Ефективність парових котлів. (Glenn Hahn, Spirax Sarco). -. Steam Challenge
Boiler Efficiency vs. Steam Quality: The Challenge of creating Quality Steam using existing Boiler Efficiencies
Є чотири експлуатаційних ситуації, що впливають на якість пара.
Терміни «вологий пар» і «винос котельної води» є щоденними ідіомами в сфері виробництва пара, хоча мало хто бачив ці явища і реальна картина переміщення води в котлі все ще залишається багато в чому спекулятивної.
Випадок Знижений робочий тиск. Пі роботі котла на зниженому тиску, процес кипіння в казані стає значно більш бурхливим, сприяючи виносу котельної води в систему транспортування та розподілу пара.
Випадок Поживна вода подається періодично. Клапан подачі то відкривається, то закривається. Великі коливання рівня води в котлі можуть викликати невиправдане спрацьовування запобіжного сигналу і зупинку котла.
Випадок Регулювання TDS (Концентрація Твердих нерозчинних залишків). Без належного регулювання TDS виникатиме винос котельної води в парову систему, що призводить до пошкодження обладнання та / або до гідравлічних ударів.
Випадок Споживання пари перевищує продуктивність котла на 15%. Перевантаження котла призводить до збільшення кількості води, що виноситься паром в систему.
ККД котла являє числове значення тієї частки енергії згоряння палива, яка перетворюється в енергію пара. Якість пара (вологість) представляє числове значення кількості води в формі рідини, що знаходиться в парі.
Незважаючи на ці переваги, багато споживачів пара стикаються з проблемами безпеки парових систем, з передчасними відмовами обладнання і низькою ефективністю парових систем. До властивим для цих систем проблемам можуть ставитися часті зупинки котла через падіння рівня води; пошкодження труб і арматури внаслідок гідравлічних ударів; вібрація, корозія і ерозія; зниження продуктивності теплообмінників і перевантаження конденсатоотводчиков. Ці проблеми найчастіше виникають через низьку якість пара, яка часто називають «вологим паром» або «виносом котельної води».
Основною перевагою використання пара як теплоносій є велика кількість тепла, що виділяється при його конденсації. Так як прихована теплота пароутворення (або конденсації) може перевищувати 500 ккал / кг, то для перенесення великої кількості енергії потрібно зовсім невелика кількість пари. До інших переваг пара відносяться нетоксичність, незаймистість, а також здатність віддавати тепло при постійній температурі, величину якої можна встановлювати заздалегідь. Пара подається до споживачів за звичайними трубах з арматурою, які не вимагають великих витрат, завжди є в наявності, вимагають незначного догляду і мають тривалий термін служби. У порівнянні з іншими системами подачі і розподілу тепла, управління потоками пара вимагає менших витрат, а тепло, що міститься в парі можна утилізувати на 100%.
Так як пар виробляється в результаті швидкого закипання води в котлах з високою щільністю теплового потоку, то відриваючись від поверхні води, він може нести з собою і деяка кількість води. Цей винесення води, викликаючи пошкодження парової системи, не залежить від ккд котла. Взагалі кажучи, незалежно від того, чи працює котел з низьким або з високим коефіцієнтом корисної дії, винесення надмірної кількості води котла відбувається або не відбувається. Якщо винос води не можна повністю запобігти, то його слід зменшити до такого рівня, який не впливає на нормальну роботу котла і парової системи.
Якість пара є міра кількості води в формі рідини, що міститься в парі. (Наприклад, пар 100% якості не містить води у вигляді рідини і являє собою 100% чистий газ (?); Пар 90% якості містить 90% вагових пара і 10% вагових води у вигляді водяного туману або крапель). Краплі, що потрапляють в високошвидкісний потік пара, можуть такими ж абразивними, як піщинки. Вони викликають ерозію фігурних частин паропроводів і швидко роз'їдають сідла арматури. Якщо допустити, щоб конденсат накопичувався в паропроводах у вигляді шару рідини, то ця рідина буде підхоплена високошвидкісним потоком пара, в якому вона досягне швидкості пара і буде бити по колінам, трійникам і арматурі, викликаючи ерозію, вібрації і «гідравлічний удар». Цей удар буде поступово, а іноді і катастрофічно швидко, послаблювати з'єднання паропроводу і його опори.
