En kedel ( plural -boilers) er et strukturelt integreret kompleks af enheder til at overføre termisk energi til et eller andet kølemiddel på grund af brændstofforbrænding , i løbet af en teknologisk proces eller omdannelse af elektrisk energi til termisk energi [1] .
I en væsentlig del af tilfældene er kedlernes kølevæske vand og damp , men det kan også være olie , kviksølv , luft (se varmegenerator ) mv.
Kedler (undtagen elektriske) er en type varmevekslere , hvor varmemediet er forbrændingsprodukter , og det opvarmede medium er kedlens kølevæske.
Navnet kedelenhed ( kedelenhed , forkert dampgenerator [1] ) optrådte historisk under udviklingen af dampkedler . Oprindeligt var kedlen et simpelt apparat uden at opdele varmefladerne efter funktion. Efterfølgende gjorde behovet for at opnå damp med højere parametre med bedre effektivitet og med mindre dimensioner det nødvendigt at udvikle varmeflader i ovnen , tilføje en overheder , en vandøkonomisator og en luftvarmer . Alt dette med tilstødende rørledninger , gas- og luftkanaler, fittings , forbundet til en enkelt organisk helhed, og blev kaldt kedelenheden i modsætning til "kedlen selv". Yderligere enheder var ofte udstyret med allerede eksisterende simple kedler eller kedler af tidligere serier. I moderne højeffektkedler, især engangskedler, er det ikke muligt at udskille den egentlige "kedel", for dem er udtrykkene "kedel" og "kedelenhed" faktisk synonyme .
Et kedelanlæg er et sæt enheder og mekanismer designet til at producere damp eller varmt vand. Ud over en eller flere kedler omfatter det hjælpeanordninger og mekanismer: røgudsugningsapparater , blæsere , foder- og vandbehandlingsanlæg , brændstofforsyning , afhængigt af typen af brændstof- hydraulisk frakturering , brændselsolie , askefjernelsessystemer og askefangere . Disse systemer kan være individuelle eller fælles for en gruppe af kedler. [2]
Kedler genererer damp til at drive dampmaskiner (for eksempel turbiner i kraftværker , motorer i damplokomotiver ), varme til industriens behov (for eksempel tekstiler ) og landbrug , damp og varmt vand til opvarmning og varmtvandsforsyning til forbrugerne.
Kedelenheder, der opererer med varmebærere - vand og damp, er opdelt i damp , der genererer damp og vandopvarmning , hvor vand ikke ændrer aggregeringstilstanden ; der er også damp -varme ( vand-varme-damp ) kedler, der genererer vand og damp på samme tid. Kedler til superkritiske parametre betegnes som dampkedler. Kedler med andre typer kølevæske kan også arbejde med eller uden overgang fra væske til damp . Brugen af et kølemiddel med et højt kogepunkt ved lavt tryk (for eksempel visse typer olie ) eller gas giver dig mulighed for at reducere vægtykkelsen og lette driften af rørledninger og varmeforbrugende udstyr.
Dampkedler kan generere mættet eller overophedet damp . I lyset af de høje omkostninger og kompleksiteten ved at drive en overheder og de tilfredsstillende egenskaber af mættet damp (med tørhed normalt ikke mindre end 99%) til mange opgaver, i små industri- og varmekedler med et damptryk på op til 16 atm . damp genereres næsten altid.
Ofte adskiller kølevæsken ved kedlens udløb sig fra den, der leveres direkte til forbrugerne (for eksempel cirkulerer netværksvand i varmenetværk af ret lav kvalitet med hensyn til hårdhed , gasmætning osv., når det leveres til kedlen, det bliver hurtigt forurenet). I dette tilfælde udføres varmeoverførsel gennem specielle varmevekslere ( især kedeldampkedler ) .
I nogle tilfælde overføres dampkedler til vandopvarmningstilstand .
Kedler kan forbruge forskellige typer faste , flydende eller gasformige brændsler , afhængigt af hvilke deres ovn- og brænderanordninger og nogle andre elementer kan have væsentlige egenskaber.
Pyrolysekedler har et karakteristisk træk fra fastbrændselskedler af den klassiske forbrændingstype. I det første kammer af kedlen af pyrolysetypen frigiver brændstof af træoprindelse (kævler, skåret brænde, afpuds, træflis, savsmuld, spåner) under betingelser med termisk nedbrydning og mangel på ilt en gasblanding mættet med kulstof. Ved kontakt med dysernes varme overflade antændes gasblandingen i pyrolysekedlens andet kammer og brænder med en stor frigivelse af varme. Effektiviteten af sådanne gasgenererende kedler er betydeligt højere end effektiviteten af klassiske direkte brændende kedler til fast brændsel.
Nogle gange konverteres kedler fra en type brændsel til en anden (som regel fast brændsel til gas) [3] .
Energiteknologiske kedler i deres ovne behandler teknologiske materialer (f.eks. giftige spildevand og emissioner , finkornede materialer såsom ekspanderet ler , naturlige fosfater ) [1] ; varmen fra røggasserne, for ikke at kaste den ubrugeligt ud i atmosfæren , opfattes af kedlens overflader.
Brændstof forbruges ikke direkte af elektriske kedler , såvel som spildvarmekedler , som bruger varmen fra varme procesgasser eller motorer (for eksempel en gasturbine i en CCGT ) [4] . Kombinerede kedler er mulige, der bruger elektricitet eller ekstern varme og samtidig (samtidigt eller alternativt) brænder brændstof inde i sig selv. Ovnen i spildvarmekedlen, hvor brændende brændstof og nogle gange ekstra luft tilsættes hovedgasstrømmen , kaldes efterbrænder .
Den type brændstof, som kedlen er designet til, påvirker primært ovnen og brænderenheder. De vigtigste designs af ovnene er som følger: [2] [5]
Kraftdamp- og varmtvandskedler kan være stationære (installeret på et fast fundament) eller mobile (på et køretøj eller på et bevægeligt fundament) [4] .
Under tryk, under vakuum, gastæt.
Vandrør, Lancashire, "ni", tromme ...
Store kedler med en kammerovn kan have følgende typer layout [6] :
Tårn U-formet T-formetHusholdningskedler kan være vægmonterede eller gulvstående. Mange kedler op til 1-2 MW er samlet af støbejernssektioner, svarende til sektioner af radiatorer .
Tromlen i en dampkedel er en beholder, som regel i form af en vandret liggende cylinder , hvori rørledninger til cirkulation af mediet gennem fordampningsfladerne begynder og slutter, og hvori adskillelsen (primært gravitation) af dampfase fra væsken finder sted. Vand fra economizeren (eller fødevand, hvis der ikke er nogen economizer) kommer ind i tromlen, damp tages fra den øvre del, vand tages normalt fra den nederste del, da det akkumuleres i den med fordampning af salte (udrensning). Forskellige enheder er tilgængelige for at forbedre adskillelsen inde i tromlen. Tromlen er det mest tykvæggede element i tromlekedlen, så den er dyr, og de termiske spændinger i tromlens metal bestemmer kedlernes manøvredygtighed. Anvendelse af dampkedler uden tromle (lige igennem) kræver dog mere kompleks vandbehandling .
Brandrørskedel er faktisk en tromle, gennemboret langs aksen af rør, gennem hvilke gasser passerer. Vandrørskedler udviklede sig derimod fra kedler med flere tromler opvarmet udefra af gasser . I store moderne vandrørskedler vaskes tromlen ikke af gasser eller modtager kun en ubetydelig del af kedlens varmeeffekt fra dem, mens dens hoveddel opfattes af varmeflader , der består af mange parallelle rør, inde i hvilke arbejdsvæsken strømme.
Opvarmningsflader kan være opvarmning (til væskefasen), fordampende (til fuldstændig eller delvis overgang af væskefasen til damp ) eller overhedning (til opvarmning af dampfasen over mætningstemperatur ) [5] :9 . Også ifølge mekanismen for varmeveksling med gasser er de opdelt i stråling (hovedsageligt strålevarmeoverførsel ), konvektiv (hovedsageligt varmeoverførsel ved konvektiv varmeoverførsel) og strålingskonvektiv (begge mekanismer har omtrent samme værdi).
EconomizerEconomizer - varmefladen er helt eller hovedsageligt af opvarmningskarakter (nogle gange er der kogende economizere, hvor op til 10% af vandet stadig bliver til damp). Udtrykket anvendes på dampkedler; fødevand kommer ind i economizer-rørene , det vil sige et, hvis tryk øges af fødepumper til det maksimale i den termiske installations cyklus. I mange kedler er economizeren den sidste overflade langs gasstrømmen, ikke medregnet luftvarmeren. Ved lave gastemperaturer i denne region er strålingsvarmeoverførsel ikke effektiv, så economizeren er en typisk konvektiv varmeflade: den består af et stort antal parallelle bundter af buede rør, normalt med udviklede spiral- eller finnefinner .
OvnsskærmeI de fleste moderne kedler, både vandopvarmning og damp, er en betydelig del af ovnens overflade dækket af skærme - blokke af parallelle rør. Historisk set er dette gjort for at beskytte kedlens bærende konstruktioner mod de termiske påvirkninger af åben ild , men i moderne kedler absorberer ovnskærmene en meget betydelig del af den samlede varmeydelse på grund af strålevarmeoverførsel. Der er front (front), bag, side og loft skærme, i nogle kedler fortsætter skærmene langs bunden (bunden) af ovnen; desuden kan kedlen have dobbeltlysskærme , som er udsat for stråling fra begge sider. De forreste ledeplader skal have mellemrum (normalt tilvejebragt af bøjninger i nærliggende rør), hvori brænderdyserne åbner. I engangskedler er det sædvanligt i skærmene at skelne mellem de nederste ( LRCh ), mellemste (SRCh) og øvre (HRCh) strålingsdele [5] : 11-12 .
Skærmrør er sædvanligvis glatte, med undtagelse af finner eller pladeafstandsstykker, som de kan forbindes med hinanden (den stråling, der falder på disse plader, overføres til rørene på grund af metallets høje varmeledningsevne , således foringen af ovnen i mellemrummene mellem rørene er også beskyttet). I de kraftigste kedler i zonen nær brænderne er strålingsfluxen så høj, at skærmene skal beskyttes der med ildfaste belægninger; for at beholde dem, samt for at forbedre varmeoverførslen, svejses pigge eller finner til rørene fra siden af brændkammeret. Der er også erfaring med brugen af ubelagte rør med finner inde i ovnen for at beskytte rørene mod påvirkning af stærkt slibende brændstoffer. . Uden for kedlen er skærmene termisk isolerede , sædvanligvis foret og beklædt med kappe for gastæthed [5] : 86, 87 . Det er dog meget vanskeligt at opnå gastæthed af ovnen på grund af det enorme areal af skærmene.
Den mest almindelige anvendelse af skærme i kraftkedler med naturlig cirkulation er som en fordampningsoverflade; mens rør er arrangeret lodret med et minimum antal bøjninger, manifolder , som de er svejset ind i - vandret. For at cirkulationstrykket skal være tilstrækkeligt til at overvinde skærmens modstand, skal diameteren på rørene være tilstrækkelig stor (∅ 50–60 mm). Kogeprocessen gør det muligt at fjerne varme meget effektivt og forhindre overophedning af rørmetallet , hvilket er muligt på grund af den høje intensitet af varmefluxen til skærmene. Under passagen af skærmen fordamper 4-25 % af vandet [5] :14 . For at den ujævne opvarmning af forskellige dele af ovnen skal have mindre indflydelse på cirkulationens pålidelighed, er fordampningsskærmene opdelt i sektioner, som hver danner et separat cirkulationskredsløb - paneler [5] : 86, 87 . I den øverste del af ovnene (hvor varmebelastningerne ikke er så store, samt i loftsskærmen, hvor den naturlige cirkulation er vanskelig), placeres der ofte overophedede skærmflader, hvori retningen af rørene normalt ikke spiller. en grundlæggende rolle.
I engangskedler anvendes ofte Ramzins tapevikling med multi-pass løfte- og løfte-sænke paneler . LFC i L.K. Ramzin- kedlen (til subkritiske parametre) er lavet i form af en stribe rør med en vandret stigende vikling (i en vinkel på 15-20 °) og tjener til at fordampe cirka 80% af vandet; derefter går blandingen til den konvektive overflade af overgangszonen i nedgangsgaskanalen, og derfra vender dampen tilbage til overhedning i SFC og SFC [5] :18-20, 89, 90 . Følgelig er der i engangskedler vertikale samlere; dog i den fordampende del af overfladen, i nogle tilstande, er lagdeling af mediet i sådanne samlere mulig, hvilket væsentligt forværrer driftsforholdene for de følgende overflader [7] .
I Sovjetunionen blev produktionen af varmeudstyr udført af Bratsk Plant of Heating Equipment (Bratsk kedel, UKMT-1 ), Soyuzlessstroy (KVANT-1, 1983), Bilimbaevsky Plant (understøttende strukturer af KVANT kedelhuset), Yaroslavl Plant teknologiske strukturer og metaludstyr ("Axioma-3", 1985) i henhold til udviklingen af NIIST af USSR Ministeriet for Byggematerialer og TsNIIEP af ingeniørudstyr [8] .
Fastbrændselskedelhuse blev demonstreret på udstillingen "Mobile bygninger-86" VDNKh i USSR .
Det vandvarmeautomatiserede transportable kedelhus "KVANT" dukkede op i 1983. Kedelhuse af den pågældende type har en rørformet mekaniseret kedelenhed udstyret med en mekanisk ovn med en skruestang.
Specifikationer . Effekt - 1 MW. Kedlens effektivitet når 82% (for stenkul) og 78% (for brunkul). Temperaturen på varmebæreren foran kedlen er ikke begrænset, og ved kedlens udgang når den 115°. Den mindste kølevæskestrøm er 8 t/h. [otte]
Aggregeret sektionsopgørelse varmeautomatiseret kedelhus "AKSIOMA-3" dukkede op i 1985.
Brændstoftilførsel til ovnen, brændstofudjævning og -løsning samt slaggeudledning udføres ved hjælp af ROBOT-kontrolcentret.
Specifikationer . Effekt - 3 MW. Kedlens effektivitet når 82,5% (for kul) og 79% (for brunkul); temperaturen på varmebæreren foran kedlen er ikke begrænset, og ved kedlens udgang når den 130 °; mindste kølevæskestrømningshastighed - 5 t/h; absolut tryk af kølevæsken - 1,6 MPa; målene er 11,0x3,2x3,2 m. med en masse på 19 tons. [8]