Ступенчатое испарение

Один из наиболее эффективных методов снижения потерь тепла котловой воды с непрерывной продувкой и получения более чистого пара является ступенчатое испарение.

Рисунок 2.21 – Ступенчатое испарение

Оно заключается в том, что в водном объеме барабана котла создаются зоны с различным содержанием солей в котловой воде. Это достигается разделением водяного объема барабана котла с его поверхностями нагрева на отдельные отсеки. Непрерывная продувка производится из отсека с наиболее высоким солесодержанием, а отбор пара с наименьшим. Верхний барабан разделен перегородкой с отверстием (переливной трубой) на два отсека – чистый и солевой. Питательная вода поступает в чистый отсек, а солевой питается из чистого отсека через переливную трубу. В чистом отсеке образуется примерно 80% пара, в солевом 20%. Следовательно, из чистого в солевой отсек поступает 20% котловой воды, которая для чистого отсека является продувочной. Поэтому продувка чистого отсека происходит без тепловых потерь, обеспечивая низкое солесодержание котловой воды в нем.

Существенным недостатком является возможность обратного перетока воды в чистый отсек при «вялой» циркуляции. Для устранения этого недостатка применяют ступенчатое испарение с выносными циклонами, которые являются солевыми отсеками (ДКВР-20). При использовании выносных циклонов в качестве сепарационного объема разность уровней в отсеках может быть выбрана достаточной по условиям предотвращения обратного перетока воды. Поэтому схемы с выносными циклонами предпочтительны, особенно при небольшой производительности солевого отсека.

Питательная вода поступает в барабан который служит чистым отсеком. Продувочная вода из барабана поступает в циклоны, для которых эта вода является питательной. Циклон имеет отдельный контур циркуляции и выдает пар в барабан котла. Пар проходит через сепарационное устройство чистого отсека и дополнительно очищается. Непрерывная продувка осуществляется только из циклона, если он есть. При ступенчатом испарении уменьшаются потери тепла с продувкой и повышается качество пара.

Эффективность ступенчатого испарения возрастает с увеличением числа ступеней испарения, однако это нарастание с ростом числа ступеней затухает. Наибольшее распространение получили двух- и трехступенчатые схемы. При этом вторая ступень испарения может быть организована либо внутри барабана, либо вне его — в выносных циклонах. В трехступенчатой схеме обычно первую и вторую ступени выполняют в барабане, а третью — в выносном циклоне.

Ступенчатое испарение позволяет повысить чистоту пара при заданном качестве питательной воды и данном значении продувки. Оно позволяет также получить удовлетворительную чистоту пара при воде более низкого качества, что упрощает и удешевляет водоподготовку. Ступенчатое испарение позволяет также повысить экономичность паротурбинной установки вследствие уменьшения продувки без заметного снижения качества пара.

Рисунок 2.22 – Схема трехступенчатого испарение с выносной третьей ступенью:

1 – барабан котла; 2 – нижний коллектор; 3 – опускная труба; 4 – подъемная труба; 5 – подвод питательной воды; 6 – вывод (продувка) части воды из контура циркуляции; 7 – отвод насыщенного пара; 8 – выносной циклон; 9, 10 – опускные и парообразующие трубы контура солевого отсека; 11 – отвод пароводяной смеси в циклон; 12, 13 – водо- и пароперепускные трубы; 14 – периодическая продувка.

2.2.9 Влияние внутренних отложений на экономичность и надежность работы котельной установки

Надежная и экономичная работа котла зависит от качества воды, применяемой для питания котлов.

Источниками водоснабжения котлов могут служить пруды, реки, озера, грунтовые воды или городской водопровод. Природные воды содержат примеси в виде растворенных солей и механические примеси, поэтому непригодны для питания паровых котлов без предварительной очистки.

Качество воды характеризуется следующими показателями:

1. Сухой остаток содержит общее количество растворенных в воде веществ (кальция, магния, натрия, железа, алюминия и т.д.), которые остаются после выпаривания воды и высушивания остатка при 110^оС. Сухой остаток выражают в миллиграммах (примесей) на килограмм (воды).

2. Жесткость воды характеризуется суммарным содержанием в воде солей кальция и магния, которые являются накипеобразователями. Различают общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную). Жесткость воды выражается в миллиграмм-эквивалент на 1 кг раствора (мг-экв/кг).

3. Щелочность воды характеризуется содержанием в ней щелочных соединений (гидраты, например едкий натр NaOH, карбонаты Na₂CO₃ – кальцинированная сода, бикарбонаты). Различают гидратную, карбонатную и бикарбонатную щелочность.

4. Окисляемость характеризуется наличием в воде кислорода и двуокиси углерода, выраженных в миллиграммах на килограмм.

В питательной воде, поступающей в котел, всегда остается какая-то часть примесей.

В процессе получения пара и отвода его из котла, а также поступления в котел новых порций питательной воды в котловой воде увеличивается количество солей, так как сухой пар не растворяет их.

При увеличении солесодержания выше нормы начинается выпадение их в осадок и образование накипи на поверхности нагрева и шлама в толще воды, появится пенообразование и усилится унос паром котловой воды с растворенными в ней солями. Это приведет к заносу паропровода солями.

Для получения пара нужного качества котловая вода обрабатывается специальными реагентами, которые заставляют накипеобразующие соли выпадать в котле в виде шлама, который легко удаляется продувкой.

Кроме этого на надежность работы котельной установки влияет коррозия металла. Разъедание стенок котла может происходить от воздействия на них растворенных в питательной воде кислорода, двуокиси углерода, водорода и т.д.