Випадок Поживна вода подається періодично.
а) йти з котла в злегка перегрітому стані, або
Спрощуючи опис роботи котла, можна сказати, що гаряча поверхня теплопередачі покрита водою. Бульбашки пара утворюються на поверхні теплопередачі, спливають крізь шар води і відриваються від поверхні води, щоб потрапити в парову систему. Завдяки статичному тиску стовпа води, тиск у поверхні теплопередачі трохи вище, ніж тиск у поверхні води. Маючи більш високий тиск, бульбашки пара, що утворилися на поверхні теплопередачі, будуть або:
У нормальних умовах, бульбашки пара мають тенденцію до охолодження до температури насичення, проходячи через шар води.
б) охолоджуватися водою до температури насичення.
Коли живильна вода подається в котел, вона проходить між поверхнею теплопередачі і поверхнею киплячої води. Навіть якщо вода попередньо підігріта, вона все ще істотно холодніше води в котлі і утворює холодний шар всередині котельної води. Бульбашки пара, спливаючі від поверхні теплопередачі крізь цей холодний шар води, охолоджуються і частина пара в бульбашках конденсується. Це тягне за собою дві серйозні проблеми.
По-друге, падіння кількості виробленого пара. Додавання великої кількості більш холодної води уповільнює утворення пара до тих пір, поки вся вода не досягне температури насичення.
«Використовуйте котел при максимальному робочому тиску» - кажуть конструктори котлів. Але дуже часто це правило не дотримується, коли потрібно зниження витрат енергії. Коли споживання пара зменшується або коли для всіх кінцевих споживачів пара, його потрібно пропускати через РОУ, котли часто переводять на роботу при тисках, значно більш менших розрахункового.
Випадок Знижений робочий тиск
Знижений робочий тиск збільшує винос котельної води
Перш за все, вибух бульбашки пара - руйнування плівки води, навколишнього пар, - дає поштовх стрімкому руху пара, несучи невелику кількість цієї водяної плівки в парову порожнину.
У міру того, як бульбашки пара спливають крізь шар води і досягають її поверхні, вони остаточно загальмовуються в останньому шарі води і надходять в паровий простір. Ця остання фаза відриву від поверхні води призводить до кількох варіантів виносу котельної води.
Розмір парових бульбашок прямо пропорційний тиску пара. Робота при низькому тиску обов'язково вимагає більшого обсягу пара для перенесення необхідної теплової енергії. При такому режимі роботи утворюється більша кількість бульбашок пара збільшеного розміру, в результаті чого збільшується турбулентність поверхні води. Ці бульбашки утворюють більшу кількість кратерів більшого розміру і викликають більш сильні сплески води при відриві від її поверхні. Крім того, робота при зниженому тиску збільшує швидкість випаровування, що в поєднанні з сильною турбулентністю в більшій мірі сприяє виносу крапель води в парову систему, ніж повернення їх в воду під дією сили тяжіння.
Потім, відрив бульбашки пари від поверхні води короткочасно утворює на ній кратер. Вода прагне швидко заповнити обсяг кратера, стикаючись з водою, що рухається від зовнішньої кромки кратера, в результаті чого у центру кратера виникає невеликий сплеск води. Краплі води цих сплесків легко підхоплюються йдуть пором.
Випадок Різкі коливання споживання пара
Ці різкі коливання споживання пара досить часто виникають в процесі промислового виробництва. Наприклад, якщо технологічний процес, який споживає всього 5% продуктивності котла, швидко запускається в дію (так, як це відбувається при відкритті отсечного клапана), потреба в парі відразу зростає на 15% і більше до тих пір, поки технологічний процес не вийде на сталий режим.
Коли відкриваються клапани подачі пари, в котлі виникають дві проблеми. По-перше, тиск пара різко падає. Падіння тиску саме по собі викликає підвищення виносу води, як було показано вище (Випадок.
Сучасні котли мають високу ефективність і дуже компактні. Хоча їх конструкція має переваги, у цих котлів дуже мале паровий простір, щоб компенсувати коливання потреби в парі. Навіть при невеликому збільшенні споживання, тиск в котлі може значно знизитися, збільшуючи винос котельної води.
Компактні котли можуть посилити проблему
Іноді збільшення споживання пара буває таким різким, що від цього страждає і довговічність котла, і якість пара. Зовнішній індикатор може показувати допустимий рівень води. хоча, фактично, пароводяна суміш вже заповнює паровий простір і вода може йти в паропроводи. На той час, коли зовнішній індикатор покаже падіння рівня води і відключить котел, труби можуть перегрітися і згоріти. Підприємство залишиться без пари, поки котел знову не запустять знову.
Великий винос води обманює систему попередження падіння рівня води
Випадок Високий рівень TDS (концентрація нерозчинних твердих речовин)
Основним способом зменшення можливості виникнення цієї причини поганої якості пара є запобігання різкого збільшення витрати пари. Сучасні комп'ютеризовані системи управління котлами, які використовують PLC або DCS (децентралізована система управління котлами), можуть допомогти вирішити цю проблему.
Підвищена TDS в котельній воді збільшує піноутворення на поверхні води. Ця піна утворюється і виноситься паром, що виривається з поверхні води. Вона може заноситися в парову систему, зменшуючи кількість води в котлі ще до того, як індикатор рівня води зможе виявити цю проблему, заповнюючи тим часом паропроводи корозійної водою.
Висока або пульсуюча TDS (концентрація нерозчинних твердих речовин) в котельній воді збільшує корозію труб і / або освіту на них накипу. У таблиці нижче наведені приклади додаткових експлуатаційних витрат, що викликаються поганою якістю живильної води. TDS призводить до зниження теплопередачі, зменшення продуктивності і ККД котла, скоротити термін служби труб, а також може погіршити якість пара.
А. Регулюйте споживання пара, щоб потреба не перевищувала продуктивність котла.
Якість пара - міра кількості води, занесеної в пар, - залежить не від ккд котла, а від здатності пара відірватися від поверхні киплячої води, не захоплюючи частинки рідкої фази, на всьому діапазоні режимів роботи котла. Щоб попередити зниження якості пара:
В. Для підвищення дієвості заходів щодо п. А та п. Б, використовуйте для подачі пари конкретним споживачам регулюючі клапани замість запірної арматури.
Б. Регулюйте зміни споживання пара, щоб різкі зміни потреби в парі не погіршували його якості.
Д. Регулюйте рівень TDS. а не періодичність продувок по часу.
Г. Керуйте підживленням котла водою за допомогою регульованого витрати, а не шляхом періодичної подачі і її припинення.
Коли не дотримуються цих рекомендацій, якість пара може надзвичайно знизитися. Пар низької якості може пошкодити систему розподілу пара, регулюючі клапани і теплообмінники через гідравлічних ударів, ерозії і корозії. Це викличе скорочення терміну служби обладнання, втрати пара, зниження ккд і навіть проблеми забезпечення безпеки.
Е. Працюйте котел під тиском, максимально близькому до розрахункового.
(Всі варіанти засновані на витраті пара 45,4 т / год; температурі живильної води 110оС і ккд 83% при вищій теплотворної здатності палива)
Додаткові експлуатаційні витрати через погану якість живильної води
Перегріта пара, 454оС;
Насичена пара, тиск 21 кг / см2