Новосибірський державний технічний університет
на тему «Принцип утворення пари в парових котлах»
Для перетворення хімічної енергії палива в теплову служить комплекс пристроїв, званих котельні установкою.
Котельні установки в залежності від вимог і виду споживачів можуть виробляти пар для потреб промислового підприємства і служити для отримання гарячої води. Котельні установки, призначені для постачання пари підприємств, прийнято називати виробничими котельнями; в разі, коли котельня виробляє пар і нагріває воду або нагріває воду для підприємства і потреб опалення, її називають виробничо-опалювальної, і коли котельня установка споруджується лише для потреб опалення та гарячого водопостачання, її називають опалювальної.
Пристрій, що має топку для спалювання палива, що обігрівається продуктами горіння палива, призначене для отримання пари з тиском вище атмосферного і використовується поза самим пристроєм, називають паровим котлом.
Для утворення пари або нагріву води, в котельні установки необхідно подати деяку кількість палива і окислювача (повітря); забезпечити спалювання палива і віддачу теплоти від продуктів згоряння робочого тіла і видалення продуктів згоряння палива; подати робоче тіло - воду, стислу до необхідного тиску, нагріти цю воду до необхідної температури або перетворити її на пару, відокремити вологу з пара, а іноді і перегріти пар, забезпечивши надійну роботу всіх елементів установки.
Процес пароутворення є одним з найскладніших процесів, які реалізовані в котлі. Від цього процесу багато в чому залежить не тільки якість пара, а й надійність роботи котла в цілому.
Принцип утворення пари в парових котлах
За способом організації руху робочого тіла розрізняють парові котли з природною циркуляцією і прямоточні. Процес утворення пари в паровому котлі зручно розглянути на прикладі котла з природною циркуляцією.
Природною циркуляцією називається рух теплоносія по замкнутому контуру, що складається з нагрітих і не обігріваються труб і колекторів, рис. 1 [1].
Рух теплоносія виникає через різницю щільності теплоносія в обігрівається і не обігрівається частинах контуру. Зменшення щільності теплоносія в підйомної частини контуру в порівнянні з його щільністю в опускних трубах виникає за рахунок обігріву. При подальшому нагріванні теплоносія частина його перетворюється на пару. Щільність пароводяної суміші значно менше щільності вихідного теплоносія, що ще більш інтенсифікує рух в контурі.
Крім того, бульбашки пара завжди легше рідини, і тому вони прагнуть зайняти верхнє положення, піднімаються і захоплюють за собою рідину, що нагрівається.
На спрощеній схемі контуру з природною циркуляцією теплоносія показано як, живильна вода, (вода, підводиться до котла) надходить в барабан 1. Барабан служить для поділу пароводяної суміші на пар і воду, і змішується з розташованої усередині барабана котельної водою. При цьому живильна вода нагрівається, але температура води, що надходить в опускні труби 2, буде трохи нижче температури насичення, яка відповідає тиску в барабані. Вода, дійшовши до нижнього колектора 3, розподіляється по обігрівається екранним трубам 4, перетин яких в кілька разів більше перетину опускних труб. До моменту закипання - точки початку паротворення - вода тільки підігрівається. Потім починається процес утворення пари на стінках обігріваються труб. Відриваються від стінки бульбашки спочатку невеликого обсягу (рис. 1 - а), піднімаючись вгору, з'єднуються, утворюють так званий снарядний потік (рис. 1 - б); потім окремі бульбашки-снаряди зливаються, утворюючи в центрі труб стрижень (рис. 1 - в) і залишаючи на стінках обігріваються труб шар води, насичений солями. Якщо досягається гранична концентрація для будь-яких солей або їх сумішей, то вони будуть випадати, утворюючи на стінках відкладення.
Оскільки пароутворення пов'язано зі збільшенням обсягу, швидкість пароводяної суміші зростає і у якійсь точці плівка води буде зриватися зі стінок труб у вигляді крапель, які за рахунок турбулентності потоку розподіляються по всьому об'єму (рис. 1-г). При такому характері руху пароводяної суміші температура металу труб буде залежати від кількості крапель рідини, що потрапляють і випаровуються на стінці. Температура металу може стати значною по досягненні певної міри сухості пара, при низьких його швидкостях і високих теплових навантаженнях.
З труб 4 пароводяна суміш надходить у верхній колектор 5 і по відводить трубах 6 направляється в барабан. Відокремилася в барабані 1 вода змішується з поданого живильною водою і знову надходить в опускні труби 2, а пар відводиться з барабана до споживача або через пароперегрівача. На малюнку 1 - д зображено освіту пара при горизонтальному розташуванні труб.
Принцип утворення пари в прямоточних котлах схожий з котлами з природною циркуляцією. Рух рідини по трубах здійснюється за рахунок напору живильного насоса. Прямоточні котли відрізняються тим, що робоче тіло в контурі повністю перетворюється в пар.
Вимоги до пару.
Якість видаваного пара пов'язано з роботою його паросепараціонних пристроїв.
Для того, щоб забезпечити високу якість перегрітої пари, вимоги пред'являються до живильній воді (вода, що подається в котел) повинні доповнюватися якостями, що пред'являються до котельній воді (вода, яка циркулює всередині котла) як безпосереднього джерела забруднення пара. В котлах з природною циркуляцією сепарація пара відбувається в барабані котла. Сепарація пара - це зменшення вологості пара, тобто відділення вологи від пара. Вона проводиться для того, щоб зменшити кількість домішок, які в наслідок відкладається на різних елементах енергоустановки. У прямоточних котлах відбувається повне упаривание води, тому до якості живильної води пред'являють більш жорсткі вимоги, так як вона, перетворившись на пару, зберігає в собі домішки містяться у воді.
В умовах неправильної роботи поверхонь нагріву (труб, яких відбувається випаровування рис, а - в) можливе утворення великих обсягів зірваної плівки прикордонного шару, рис. 2, що призводить до руйнування ( «пережогу») стінки труби.
У даній роботі, розглянуто процес утворення пари, який являє собою складний технологічний процес, в якому потрібно передбачити не тільки параметри пара (тиск і температура), на які проектуються котел, але і якість пара. Розглянуто освіту пара в контурах з природною циркуляцією і метод очищення пара від домішок, у вигляді сепарації.
Ковальов О.П. Парогенератори: Підручник для вузів.- М. Вища школа, 1985.- 376 с.
Роддатіс К.Ф. Котельні установки: підручник для вузів.- М. «Енергія», 1977.