Производительность, надежность и безопасность котла

Пар находит широкое применение в химической обработке, начиная от нагрева жидкостей и заканчивая приводным оборудованием. Бойлеры, вырабатывающие пар из воды, бывают разных видов и размеров. Итак, здесь мы рассмотрим типы и конструкции котлов для технологических установок, а также вопросы, связанные с их безопасностью, надежностью и эффективной работой. Мы также обсудим аксессуары и мониторинг состояния.

Во-первых, давайте рассмотрим некоторые основы. Только очищенная вода может служить питательной водой для котлов. Вода может протекать, например, по горизонтальным, вертикальным или спиральным трубам. Трубы могут быть гладкими, ребристыми и т. д. В бойлерах используется комбинация лучистой и конвективной теплопередачи, они состоят из топочной (горячего газа) секции и паросодержащих частей (труб и т. д.). Более низкая средняя разница температур между горячим газом и паром обычно требует увеличения поверхности труб и веса котла. Для жаропрочных котлов требуются специальные сплавы, например, на основе никеля.

Дизайнеры стремятся оптимизировать теплопередачу и, как следствие, эффективность. Более высокий КПД снижает расход топлива и удельный вес продуктов сгорания, что также означает меньшее загрязнение и выбросы. Это также переводится в бойлер меньшего размера.

Варианты.

Бойлеры бывают разных типов и конструкций. Обычно используемая конфигурация использует паровой барабан. В этом типе вода поступает в котел через участок конвекционного канала, называемый экономайзером. Из экономайзера он попадает в паровой барабан. Оказавшись там, вода проходит через сливные трубы к нижним входным коллекторам водяной стены. Из этих коллекторов вода поднимается через водяные стенки и в конечном итоге превращается в пар из-за тепла, выделяемого, например, горелками. Этот пар поступает в паровой барабан. Он проходит через серию сепараторов пара и воды, а затем через сушилки внутри парового барабана. Они удаляют капли воды из пара, а затем цикл через водяные стенки повторяется. Для нагнетания воды в бойлер обычно требуется специальный набор насосов питательной воды.

Многие большие котлы имеют паровой барабан и используют водяные трубы, встроенные в стенки зоны горения топки. Эти блоки имеют разную компоновку, что позволяет выбрать конфигурацию, обеспечивающую максимальную эффективность для конкретного применения. Насыщенный пар из парового барабана проходит по трубам, нагреваемым горячими газами сгорания, становясь перегретым. Горячие газы также подогревают пар, поступающий в паровой барабан, и воздух для горения, поступающий в зону горения.

Другой вариант — более простая конструкция, известная как прямоточный котел. В этой системе нет парового барабана. Вода проходит через экономайзер, стенки печи и секцию перегревателя за один непрерывный проход, рециркуляции нет. Здесь также набор насосов питательной воды обеспечивает движущую силу для потока через котел.

Сухой пар необходим для многих применений. Например, любые капли жидкой воды, перенесенные в паровую турбину, могут вызвать разрушительную эрозию лопаток турбины. Следовательно, котельная система должна вырабатывать сухой перегретый пар.

Сверхкритические прямоточные котлы.

В критической точке жидкости отдельные жидкая и газовая фазы не существуют, и между жидкостью и газом нет границы раздела фаз. По мере приближения к критической точке свойства газовой и жидкой фаз сближаются. В критической точке существует только одна фаза — однородная сверхкритическая жидкость. Некоторые инженеры называют системы, использующие этот подход, парогенераторами, а не котлами, потому что они фактически не кипятят воду. Однако термин котлы широко используется для них, поэтому в этой статье мы будем называть их котлами.

Для больших сверхкритических паровых котлов прямоточная конфигурация является предпочтительным вариантом котлов, поскольку нет необходимости в паровом барабане или аналогичных приспособлениях, поскольку не существует отдельных жидкой и газовой фаз.

Сверхкритический парогенератор работает при давлениях выше критического, скажем, около 220 бар. Жидкая вода сразу становится паром. Эффективность всей операции превышает КПД докритической паровой системы. Другие факторы также благоприятствуют сверхкритическим прямоточным котлам. Например, устраняя паровые барабаны, эти системы позволяют избежать проблем и потенциальных инцидентов (включая катастрофические взрывы), которые часто возникают из-за паровых барабанов.

Такие системы обычно включают воду, поступающую в котел под давлением выше критического, нагревание до температуры выше критической, а затем расширение до сухого пара при некотором более низком докритическом давлении. Это может происходить с помощью различных конфигураций, например, дроссельной заслонки, расположенной после испарительной секции котла.

Многие сверхкритические прямоточные котлы, используемые на предприятиях, имеют давление в диапазоне 250–350 бар. И температуру, что значительно выше критической точки воды. Однако выбор более умеренных условий, снижает сложность эксплуатации и повышает надежность. Образующийся пар высокого давления может подвергаться постепенному восстановлению для получения пара среднего и низкого давления, если это необходимо.

Основным недостатком сверхкритических паровых котлов является их потребность в чрезвычайно чистой КДО, скажем, порядка 0,1 ppm от общего количества растворенных твердых веществ. Еще одна проблема — работа с частичной нагрузкой. При полной нагрузке масса жидкости в трубках позволяет избежать чрезмерно высоких температур. Однако при частичной нагрузке меньшие объемы подаваемой воды и образующегося пара повышают вероятность перегрева.

Таким образом, важно учитывать, как котел будет работать при частичном расходе воды. Традиционный метод работы с частичной нагрузкой использует плавное регулирование давления с постепенным снижением рабочего давления, чтобы минимизировать колебания температуры генерируемого пара. Когда давление в трубах стенки печи падает ниже критического, масса, необходимая для предотвращения перегрева, резко возрастает. По этой причине ряд котлов работает со стенками топки на полном давлении, а пароперегреватели — на скользящем давлении. Эта конструкция основана на нескольких дроссельных клапанах, которые могут повлиять на надежность, доступность и требования к техническому обслуживанию установки.

В некоторых котлах вместо вертикальных труб используется спирально-навитая печь с наклонными трубами. Такое расположение уменьшает количество труб в печи и, следовательно, увеличивает массу текучей среды в каждой трубе. Одновременно увеличивается длина отдельной трубки, каждая трубка проходит через каждую часть поверхности теплопередачи печи. Это сглаживает различия в тепловложении, например, между серединой стены и углами, поскольку каждая труба проходит через обе области.

Существует множество различных вариантов работы с частичной нагрузкой, причем правильный выбор зависит от конкретного применения котла.

Безопасность, надежность и эксплуатация.

Ежегодно происходит множество аварий и поломок котлов. Большинство из них вызвано неисправностью различных частей, ошибками в работе, плохим обслуживанием, коррозией и т. д. Правильно работающие устройства контроля и безопасности абсолютно необходимы. Кроме того, вы должны установить и обеспечить соблюдение регулярных режимов тестирования и проверки, чтобы обеспечить уверенность в том, что функции безопасности и контроля будут работать, когда это необходимо.

Предохранительные клапаны обычно служат в качестве основного средства защиты котла, эти клапаны предотвращают опасное превышение давления. Предохранительные клапаны необходимы в случае выхода из строя регуляторов давления или других устройств, предназначенных для регулирования скорости. Если что-то пойдет не так, предохранительный клапан спроектирован так, чтобы сбросить все давление, создаваемое внутри котла. 

Итак, вы должны думать о предохранительном клапане как о последней линии защиты. Он должен иметь достаточную разгрузочную способность, чтобы соответствовать или превышать максимальную мощность горелки. 

Несколько факторов, таких как внутренняя коррозия, ограниченный поток и т. д. Могут препятствовать правильному функционированию системы предохранительных клапанов. Внутренняя коррозия, вероятно, является наиболее частой причиной замерзания или заклинивания предохранительных клапанов. Следите за тем, чтобы на всех предохранительных клапанах не было мусора или посторонних материалов, и регулярно проверяйте их работу. Иногда помогает химическая очистка котлов которую можно заказать на сайте: www.okohim.ru.

Не рекомендуется эксплуатировать котел слишком близко к настройке предохранительного клапана. Это может вызвать небольшую утечку клапана, что приведет к накоплению внутренней коррозии, которая в конечном итоге помешает клапану работать. Очень грубо говоря, давление пара в котле часто поддерживается примерно на уровне 75–80% от установленного давления предохранительного клапана.

Регулирование расхода или уровня воды и отсечка топлива при низком уровне воды обычно служат другими важными функциями контроля и безопасности котла. Эти устройства выполняют две отдельные функции. Однако на очень простых и небольших котлах они часто объединяются в единый блок, который обеспечивает как функцию контроля воды, так и функцию безопасности устройства отсечки топлива с низким содержанием воды. Однако для многих котлов эти две функции должны выполнять два отдельных набора устройств. Обычно котел, особенно средний или большой, должен иметь два независимых устройства отсечки маловодного топлива (первичное и вторичное). Многие кодексы и юрисдикции требуют наличия двух таких независимых устройств на паровых котлах.

Современные топливные системы для котлов представляют собой сложные сборки, состоящие как из электронных, так и из механических компонентов. Многое может пойти не так с топливной системой котла. Например, трансформаторы зажигания могут выйти из строя, электроды розжига могут гореть и покрыться слоем, топливные фильтры и оборудование горелки могут засориться, топливные клапаны могут загрязниться и потечь, соотношение воздух / топливо может выйти из-под контроля, сканеры пламени могут загрязниться. Топливная система должна включать множество функций безопасности. В частности, система горелки требует периодической очистки и текущего обслуживания. Неспособность поддерживать оборудование в хорошем рабочем состоянии может привести к множеству проблем, таких как чрезмерный расход топлива, потеря теплопередачи или даже взрыв.

Течение воды в различных частях котла, а также температурный профиль в топке и секциях горячего газа требуют осторожности, это ключевые рабочие параметры, требующие измерения. Например, температура дымовой трубы отражает температуру дымовых газов, выходящих из котла. Более высокая, чем обычно, температура дымовой трубы указывает на то, что на трубках может образовываться сажа или накипь, а также существует неэффективность режима теплопередачи.

Большинство поломок и аварий котла можно избежать. Одним из наиболее эффективных инструментов предотвращения таких проблем является мониторинг состояния. Большинство проблем и проблем с котлом не возникают внезапно, а развиваются медленно в течение длительного периода времени. Лучший способ обнаружить важные изменения, которые в противном случае могут остаться незамеченными, — это всесторонняя запись данных о состоянии и их периодическая тщательная оценка.

Для достижения наилучших характеристик, безопасности и надежности поддерживайте огонь в топочной секции как можно более равномерно, чтобы избежать чрезмерной скорости горения, нежелательных колебаний температуры и возможных взрывов. Разрушающая сила при взрыве котла возникает из-за мгновенного высвобождения энергии в системе сгорания или в паровых секциях.

2021-01-03

Коммерческое предложение
Добросовестное использование

Все права на материалы, находящиеся на сайте, охраняются в соответствии с законодательством РФ. При любом использовании материалов сайта письменное согласие обязательно. Торговые марки, логотипы и марки услуг, размещенные на данном сайте, являются собственностью mse-online.ru или третьих лиц.