Dampkedel

Dampkedel  - en kedel designet til at generere mættet eller overophedet damp . Den kan bruge energien fra det brændstof, der brændes i dens ovn , elektrisk energi ( elektrisk dampkedel ) eller udnytte den varme, der frigives i andre installationer ( spildvarmekedler ).

Historie

Den første kedel til produktion af damp kan betragtes som gryden af ​​heltinden eolipil (1. århundrede e.Kr.). Denis Papin i slutningen af ​​det 17. århundrede opfandt og brugte først sikkerhedsventilen . Praktisk betydningsfuld brug af dampkedler begynder med Thomas Saverys kondensatpumpe , opfundet i det 18. århundrede, og Newcomens atmosfæriske motor .

Tidlige små overfladekedler [1]

Kedlen til Newcomens maskine var et kar med en form tæt på sfærisk, omkring tre meter (10 fod) i diameter, med en bund konveks indefra, der dannede ovnhvælvingen. Således blev bunden af ​​kedlen opvarmet af flamme og stråling , og sidevæggene blev opvarmet af varme forbrændingsprodukter, der passerede gennem kanalerne i murstensforingen . Allerede i denne kedel er det derfor muligt at finde strålings- og konvektionsvarmevekslerflader. Newcomens maskine brugte mættet damp ved atmosfærisk tryk, der krævedes hverken høj dampkapacitet eller styrke fra kedlen, og den var lavet af kobber. Kedlen var udstyret med en udløbshane og en sikkerhedsventil.

Watt ved at hæve damptrykket i hans maskiner til 1,5 atm. og mere, flyttet til kasseformede kedler, strammet indvendigt for at modvirke tryk. For at reducere omkostningerne begyndte man at lave kedler af jern. De var stadig opvarmede udenfor.

Brandrørskedler [1]

For at øge varmeoverfladen og følgelig dampkapaciteten begyndte kedlerne at blive gennemboret med et (" Cornwall boilers", Trevithick , 1815) eller to eller tre (" Lancashire boilers", Fairbairn , 1845) brede flammerør, hvilket øgede varmevekslerfladen. Trykstigning op til 6 atm. og mere førte til overgangen til cylindriske kedler nittet fra pladejern. Duktilt stål med lavt kulstofindhold ( stål 1 ) gjorde det muligt med succes at klare lokal overophedning. Fjernelsen af ​​forbrændingsprodukter fra flammerørene under kedlen gjorde det muligt at opnå en ekstra kogeflade og øge dampydelsen, mens fjernelsen over kedlen gjorde det muligt at tørre og overophede den mættede damp noget. Kedler af Lancashire-typen med vandrette og lodrette flammerør har været aktivt brugt i mere end 100 år og bruges stadig lejlighedsvis i laveffekts- og dampgenererende installationer. En variation af den lodrette korniske kedel kan betragtes som en samovar .

Kedler med brandrør [1]

Kedler med talrige smalle ildrør blev udviklet til de første succesrige damplokomotiver, den første var Booths 20-rørskedel til Stephensons raketlokomotiv . Til Planet-damplokomotivet brugte Stephenson en forbedret kedel, hvori vand omgav ovnen, så ikke kun konvektionen, men også strålingsvarmefladen blev brugt, og kedlens dampydelse steg. Uden grundlæggende ændringer blev kedler med mange brandrør brugt på damplokomotiver indtil slutningen af ​​damptiden på jernbanerne.

Med enheden i Lancashire-kedlen af ​​tynde brandrør efter brede flammerør skabte Stevens en type kedel, der blev meget brugt i marine dampkraftværker.

Vandrørskedler [1]

Yderligere trykstigning i store dampkraftværker var begrænset af styrken af ​​kedelkappen . For at omgå dette problem, såvel som for at udvikle varmeoverfladen endnu mere, blev der opfundet tromle-type vandrørskedler. I dem forekommer fordampning i rør vasket af en strøm af varme gasser (konvektionsoverflade) eller opvarmet af flammestråling i ovnen (strålingsoverflade). Et stort cylindrisk legeme giver plads til en eller flere små tromler, hvori vandet adskilles fra dampen. Cirkulationen i kedlen sker enten naturligt på grund af forskellen i vands vægtfylde i nedløbene og vand-dampblandingen i stigrørene, eller kunstigt ved hjælp af pumper. Ved tryk op til 30 atm. svejste tromler med en vægtykkelse på 30 mm anvendes til højere tryk - sømløse tromler. Samtidig gennembores et centralt hul i en cylindrisk stålstang på en presse , og derefter, også på presser, smedes en tromle med en vægtykkelse på 100 mm eller mere . Enderne af tromlen er indsnævret til størrelsen af ​​serviceluger. De anvendte rør er sømløse .

I kedlerne opstår der dampoverhedere (for at undgå dampkondensering i turbinen under dens ekspansion og afkøling), og der er installeret economizere for enden af ​​aftrækket for at opvarme fødevandet.

Der er mange typer tromlevandrørskedler (Babcock- og Wilcox-anlæg med én tromle, flertromlemodifikationer af Sterling - kedler, La Monta-kedler med tvungen cirkulation osv.)

Engangskedler [1]

De er en videreudvikling af vandrørskedler med tvungen cirkulation, da multipel cirkulation blev fuldstændig opgivet: fødevand kommer ind i kedlen under det driftstryk, der skabes af pumpen, og når det passerer gennem rørene, opvarmes det og fordamper fuldstændigt. Systemet har høje specifikke egenskaber, men kræver en højtrykspumpe og et perfekt vandbehandlingssystem , da det ikke har tromler, hvori snavs og kalk normalt sætter sig .

Kedelteori [1]

De vigtigste tekniske og økonomiske indikatorer for kedeldriften er:

  • dens effektivitet (forholdet mellem den varme, der føres bort med damp, og den varme, der udvikles under brændstofforbrænding),
  • specifik dampydelse i kg/h pr. 1 m² varmeveksleroverflade,
  • specifikke kapitalomkostninger til dampproduktion 1 t/h .

Kedlens drift kan tydeligst analyseres ved dens driftskarakteristik, som viser varmeudvekslingen i kedlen i forskellige dele af dens arbejdsflade. Karakteristikken viser, at jo tættere en kvadratmeter af varmevekslerfladen er på ovnen, jo større passerer varmestrømmen gennem den (da temperaturforskellen mellem gasser og vand i kedlen er større). I områder for enden af ​​skorstenen, med en lille temperaturforskel mellem gasser og vand, er der behov for større varmevekslerflader for at opnå den samme mængde varme, så kedlen med den højeste virkningsgrad er ikke altid den mest økonomisk gennemførlige: nogle gange ønske om at få de sidste par procent af varmen af ​​gasser er for dyrt. Derfor er economizers til opvarmning af fødevand og luftvarmere anbragt for enden af ​​skorstenene, men ikke dyre fordampningsflader.

Klassifikation

Efter aftale:

I henhold til den relative bevægelse af varmevekslermedier (røggasser, vand og damp) kan dampkedler opdeles i to grupper:

Vandrørskedler i henhold til princippet om bevægelse af vand og damp-vandblanding er opdelt i:

  • tromle (med naturlig og tvungen cirkulation : i én passage gennem fordampningsfladerne fordamper kun en del af vandet, resten vender tilbage til tromlen og passerer gennem overfladerne gentagne gange)
  • én gang (mediet mellem kedlens indløb og udløb bevæger sig sekventielt uden at vende tilbage)

I vandrørsdampgeneratorer bevæger vand og en damp-vand-blanding sig inde i rørene, og røggasserne vasker rørene udefra. I Rusland i det 20. århundrede blev Shukhovs vandrørskedler overvejende brugt . I gasrør bevæger røggasser sig tværtimod inde i rørene, og kølevæsken vasker rørene udefra.

I henhold til typen af ​​forbrændingsanordninger er dampkedlen opdelt i:

  • Lag brændkammer
    • med et tykt lag
    • fluid bed
  • Kammerovne
    • direkte-flow flare
    • cyklon.

I henhold til typen af ​​brændt brændstof er de opdelt i:

  • Dampkedler, der arbejder på gasformigt brændstof.
  • Dampkedler, der kører på fast brændsel.
  • Dampkedler, der kører på flydende brændstof (brændselsolie eller diesel).
  • Dampkedler drevet af elektricitet.

Kedler med en kammerstruktur i ovnen forbrænder pulveriseret brændsel, mens dem med en lagdelt struktur brænder fast brændsel.

Notation

Ifølge GOST 3619-89 arkivkopi dateret 5. juni 2012 på Wayback Machine har stationære dampkedler følgende betegnelsesstruktur:

Type-DPT-FOH Type
  • Pr - med tvungen cirkulation (vand fra tromlen tilføres til fordampningsoverfladerne af specielle pumper );
  • Prp - med tvungen cirkulation og mellemliggende overophedning af damp ;
  • E - med naturlig cirkulation (under påvirkning af forskellen i tæthederne af vand og damp);
  • Ep - med naturlig cirkulation og mellemliggende overophedning af damp;
  • P - direkte flow;
  • Pp - direkte flow med mellemliggende dampoverophedning;
  • K - med kombineret cirkulation (naturlig i nogle overflader, tvunget i andre);
  • Kp - med kombineret cirkulation og mellemliggende dampgenopvarmning.
D Kedel dampkapacitet, t / h . P Tryk ved kedlens udløb, MPa (tidligere ofte angivet i kgf/cm² ) T Kedeludgangstemperatur , °C ( ikke specificeret for kedler, der genererer mættet damp ). Hvis temperaturen efter genopvarmning afviger fra den primære damps temperatur, angives det med en brøkdel. F Type brændsel (hvis ovnen ikke er lagdelt ): O Ovnstype (ikke angivet for gas-olie, undtagen "B"):
  • T- kammerovn med fjernelse af fast slagge ;
  • Zh - kammerovn med fjernelse af flydende slagge;
  • R - lagdelt brændkammer (rist);
  • B - vortex ovn ;
  • C- cyklonovn ;
  • Ф - en ovn med en kogende (fluidiseret) seng (stationær og cirkulerende );
  • Og - andre typer brandkasser, herunder to-zoner.
H "H", hvis kedlen er under tryk .

Kedlens parametre vælges om muligt i henhold til standardområdet. Efter betegnelsen i henhold til GOST kan fabriksmærket skrives i parentes, for eksempel E-75-3.9-440BT ( BKZ -75-39FB).

Tromlekedler

Vand leveret til kedlen af ​​en fødepumpe (for eksempel en dampinjektor ), efter at have passeret economizer , kommer ind i tromlen (placeret i toppen af ​​kedlen), hvorfra under påvirkning af tyngdekraften (i kedler med naturlig cirkulation) ), det går ind i uopvarmede nedløbsrør og derefter ind i opvarmede løfterør, hvor der sker fordampning (stigende og faldende rør danner et cirkulationskredsløb). På grund af den kendsgerning, at densiteten af ​​damp-vand-blandingen i sigterørene er mindre end densiteten af ​​vand i nedløbsrørene, stiger damp-vand-blandingen gennem sigterørene ind i tromlen. Det adskiller damp-vand-blandingen i damp og vand. Vandet kommer igen ind i nedløbsrørene, og den mættede damp går til overhederen . I kedler med naturlig cirkulation er frekvensen af ​​vandcirkulation langs cirkulationskredsløbet fra 5 til 50 gange. Kedler med tvungen cirkulation er udstyret med en pumpe, der skaber tryk i cirkulationskredsløbet. Cirkulationens mangfoldighed er 3-10 gange [1] . Kedler med tvungen cirkulation på det post-sovjetiske rums territorium har ikke modtaget distribution. Tromlekedler arbejder ved mindre end kritisk tryk.

Engangskedler

Engangskedler har ikke en tromle. Vand passerer gennem fordamperrørene én gang og bliver gradvist til damp. Den zone, hvor fordampningen slutter, kaldes overgangszonen. Efter fordamperrørene kommer damp-vandblandingen (damp) ind i overhederen. Meget ofte har engangskedler en mellemoverhedning . Engangskedlen er et hydraulisk system med åbent sløjfe. Sådanne kedler fungerer ikke kun ved subkritisk, men også ved superkritisk tryk .

Procesautomatisering

Kedelenheden er en teknisk kompleks enhed. Som et multidimensionelt objekt indeholder det mange kontrolsystemer. Mange teknologiske parametre skal opretholdes for pålidelig og økonomisk drift af kedlen. Disse hovedparametre er:

  • Kedel varmebelastningssystem:
    • forbrændingsproces i ovnen;
    • luftforsyning til kedelovnen;
    • sjældenhed i ovnen;
  • Overophedet damptemperaturkontrolsystem;
  • Kedelforsyningskontrolsystem. [2]

Kedelforsyningskontrolsystem

Strømforsyningen til dampkedler reguleres som følger. Det antages, at den maksimalt tilladte afvigelse af vandstanden i tromlen er ±100 mm fra gennemsnitsværdien. Et fald i niveauet kan føre til forstyrrelser i tilførsel og køling af vandrør. Forøgelse af niveauet kan føre til et fald i effektiviteten af ​​intratromle-enheder. Overfodring af tromlen og kast af vandpartikler ind i turbinen kan forårsage alvorlig mekanisk skade på dens rotor og vinger.

Reguleringsordninger . Ud fra kravene til regulering af vandstanden i tromlen skal den automatiske regulator sikre gennemsnitsniveauets konstanthed, uanset kedlens belastning og andre forstyrrende påvirkninger. Under forbigående forhold kan niveauændringen ske ret hurtigt, så effektregulatoren skal opretholde et konstant forhold mellem fødevand og dampstrømningshastigheder for at sikre små niveauafvigelser. Denne opgave udføres af en tre-puls controller.

Regulatoren flytter ventilen, når der vises et ubalancesignal mellem strømningshastighederne for fødevand Dpv og damp Dpp. Derudover virker den på forsyningsventilens position, når niveauet afviger fra den indstillede værdi. En sådan ACS-forsyning, der kombinerer principperne for regulering ved afvigelse og forstyrrelse, er mest udbredt på kraftige tromlekedler.

Regulering af vandregimet for kedelenheden

Den kemiske sammensætning af vandet, der cirkulerer i tromlekedler, har en væsentlig indflydelse på varigheden af ​​deres non-stop og non-reparation kampagner. De vigtigste indikatorer for kvaliteten af ​​kedelvand er det samlede saltindhold og den overskydende koncentration af fosfater. Opretholdelse af det totale saltindhold i kedelvandet inden for det normale område udføres ved hjælp af kontinuerlig og periodisk blæsning fra tromlen til specielle ekspandere. Kedelvandstab ved nedblæsning efterfyldes med fødevand i en mængde bestemt af vandstanden i tromlen. Kontinuerlig nedblæsning styres ved at aktivere regulatoren på en kontrolventil i nedblæsningsledningen. Ud over korrektionssignalet for saltholdighed modtager indgangen på PI-regulator 2 et signal for nedblæsningsvandets flowhastighed Dpr og et signal for dampflowhastigheden Dpp. Dampstrømningssignalet sendes til flowmåleren 3, hvis elektromekaniske integrator bruges som en pulser, der virker gennem startanordningen 4 for at tænde og slukke for stempelfosfatpumpen 6. [3]

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Dampkedler  // Konkurrence - Bondekrig. - M  .: Soviet Encyclopedia , 1937. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [i 66 bind]  / chefredaktør O. Yu. Schmidt  ; 1926-1947, v. 34).
  2. ↑ Lezin V.I., Lipov Yu.M., Seleznev M.A., Syromyatnikov V.M. Overhedning af kedelenheder. - M. , 1965. - 290 s.
  3. ↑ M.A. Trushnikov. Undersøgelse af automatiske kontrolsystemer til fodring af tromlekedler // Volzhsky Polytechnic Institute of VolGTU. – 2014.

Links

Litteratur

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger