caracteristica sa de funcționare, care arată schimbul de căldură în cazan în diferite părți ale suprafeței sale de lucru. Caracteristica arată că, cu cât un metru pătrat al suprafeței de schimb de căldură este mai aproape de cuptor, cu atât fluxul de căldură trece prin acesta (deoarece diferența de temperatură dintre gaze și apa din cazan este mai mare). În zonele de la capătul coșului de fum, cu o diferență mică de temperatură între gaze și apă, sunt necesare suprafețe mai mari de schimb de căldură pentru a obține aceeași cantitate de căldură, astfel încât cazanul cu cel mai mare randament nu este întotdeauna cel mai fezabil din punct de vedere economic: uneori, dorința de a obține ultimele câteva procente din căldura gazelor este prea scumpă. Prin urmare, economizoarele pentru încălzirea apei de alimentare și încălzitoarele de aer sunt dispuse la capătul coșurilor de fum, dar nu suprafețe scumpe de evaporare.

Clasificare

Cu programare:

În funcție de mișcarea relativă a mediilor de schimb de căldură (gaze de ardere, apă și abur), cazanele de abur pot fi împărțite în două grupe:

Cazanele cu tuburi de apă conform principiului mișcării apei și amestecului de apă-abur sunt împărțite în:

  • tambur (cu naturală și forțată într-o singură trecere prin suprafețele de evaporare, doar o parte din apă se evaporă, restul se întoarce în tambur și trece prin suprafețe în mod repetat )
  • o singură dată (mediul dintre intrarea și ieșirea cazanului se mișcă secvenţial fără a reveni)

În generatoarele de abur cu tuburi de apă, apa și un amestec de abur și apă se deplasează în interiorul conductelor, iar gazele de ardere spală conductele din exterior. În Rusia, în secolul al XX-lea , cazanele cu tuburi de apă ale lui Shuhov erau folosite în mod predominant . În conductele de gaz, dimpotrivă, gazele de ardere se deplasează în interiorul conductelor, iar lichidul de răcire spală conductele din exterior.

În funcție de tipul dispozitivelor de ardere, cazanul de abur este împărțit în:

  • Stratificați focarele
    • cu un strat gros
    • pat fluidizat
  • Cuptoare cu camera
    • flare cu flux direct
    • ciclon.

În funcție de tipul de combustibil ars, acestea sunt împărțite în:

  • Cazane cu abur care funcționează pe combustibili gazoși.
  • Cazane cu abur care funcționează cu combustibil solizi.
  • Cazane cu abur care funcționează cu combustibil lichid (păcură sau motorină).
  • Cazane cu abur alimentate cu energie electrica.

Cazanele cu structură de cameră a cuptorului ard combustibil pulverizat, în timp ce cele cu structură stratificată ard combustibil solid.

Notație

Conform copiei de arhivă GOST 3619-89 din 5 iunie 2012 la Wayback Machine , cazanele de abur staționare au următoarea structură de desemnare:

Tip-DPT-FOH Tip de
  • Pr - cu circulație forțată (apa din tambur este alimentată la suprafețele de evaporare prin pompe speciale );
  • Prp - cu circulatie fortata si supraincalzire intermediara a aburului ;
  • E - cu circulație naturală (sub influența diferenței densităților apei și aburului);
  • Ep - cu circulatie naturala si supraincalzire intermediara a aburului;
  • P - flux direct;
  • Pp - flux direct cu supraîncălzire intermediară cu abur;
  • K - cu circulatie combinata (naturala pe unele suprafete, fortata pe altele);
  • Kp - cu circulatie combinata si reincalzire intermediara cu abur.
D Capacitatea aburului cazanului, t / h . P Presiunea la ieșirea cazanului, MPa (indicată anterior adesea în kgf / cm² ) T Temperatura de ieșire a cazanului , °C ( nu este specificată pentru cazanele care generează abur saturat ). Dacă temperatura după reîncălzire diferă de temperatura aburului primar, aceasta este indicată printr-o fracțiune. F Tipul de combustibil (dacă cuptorul nu este stratificat ): O Tip de cuptor (nu este indicat pentru motorină, cu excepția „B”):
  • Cuptor cu cameră în T cu îndepărtarea zgurii solide ;
  • Zh - cuptor cu cameră cu îndepărtare a zgurii lichide;
  • R - focar stratificat (gratar);
  • B - cuptor vortex ;
  • C - cuptor cu ciclon ;
  • Ф - un cuptor cu pat de fierbere (fluidizat) (staționar și circulant );
  • Și - alte tipuri de focare, inclusiv cele cu două zone.
H „H” dacă centrala este sub presiune .

Parametrii cazanului, dacă este posibil, sunt selectați conform domeniului standard. După desemnarea conform GOST, marca fabricii poate fi scrisă între paranteze, de exemplu, E-75-3.9-440BT ( BKZ -75-39FB).

Cazane cu tambur

Apa furnizată cazanului de o pompă de alimentare (de exemplu, un injector de abur ), după trecerea economizorului , intră în tambur (situat în partea de sus a cazanului), din care, sub acțiunea gravitației (în cazanele cu circulație naturală). ), pătrunde în conductele de scurgere neîncălzite, iar apoi în conductele de ridicare încălzite.unde are loc vaporizarea (conductele de urcare și coborâre formează un circuit de circulație). Datorită faptului că densitatea amestecului de abur-apă din conductele de sită este mai mică decât densitatea apei din conductele de coborâre, amestecul de abur-apă se ridică prin conductele de sită în tambur. Separă amestecul de abur-apă în abur și apă. Apa reintră în conductele de scurgere, iar aburul saturat se duce la supraîncălzitor . În cazanele cu circulație naturală, frecvența circulației apei de-a lungul circuitului de circulație este de la 5 la 50 de ori. Cazanele cu circulație forțată sunt echipate cu o pompă care creează presiune în circuitul de circulație. Multiplicitatea circulației este de 3-10 ori [1] . Cazanele cu circulație forțată pe teritoriul spațiului post-sovietic nu au primit distribuție. Cazanele cu tambur funcționează la o presiune mai mică decât cea critică.

Cazane cu trecere o singură dată

Cazanele cu trecere unica nu au tambur. Apa trece o dată prin tuburile evaporatorului, transformându-se treptat în abur. Zona unde se termină vaporizarea se numește zonă de tranziție. După tuburile evaporatorului, amestecul de abur-apă (abur) intră în supraîncălzitor. Foarte des, cazanele cu trecere o dată au un supraîncălzitor intermediar . Cazanul cu trecere o dată este un sistem hidraulic cu buclă deschisă. Astfel de cazane funcționează nu numai la presiune subcritică, ci și la presiune supercritică .

Automatizarea proceselor

Unitatea de cazan este un dispozitiv complex din punct de vedere tehnic. Ca obiect multidimensional, acesta conține multe sisteme de control. Mulți parametri tehnologici trebuie menținuți pentru funcționarea fiabilă și economică a cazanului. Acești parametri principali sunt:

  • Sistem de încărcare termică a cazanului:
    • procesul de ardere în cuptor;
    • alimentarea cu aer la cuptorul cazanului;
    • rarefacție în cuptor;
  • Sistem de control al temperaturii aburului supraîncălzit;
  • Sistem de control al alimentării cazanului. [2]

Sistem de control al alimentării cazanului

Alimentarea cu energie a cazanelor cu abur este reglementată după cum urmează. Se presupune că abaterea maximă admisă a nivelului apei în tambur este de ±100 mm față de valoarea medie. O scădere a nivelului poate duce la întreruperi în alimentarea și răcirea conductelor de apă. Creșterea nivelului poate duce la scăderea eficacității dispozitivelor intratambur. Supraalimentarea tamburului și aruncarea particulelor de apă în turbină poate provoca daune mecanice grave rotorului și palelor acestuia.

Scheme de reglementare . Pe baza cerințelor de reglare a nivelului apei în tambur, regulatorul automat trebuie să asigure constanta nivelului mediu, indiferent de sarcina cazanului și de alte influențe perturbatoare. În condiții tranzitorii, schimbarea nivelului se poate produce destul de rapid, astfel încât regulatorul de putere trebuie să mențină un raport constant între debitele de apă de alimentare și debitul de abur pentru a asigura abateri mici de nivel. Această sarcină este efectuată de un controler cu trei impulsuri.

Regulatorul deplasează supapa atunci când apare un semnal de dezechilibru între debitele de apă de alimentare Dpv și abur Dpp. În plus, acţionează asupra poziţiei supapei de alimentare atunci când nivelul se abate de la valoarea setată. O astfel de alimentare ACS, care combină principiile de reglare prin abatere și perturbare, este cea mai utilizată pe cazanele cu tambur puternice.

Reglarea regimului de apă al unității cazanului

Compoziția chimică a apei care circulă în cazanele cu tambur are un impact semnificativ asupra duratei campaniilor non-stop și non-reparații ale acestora. Principalii indicatori ai calității apei din cazan sunt conținutul total de sare și concentrația în exces de fosfați. Menținerea conținutului total de sare al apei din cazan în limitele normale se realizează cu ajutorul suflarii continue și periodice din tambur în expansoare speciale. Pierderile de apă din cazan cu purjare sunt completate cu apă de alimentare într-o cantitate determinată de nivelul apei din tambur. Purgerea continuă este controlată prin acţionarea regulatorului de pe o supapă de control din linia de purjare. Pe lângă semnalul de corecție pentru salinitate, intrarea controlerului PI 2 primește un semnal pentru debitul de apă de purjare Dpr și un semnal pentru debitul de abur Dpp. Semnalul debitului de abur este trimis la debitmetrul 3, al cărui integrator electromecanic este folosit ca generator de impulsuri, acționând prin dispozitivul de pornire 4 pentru a porni și opri pompa de fosfat cu piston 6. [3]

Vezi și

Note

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Cazane cu abur  // Competiție - Război Țărănesc. - M  .: Enciclopedia Sovietică , 1937. - ( Marea Enciclopedie Sovietică  : [în 66 de volume]  / redactor -șef O. Yu. Schmidt  ; 1926-1947, v. 34).
  2. ↑ Lezin V.I., Lipov Yu.M., Seleznev M.A., Syromyatnikov V.M. Supraîncălzitoarele unităților de cazane. - M. , 1965. - 290 p.
  3. ↑ M.A. Trușnikov. Studiul sistemelor de control automat pentru alimentarea cazanelor cu tambur // Institutul Politehnic Volzhsky al VolGTU. — 2014.

Link -uri

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice