Глава 1 ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ПАРОГЕНЕРАТОРА. 1-І. МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ПАРОГЕНЕРАТОРА. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

Различают конструктивный и поверочный тепловые расчеты. Их методика в основном общая. Разница заключается в целях расчета, искомых величинах и последовательности его выполнения. Целью конструктивного расчета является разработка проекта нового парогенератора на заданные производительность, параметры пара и топливо. Поверочный расчет выполняют для существующего парогенератора. По имеющимся конструктивным характеристикам парогененератора при заданных нагрузке и топливе определяют температуры воды, пара, воздуха и продуктов сгорания на границах между поверхностями нагрева, к. п. д. агрегата, расход топлива. В результате поверочного расчета получают исходные данные, необходимые для выбора вспомогательного оборудования и выполнения гидравлических, аэродинамических и прочностных расчетов. В пособии излагается методика поверочного теплового расчета парогенератора и конструктивного расчета его отдельных элементов. Если условия задания мало отличаются от условий, на которые рассчитан типовой парогенератор, то общая компоновка и основные узлы типового парогенератора сохраняются. В этом случае поверочным расчетом определяют технические показатели агрегата при работе с заданными условиями и при необходимости намечают мероприятия по реконструкции отдельных участков парогенератора. Содержание реконструкции определяется конструктивным расчетом участков парогенератора, подлежащих реконструкции. При разработке проекта реконструкции парогенератора, например в связи с увеличением его паропроизводительности, изменением параметров пара или с переводом на другое топливо, может потребоваться изменение целого ряда элементов парогенератора. Однако основные части парогенератора и его общая компоновка, как правило, сохраняются, а реконструкцию тех элементов, которые необходимо изменить, выполняют так, чтобы по возможности сохранялись основные узлы и детали типового парогенератора. В этом случае проводят поверочный расчет тех элементов, которые не изменяются, и конструктивный — реконструируемых элементов. 1 Курсовой проект состоит из расчетнопояснительной.записки с тепловым расчетом агрегата, компоновочных чертежей парогенератора и некоторых отдельных его узлов, выполняемых по заданию руководителя. Расчетно-пояснйтельная записка выполняется чернилами на бумаге форматом А4 (297 X 210 мм). В начале записки должна быть помещена кратная техническая характеристика парогенератора с описанием циркуляционной системы и сепараиионных устройств. Топка, перегреватель, экономайзер и воздухоподогреватель описываются кратко по ходу расчета. Расчет выполняется методом последовательного проведения расчетных операций с пояснениями производимых действий. Расчетные формулы парогенератора сначала записываются в общем виде, затем подставляются числовые значения всех входящих в них величин, после чего приводится окончательный результат вычисления. При выполнении теплового расчета значения ряда величин, например коэффициентов избытка воздуха в топке и газоходах, коэффициентовтепловой эффективности и использования конвективных поверхностей и других, принимаются ..ориентировочные, с тремячетырьмя значащими цифрами. Поэтому стремиться к повышению точности расчета введением пятиили шестизначных величин, даже если они получены в результате сложения большой величины с* малой, нецелесообразно. Полученные величины следует округлять. В процессе выполнения расчета необходимо записывать и анализировать единицы исходных и получаемых величин, тщательно следя за тем, чтобы они соответствовали принятой системе единиц. Нужно твердо запомнить, что единицы измерения в правой и левой частях любых формул и уравнений должны быть одинаковыми, а операции сложения и вычитания можно производить только с величинами, имеющими одинаковые единицы. Анализ единиц исходных и расчетных величин дает возможность выявить ряд ошибок, часто допускаемых при выполнении расчетов. Объемы и энтальпии воздуха и газов, тепловой баланс парогенератора и тепловосприятие отдельных участков и газоходов принято рассчитывать на 1 кг твердого или жидкого топлива (м3/кг, кДж/кг) и на 1 м3 газообразного топлива (м3/м3, кДжЛг). В этом случае объем газз принимается приведенный к нормальным условиям (р = 0,1 МПа, / = = 0=С). При определении скорости движения газов объем подсчитывают. с учетом действительных давления и температуры в соответствующем газоходе, отличающихся от нормальных условий [20]. Обозначения используемых в пособии величин в основном соответствуют [32]. Строчными буквами обозначаются объемы, энтальпии, теплоемкости, количества теплоты и другие, отнесенные к 1 кг (1 м3) рабочего тела (вода, пар, воздух), прописными — те же величины, отнесенные к 1 кг (1 м3) топлива. Например, энтальпия 1 кг пара пли ЕОДЫ — і кДж/кг, 1 м3 воздуха — і кДж/м3; энтальпия воздуха или продуктов сгорания, отнесенная к 1 кг (1 м3) топлива,— / кДж/кг (кДж/м3); тепловосприятие рассчитываемой поверхности нагрева — С> кДж/кг (кДж/м3). Температура греющего теплоносителя, т. е. продуктов сгорания топлива, обозначается Ф, а нагреваемых теплоносителей (вода, пар, воздух) — /°С. -Индексы, как правило, ставятся вни. зу основного обозначения справа. Например, энтальпия газов в газоходе перегревателя /пе, энтальпия воздуха /8, объем продуктов сгорания Уг. Верхние индексы применяются в следующих случаях: а) когда они относятся > мг-се топлиу'пример содержанье -п \да, азота в }...бочсм і Ыр- • б) для обозначения теоретической величины (вверху ставится нуль), например теоретически необходимый объем воздуха V0; в) при обозначении какой-либо величины на входе в рассчитываемый участок или на выходе из него (вверху обозначения ставятся соответственно один или два штриха). Например, температура газов на входе .в газоход перегревателя Фпе, на выходе из него Ф„е. В пределах расчета данного элемента агрегата индексы, указывающие на элемент, не ставятся. В случае сложных схем включения перегревателей, экономайзеров и воздухоподогревателей с делением на части (ступени) расчетные ступени и участки нумеруются римскими цифрами по ходу нагреваемой среды (пара, воды, воздуха).

Например, энтальпия воды на выходе из первой ступени экономайзера обозначается ?[эк. Для обозначения разности величин слева от их основного обозначения ставится греческая буква Д. Например, изменение коэффициента избытка воздуха в газоходе — Да, температурный напор.— Дг.. 1—2. РАСЧЕТНОЕ ЗАДАНИЕ Для выполнения поверочного или поверочно-конструктивного расчета парогенератора заданного типа необходимы следующие сведения и исходные данные: 1. Типоразмер (наименование серии) парогенератора. 2. Паропроизводительность агрегата' ?>, т/ч (кг/с)*. ' 3. Непрерывная продувка в процентах от паропроизводительности агрегата р, %. 4. Давление пара у главной паровой задвижки рп, МПа. 5. Температура перегретого пара I °С 6. Температура питательной воды перед экономайзером *п.в. °С. 7. Вид топлива и его основные характеристики. 8. Способ сжигания топлива и тип топки- 9. Вид хвостовых поверхностей нагрева и их компоновка. 10. Температура уходящих газов Фух,°С. ( С переходом на единицы СИ целесообразнее ^ < -чзовать парогенератор его тепловой Ь -.('З-'"'1 выраженной в мегаваттах [181. тов и полуантрацитов, кускового торфа, сланца и древесных отходов 132]. Не рекомендуется применять слоевые топки для сжигания антрацитового штыба, рядовых антрацитов, тощих ка- менных углей, а также высоковлажных бурых углей с >• 3,4, фрезерного торфа и отходов углеобогащения, так как они не обеспечивают надежное и эко- номичное сжигание топлива. В.табл. I—1 указаны рекомендуемые типы слоевых топок в зависимости от вида сжигаемого топлива и паропроиз- водительности агрегата. Камерные топки для сжигания жид- ких и газообразных топлив применяют- ся в агрегатах любой паропроизводи- тельности, а для сжигания пылевидных твердых топлив — в агрегатах паропро- изводительностью Б 25 т/ч. При выборе типа камерных топок в зависимости от вида сжигаемого топли- ва и паропроизводительности агрегата пользуются табл. 1—2 [32]. 11. Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель С„, °С и на выходе из него Глп, °С. Исходные данные 1—7 всегда известны из задания на проектирование, а данные 8—10 могут быть не указаны. В этом случае их принимают самостоятельно. Необходимые для расчета конструктивные характеристики агрегата и его элементов выбирают из чертежей и технических условий на заданный парогенератор, а также из заданных или принятых самостоятельно топочного устройства, экономайзера, воздухоподогревателя. 1—3. ВЫБОР ТИПА ТОПКИ Выбор типа топки производится в тех случаях, когда топка типового или существующего парогенератора не удовлетворяет условиям задания на проектирование. В агрегатах малой и средней паропроизводительности применяются слоевые и камерные топки. Слоевые топки просты в эксплуатации, могут устойчиво работать в большом диапазоне нагрузок, стоимость установки и эксплуатации их ниже, чем камерных. Слоевые топки целесообразно использовать в агрегатах паропроизводительностью ?> < 35 т/ч при сжигании грохоченых и рядовых углей .с выходом летучих на горячую массу Уг > >• 20% не содержанием мелочи 0—6 мм не более 60%,. сортированных антрацита б л и ц а I—1. Рекомендуемые типы слоевых топок Вид топ- Паропронзводктельность агрегата А. т/ч лива 2.5—4 6.0 10—35 Антрацит АС и АМ Топки с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками (типа ПМЗ-РПК)' Топки с цепной 'решеткой прямого хода и самотечной подачей топлива Камеяные и бурые угли ' Топки с пневмомеханическими забрасывателями к цепной решеткой обратного хода Топка ПМЗ-РПК Топки с пневматическими забрасывателями и цепной решеткой прямого хода Торф куско- ао.'і Шахматные топки ? с наклонной решеткой Шахтко-цепная топка 1 В агрегатах пзропронзводмтельностью О < 2 т/ч применяются топки с решетками из поворотных ко-. | .госников РПК н ручным забросом топлива. . ^т Каменные угли с выходом летучих: Vе < 25% >25 >50 >25 Vе > 25% Бурые угли То же Фрезерный торф -ьг Г 1 Пылеугольная с твердым шлакоудалением и размолом топлива в барабанно-шаровой или среднеходнон шаровой мельнице Пылеугольная с твердым [олакэудалением и размолом топлива в сре;неходной клн быстроходной (ыс.-отк> вой) ыеяьапе Шахтко-мгльетч^ия] топка^нли" тег.к; с мелю—ими венти ляГ-оами с тзе?дым шл акоудалгнием Пневматическая ~~ка ИКТИ систгль Щерцзеза Я1ахтнс-«льяичЕая топкз с т~~ г^.-.-'кэудзлеи'.ем ХВОСТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ. ТЕМПЕРАТУРЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ И ВОЗДУХА Парогенераторы паропроизводительностью ?> < 10 т/ч поставляются котлостроительными заводами без хвостовых поверхностей нагрева. Вид последних и их компоновка определяются при разработке проекта установки парогенератора. Согласно [351 хвостовые поверхности нагрева парогенератора — экономайзеры и воздухоподогреватели — должны иметь все агрегаты паропроизводительностью Б ;> 2,5 т/ч при температуре газов за испарительными пучками более 250° С. В парогененраторах малой паропроизводительности применяются как комбинированные хвостовые поверхности, состоящие из экономайзера и воздухоподогревателя, так и один только экономайзер или воздухоподогреватель. В агрегатах паропроизводительностью ?> < 10 т/ч устанавливать комбинированные хвостовые поверхности нагрева нецелесообразно, так как их трудно компоновать с маломощными парогенераторами, а их установка повышает капитальные затраты и усложняет эксплуатацию парогенераторов. Поэтому такие парогенераторы обычно имеют лишь одну поверхность нагрева — экономайзер или воздухоподогреватель. Воздухоподогреватель устанавливают при сжигании высоковлажных бурых углей марки Б1, фрезерного торфа и древесных отходов, когда подогрев воздуха необходим для интенсификации и устойчивости процесса горения и повышения к. п. д. топки. Применяются экономайзеры чугунные ребристые системы ВТИ и стальные гладкотрубные кипящего и некипящего типов или комбинированные, состоящие из чугунных ребристых труб в нижней «холодной» части и стальных труб в верхней части. Правилами котлонадзора чугунные экономайзеры разрешается применять при рабочем давлении в барабане парогенератора р6 < 2,2 МПа. Они просты и надежны в эксплуатации, более устойчивы против внутренней и внешней коррозии, чем стальные. Стальные экономайзеры в агрегатах паропроизводительност ,ю D < 10 т/ч применяются г дК0> т^х МОЖно использовать Б пароге->аТС ах; работающих на •азе1 мпг рой. воды на чходе НАГ С и выше или в качестве второй (по ходу воды) ступени экономайзера, если по расчету требуется установка экономайзера кипящего типа.

Температуры уходящих газов и подогрева воздуха должны быть увязаны с заданным видом топлива, намеченным типом топки, видом и компоновкой хвостовых поверхностей нагрева парогенератора. При выборе температуры уходящих газов следует учитывать возможность коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева при конденсации на них водяных паров, содержащихся в дымовых газах. Интенсивность образования влаги на низкотемпературных поверхностях и их коррозия зависят от содержания влаги и серы в топливе. Поэтому при сжигании высоковлажных или высокосернистых топлив температура-уходящих газов выбирается более высокой. Для парогенераторов с хвостовыми поверхностями рекомендуемые температуры уходящих газов указаны в табл. 1—3. Большие значения следует принимать для агрегатов меньшей паропроизводительности. Если для предварительного подогрева воздуха предусматривается у станов-' ка воздухоподогревателя со .стеклянными трубами, то температуру уходящих газов рекомендуется принимать на 20—25° С ниже значений, указанных, в табл. 1—3. В табл. 1—4 приведены рекомендуемые температуры воздуха в зависимости от типа топки, вида топлива и паропроизводительности агрегата. Меньшие значения следует принимать для агрегатов меньшей паропроизводительности. Температура подогрева воздуха определяет компоновочную схему воздухопо- Таблица 1—3. Рекомендуемые температуры уходящих газов Л сс ух Паропроизводительностъ Вид топлива агрегата О, т/ч <10 10—20 >20 Твердое сухое 140—160 120—140 130—150 150—170 130—150 140—160 (В7П<1,5) То же, влажное (Ц7П = = 1.5-*-5) 160—180 160—180 150—170 140—160 130—150 120—140 150—170 140—150 130—150 То же, высоковлажиое (дет > >5) Мазут Природный газ догревателя и экономайзера. Если температура горячего воздуха ниже 250° С для влажных топлив (\ГП > 3,6) и ниже 300е С для сухих, то рекомендуется применять одноступенчатый подогрев воздуха. В этом случае весь воздухоподогреватель устанавливают после экономайзера или до него, т. е. применяют последовательную компоновку хвостовых поверхностей. Если температура горячего воздуха выше указанных значений, то применяют двухступенчатый подогрев воздуха. В этом случае воздухоподогреватель делят на две части (ступени) — первую, или входную по воздуху (называемую «холодной»), и вторую, выходную (называемую «горячей»). Первую ступень воздухоподогревателя располагают .за экономайзером, вторую — перед ним или между его частями (ступенями). Такое расположение хвостовых поверхностей называется «в рассечку» При компоновке хвостовых поверхностей «в рассечку» деление экономайзера на части (ступени) применяется для парогенераторов, не имеющих развитых испарительных пучков. При расчете парогенератора, имеющего хвостовые поверхности нагрева, температуру горячего воздуха следует выбирать, исходя из приведенных рекомендаций и особенностей компоновки экономайзера и воздухоподогревателя. Если применяется одноступенчатая компоновка, то температуру горячего воздуха следует выбирать не более 260—300 С, а при компоновке «в рассечку» — выше указанных значений. Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель *вп обычно равна температуре воздуха в котельной, т. е. 25—30 С. Однако при сжигании высоковлажных (Ц7П > 3,6) и сернистых топлив (например, сернистых мазутов), дымовые газы которых имеют высокую температуру точки росы, на трубах воздухоподогревателя, омываемых холодным воздухом, конденсируются водяные пары и происходит интенсивная коррозия металла. Для предотвращения последней холодный воздух перед стальным воздухоподогревателем следует подогревать до 50—60е С при сжигании высоковлажных твердых топлив и до 80—90е С при сжиганий мазутов. Для предварительного подогрева воздуха иногда используют паровые калориферы или рециркуляцию части горячего воздуха во всасывающий патрубок вентилятора. Подогрев воздуха в паровом калорифере и рециркуляция горячего воздуха вызывают понижение экономичности парогенератора за счет повышения температуры уходящих газов и поэтому применяются редко. В настоящее время получает распространение предварительный подогрев воздуха в воздухоподогревателё'ю стеклянными трубами. В этомм^лучуг«"подо-, грев воздухя/существляется Т^ *1 у~тдящи'х газо^ в результате чё емп: т р.ч ,;х хжается, а эконом ине! .ра повышается. В агрегатах промышленного типа для уменьшения сернокислотной коррозии воздухоподогреватель иногда устанавливают перед экономайзером. 1—5. СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ ' ПАРОГЕНЕРАТОРА Прежде чем приступить к тепловому расчету, необходимо четко уяснить общую компоновку всего парогенератора и направление движения сред, участвующих в теплообмене (дымовые газы, вода, пар, воздух). Для этого составляют схему парогенератора, на которую наносят все его основные элементы (топку, перегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель). Для парогенераторов с горизонтальными газоходами (ДКВ, ДКВр, КЕ, ДЕ) схему составляют в двух проекциях (продольный и горизонтальный разрезы), для остальных парогенераторов — в одной проекции (продольный разрез). На схеме указывают давление питатель ной воды во входном коллекторе экономайзера, давление в барабане и давление пара в выходном коллекторе. При использовании предварительного подогрева воздуха перед стальным воздухоподогревателем, например в паровом калорифере или в воздухоподогревателе со стеклянными трубами, на схеме указывают принятый способ подогрева и температуру воздуха после подогревателя. Если кет точных данных о давлении в различных участках пароводяного тракта парогенератора, ? то его можно определить ориентировочно, если принять гидравлические сопротивления экономайзера и перегревателя по 10% от давления в барабане. В этом случае давление в барабане рб =; 1,1 рп, а давление во входном коллекторе экономайзера рэк =1 1, 1 рб, где рп —давление пара в выходном коллекторе, указанное в задании на проектирование. На рис. 1—1 и 1—2 даны примеры схем парогенераторов ТП-35У и ДКВр.

Парогенераторы малой и средней мощности, какие они бывают

Автор Ю. Березянская

Применение парогенераторов

Обеспечить паром производственный цех, как и любой другой объект, можно двумя способами: воспользоваться услугами централизованной тепловой сети или оборудовать предприятие автономным парогенератором. Недостатки обоих способов очевидны: в первом случае компании придется оплачивать услуги поставщика и устройство паропровода (при этом подача пара может быть нестабильной, а его качество — не соответствовать технологическим требованиям); во втором — покупка, установка и эксплуатация собственного парогенератора потребуют соответствующих затрат. Данные затраты можно минимизировать, подобрав парогенератор, точно соответствующий потребностям того или иного предприятия. Далеко не везде необходимо устанавливать агрегаты производительностью тонны пара в час, да и качество требуемого пара может быть разное, в зависимости от его предназначения.

В настоящее время можно разделить рынок парогенераторов малой мощности на ряд секторов (см. табл. 1 ). Подобное разделение можно провести и по максимальному рабочему давлению парогенераторов (см. табл. 2 ). Определившись, каким видом топлива располагает предприятие: твердым (торф, дрова, уголь, древесные отходы), жидким (мазут, дизельное топливо, печное бытовое топливо), природный газ или электричество, необходимо оценить какое из них наиболее выгодно использовать при эксплуатации парогенерирующего оборудования.

Парогенераторы, работающие на органическом топливе

Современная промышленность предлагает достаточно большой выбор парогенераторов. Пар в парогенераторах получают за счет тепла сжигаемого органического топлива, или преобразования электрической энергии в тепловую. По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара), парогенераторы могут быть подразделены на 2 группы: жаротрубные и водотрубные.

В жаротрубных парогенераторах внутри труб движутся дымовые газы, а вода омывает трубы снаружи. В водотрубных , наоборот, внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи.

В результате этого процесса происходит выработка пара. По принципу движения воды пароводяной смеси парогенераторы подразделяется на агрегаты с естественной и с принудительной циркуляцией. Последние подразделяются на прямоточные и с многократно-принудительной циркуляцией (беструбные).

Среди парогенераторов малой мощности есть котлы классических жаротрубной и водотрубной конструкций, но самые распространенные — прямоточные и так называемые беструбные (tubeless).

В прямоточных парогенераторах питательный насос подает воду в змеевик, размещенный в камере сгорания. Полное испарение происходит за один проход воды через змеевик. Их основное достоинство — возможность получения пара высокого (до 22,1 МПа) давления и относительно небольшие габариты.Конструкция змеевика обеспечивает эффективное использование поверхности теплообмена, а во время работы требует минимального количества воды, что исключает возможность взрыва парогенератора. Труба змеевика спроектирована таким образом, что обеспечивает турбулентный

продув дымовых газов через змеевик.

С точки зрения конструкции, беструбный парогенератор напоминает жаротрубный двух-ходовой котел. Однако при втором проходе продукты сгорания в нем движутся не по трубам, а по цилиндрическому газоходу, образованному корпусом котла и оребренной стенкой водяной рубашки. Поверхность камеры сгорания у некоторых моделей выполнена гофрированной, что также улучшает теплообмен и снижает напряжение, вызванное термическим расширением различных элементов котла.

Регулирующим устройством парогенератора являются прессостаты, под управлением которых

горелка и питательный насос работает на частичной или полной мощности и в соответствии с реальным расходом пара в автоматическом режиме.

Сегодня на отечественном рынке представлены парогенераторы производительностью от нескольких десятков кг/ч, работающие на газе, различных видах жидкого топлива или электричестве.

Электрические парогенераторы

Производительность электрических парогенераторов редко превышает несколько сотен кг/ч. В более мощных паровых установках электричество используется крайне редко. Для таких производств, где потребность в технологическом паре не очень велика (порядка 300 кг пара/час) и имеется возможность использовать электроэнергию для генерации пара, самым оптимальным решением проблемы пароснабжения становится приобретение электропарогенераторов. Как и другие электрические тепловые приборы, парогенераторы имеют следующие основные достоинства: они дешевле, чем парогенераторы, работающие на жидком топливе или газе, экологически чище и обладают меньшими габаритами и массой. Электрические парогенераторы проще установить (обычно, электропарогенераторы поставляются в виде модулей полно заводской готовности), эксплуатировать и, как правило, их не надо регистрировать в органах «Kотлонадзора» . В то же время на предприятии, где установлен такой парогенератор, должен быть источник электрической энергии соответствующей мощности.

В современных электрических парогенераторах используются следующие способы нагрева: ТЭНовый, электродный и индукционный .

В ТЭНовых электропарогенераторах для кипячения применяются трубчатые нагревательные элементы ТЭ-НЫ. Рубашку ТЭНов изготавливают из материалов, не загрязняющих воду, например, из нержавеющей стали, что позволяет получить достаточно чистый пар, который можно использовать в пищевой промышленности, в непосредственном контакте с продуктами.

Еще одно достоинство ТЭНовых парогенераторов — эффективный нагрев воды любой электропроводности. К основным недостаткам таких приборов можно отнести интенсивное отложение солей жесткости (накипи) на поверхности ТЭНов, что может привести к его перегоранию, а также невозможность плавного регулирования мощности агрегата. Избежать перегорания ТЭНа можно только используя глубоко умягченную подпиточную воду или омагничивание, что весьма удорожает стоимость установки. В отличии от емкостных ТЭНовых парогенераторов, многотрубная конструкция парогенераторов циркуляционного типа, позволяет создать несколько замкнутых циркуляционных

контуров, что дает возможность при небольшом объеме жидкости обеспечить высокую скорость омывания ТЭНов, (максимальную теплоотдачу), что исключает перегрев ТЭНа и обеспечивает длительный срок службы.

В отличие от ТЭНов, электроды не могут перегореть, и выпадение осадка на них незначительно (температура электродов почти не отличается от температуры воды). Путем изменения площади соприкосновения электрода с нагреваемой водой, можно плавно регулировать мощность парогенератора.

Кроме того, большинство электродных парогенераторов обладает меньшими габаритами и стоимостью, чем ТЭНовые аналогичной мощности. Однако вода, используемая в электродных котлах, должна иметь достаточно высокую электропроводность, поэтому в нее добавляют различные химически активные вещества (соли, кислоты, пищевую соду и т.д.). Такой пар может привести к разрушению элементов системы, в которую он поступает. Кроме того, его нельзя использовать в ряде технологических процессов.

В индукционных парогенераторах вода нагревается с помощью высокочастотного излучения. Отсутствие прямого контакта воды и нагревательного элемента (излучателя) позволяет получить особо чистый «медицинский» пар. К недостаткам этих приборов относятся их высокие стоимость и энергопотребление. Поэтому индукционные парогенераторы используют только в тех случаях, когда необходим пар медицинского качества. Практически все европейские парогенераторы — ТЭНовые. Производительность электрических парогенераторов европейских фирм редко превышает 100-150 кг/ч. Более мощные модели изготавливаются только «под заказ».

Критерии выбора парогенератора

Расход пара , выработка пара или производительность по пару — основная техническая характеристика парогенераторов, которая измеряется в кг пара/час. Для подбора парогенератора

также надо знать давление пара , которое он должен обеспечивать.

Расход пара часто не сравнивается при одинаковых условиях, что может приводить к ошибке при выборе или покупке (котел может оказаться других габаритов или мощностей). Причина этому — то, что при выборе котла надо как-то классифицировать выработку пара. Вот три термина, обычно характеризующие выработку пара:

? производительность котла при заданной температуре питательной воды (например, при 100 °С) и давлении пара на выходе 0 атм;

? максимальная выработка пара;

? полезная выработка пара.

Производительность парогенератора — выработка пара котлом на выходном фланце при температуре питательной воды 100 °С и давлении пара 0 атм, т.е. при температуре пара также

100 °С. Это наиболее часто и широко используемое понятие при выработке пара, которое указывается в большинстве брошюр и др. технических описаниях. Например, в американской индустрии принято оценивать производительность котлов в лошадиных силах (л.с.), имея в виду, что 1 котловая

л.с. = 34,5 фунтам пара в час при температуре питательной воды 100 °С и давлении пара 0 атм.

Максимальная выработка пара — расход пара, который обеспечивается на выходном фланце котла при рабочих параметрах, зависит от состояния питательной воды и состояния пара для данных условий. Максимальная выработка пара обычно отличается от производительности пара при температуре питательной воды 100° С и 0 атм, потому что питательная вода на входе и состояние пара на выходе различны при 100 °С и 0 атм.

Полезная выработка пара — количество пара в единицу времени, непосредственно доходящее до потребителя; является наиболее важным параметром. По определению, полезная выработка пара равна максимальной выработке пара (на котле) минус потери пара на котле при изменениях нагрузки минус потери пара при его транспортировке минус пар, идущий на собственные нужды котельной.

При колебаниях нагрузки пар может оказаться в избытке или его необходимо поддерживать постоянно в несколько избыточном объеме для компенсации возможных изменений нагрузки вследствие запаздывания в реакции котла на ее изменение. При значительном удалении котла от потребителя происходят потери пара как на котле на трубопроводе вследствии его охлаждения и конденсации.

Кроме нескольких очень специфичных приложений Полезная выработка пара меньше максимальной выработки пара (на котле) и производительности пара при температуре питательной воды 100 °С.

Существует еще один фактор, который может оказывать существенное влияние на работу котла. Это количество продувок, которое требуется для его эффективной работы. С помощью продувок удаляют нерастворимые соли из котла и трубопроводов. В этом случае продувка относится к количеству воды, которое постоянно должно удаляться из котельной системы для контроля количества нерастворимых

солей в котле. Вода, которая удаляется из котла, нагревается, и количество энергии, необходимое для нагрева этой воды, уменьшает количество энергии, необходимое для производства пара. Таким образом, эксплуатационная эффективность котла может существенно отличаться от заявленных

изготовителем процентов КПД при неизменной нагрузке (25% или 50% или 100%).

Кроме того, выбирая конкретную модель парогенератора среди присутствующих на рынке моделей со сходными техническими характеристиками, необходимо обращать внимание на характерные особенности выбираемого парогенератора:

1. Дополнительные возможности регулировки выходных параметров пара — давления, влажности, расхода пара; а так же возможность регулирования потребляемой парогенератором мощности в соответствии с текущими потребностями.

2. Наличие в конструкции парогенератора всех необходимых для полноценной его работы элементов,

комплектующих, включая блок водоподготовки.

3. Материал и толщина корпуса.

4. Степень автоматизации процесса выработки пара, возможности аварийной сигнализации и т.п., соответствующих соблюдению жестких требований безопасности.

5. Ремонтопригодность парогенератора, популярность и, как следствие, степень развития рынка запчастей и комплектующих к данной модели парогенератора.

6. Внешний вид парогенератора, удобство эксплуатации, доступность элементов регулировки процесса

производства пара, отсутствие травмоопасных элементов конструкции.

Большинство специалистов считает, что в настоящее время отечественный рынок парогенераторов малой производительности находится в стадии становления, и оценить его объем очень сложно. Оценка продаж электрических парогенераторов затруднена, поскольку, как уже говорилось, их

применение обычно не требует регистрации, а выпуском этого оборудования занимается множество производителей, часть из которых представляет собой мелкие, почти кустарные предприятия. Тем не менее специалисты отмечают позитивные тенденции роста, инвестиционную привлекательность данной отрасли.

Пар и парогенераторы

Ю.С. Кулаков, Н.В. Ситосенко

Пар — для чего он нужен?

Пар как теплоноситель

Наиболее часто пар используется в качестве теплоносителя. Вызвано это тем, что процесс фазового перехода «вода–пар» требует очень большого количества энергии. Соответственно, и обратный процесс — конденсация — протекает с выделением большого количества энергии. Таким образом, пар очень удобно использовать для отопления помещений, нагрева различного рода сред, химических реакторов, процессов варки и т. п.

Вот некоторые наиболее характерные примеры применения пара: паровые рубашки автоклавов и реакторов, разогрев«смерзающихся» материалов, теплообменники, отопительные системы и т. п.

В других случаях нужен непосредственный контакт пара с разогреваемой средой. Это может быть необходимо при пропарке бетонных изделий, продукции легкой промышленности, при использовании пара в качестве греющей среды в особого рода теплообменниках.

Пар используется не только как необходимый агент в различных технологических процессах. Часто потребность в нем возникает сезонно. Известно, что при понижении температуры многие вязкие среды, например, мазут, масло, патока, различные химические вещества настолько теряют свойство текучести, что их перемещение и транспортировка практически не осуществимы. Паровой разогрев емкостей и трубопроводов признан самым оптимальным способом разрешения подобных проблем.

Пар как увлажнитель

При непосредственном контакте пар весьма эффективен в качестве «увлажнителя». Он применяется для пропарки древесины, комбикорма, изделий легкой промышленности, в различных технологических процессах, требующих одновременно нагрева и увлажнения.

Насыщенный водяной пар используется в следующих случаях:

• в строительной отрасли и коммунальном хозяйстве — для предотвращения смерзания в бункерах инертных веществ (например, песка или гравия), разогрева вязких сред — масла, мазута;

• в производстве железобетонных изделий, фанеры;

• в кондитерском, консервном и ином пищевом производстве;

• в химической и парфюмерной промышленности;

• в деревообрабатывающих производствах;

• для стерилизации и дезинфекции, например, стеклянных бутылок при производстве пива;

• в сельскохозяйственном производстве.

Пар и парообразование, какой бывает пар и его параметры

Парообразование — процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. От парообразования следует отличать кипение и испарение.
Испарение — парообразование, которое происходит только с поверхности жидкости. С повышением температуры жидкости интенсивность испарения возрастает.
Кипение — процесс превращения жидкости в пар, который происходит не только с поверхности жидкости, но и внутри нее, т. е. это процесс парообразования во всему объему жидкости. Кипение происходит при определенной температуре, зависящей от рода жидкости и давления. Процесс кипения осуществляется посредством подвода к жидкости теплоты при неизменном давлении.
Конденсация — процесс, обратный парообразованию. Это процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое. Процесс конденсации происходит при отводе от пара теплоты при неизменном давлении. Конденсация, так же как и процесс кипения, происходит при постоянной температуре.
При парообразовании в неограниченном объеме вся жидкость может превратиться в пар. Если процесс парообразования происходит в закрытой емкости, то между процессами парообразования и конденсации может наступить равновесие. Пар в таком состоянии принимает максимальную плотность приданной температуре и давлении и называется насыщенным.
Таким образом, насыщенный пар — это пар, находящийся в равновесном состоянии с жидкостью, из которой он получается. При изменении температуры жидкости равновесие нарушается, что приводит к соответствующему изменению плотности и давления насыщенного пара.
При испарении всей жидкости получается сухой насыщенный пар, не содержащий частиц жидкой фазы.
Влажный насыщенный пар — насыщенный пар, который содержит мельчайшие капельки жидкости.
Отношение массы сухого насыщенного пара, содержащегося во влажном паре, к общей массе влажного насыщенного пара называется степенью сухости пара (паросодержанием) т. е. степень сухости определяет долю сухого насыщенного пара во влажном паре.

Массовая доля жидкости во влажном паре называется степенью влажности пара.

Если к сухому насыщенному пару подводить тепло, то температура его будет возрастать, в результате чего получится перегретый пар.

Разность между температурой tп перегретого пара и температурой tс сухого насыщенного пара называется степенью перегрева. Перегретый пар является ненасыщенным. При данном давлении его плотность меньше плотности сухого насыщенного пара, а удельный объем — больше. Чем выше степень перегрева, тем больше перегретый пар по своим свойствам приближается к идеальному газу.

Для перегрева пара чаще всего используют специальные устройства —пароперегреватели, которые могут быть как электрическими, так и иного принципа действия.

Давление пара в парогенераторе напрямую зависит от его температуры и наоборот: p = f(t). В таблице приведены не которые характерные соотношения.

Напомним, что давление газа (и пара, соответственно) может быть абсолютным — отсчитываемым от нуля(полного вакуума), и избыточным —равным разности между абсолютными атмосферным давлением. В случае применения единицы измерения давления «атм» (технической или физической) соотношение абсолютного и относительного давления выглядит примерно так: рабс = ризб + 1.

Возможные источники пара для вашего производства

«Чужой» пар — пар от паровых котлов централизованных котельных установок, собственных котельных предприятия арендодателя.

Часто встречается ситуация, когда собственник монополист некогда общей для всего предприятия котельной диктует «драконовские» условия отпуска пара «независимому» потребителю. При том, что качество такого пара чаще всего не подконтрольно потребителю.

Основные претензии арендаторов к пару, предоставляемому арендодателем:

• перебои подачи пара;

• несоответствие параметров пара требуемым (давление, температура, влажность, степень загрязнения и т. п.);

• невозможность объективного контроля потребителем количества пара, полученного от котельной;

• частые случаи «списания» на арендатора различного рода утечек пара и иных проблем котельной.

«Свой» пар — пар, получаемый с использованием относительно маломощных парогенераторов, устанавливаемых непосредственно вблизи потребителя.

Парогенераторы используют в качестве топлива не только традиционные газ, дизельное и твердое топлива, мазут. Весьма распространены электропарогенераторы.

Использование «своего» пара, несмотря на очевидное отсутствие недостатков «чужого», имеет ряд особенностей:

• парогенератор необходимо установить и подключить к коммуникациям;

• процесс производства пара, независимо от способа и оборудования, —весьма энергоемкий процесс.

Парогенераторы и паровые котлы — есть ли разница?

Четкого разделения агрегатов, производящих пар, на парогенераторы и паровые котлы, нет. Понятие «парогенератор» используется в следующих случаях:

• агрегат не имеет собственной топки или иного источника энергии и использует для превращения воды в пар «стороннюю» энергию. Например, теплоноситель из контура атомного реактора или газообразные продукты сгорания сжигаемого в топке топлива;

• агрегат использует электроэнергию для превращения воды в пар (электропарогенератор);

• паропроизводительность агрегата не превышает 1000 кг/час;

• процесс производства пара из воды проистекает в «змеевике», а не в экранных трубах и «барабане»,как это происходит в традиционном паровом котле.

Несмотря на это, в названиях многих отечественных парогенераторов фигурирует понятие «паровой котел».

Какой выбрать парогенератор?

Выбирая какую-то конкретную модель парогенератора среди аналогов со сходными техническими характеристиками, необходимо отталкиваться от каких-либо характерных особенностей. Такими особенностями, или потребительскими характеристиками, можно считать следующие:

• дополнительные возможности регулировки выходных параметров пара: давления, влажности, расхода пара; а также возможность регулирования потребляемой мощности в соответствии с текущими потребностями;

• наличие в конструкции парогенератора всех необходимых для его полноценной работы элементов, комплектующих;

• степень автоматизации процесса выработки пара, возможности аварийной сигнализации и т. п.;

• ремонтопригодность парогенератора, популярность и, как следствие, степень развития рынка запчастей и комплектующих к данной модели;

• современный внешний вид, удобство эксплуатации, доступность элементов регулировки процесса производства пара, отсутствие травмоопасных элементов конструкции.

Регистрация парогенераторов в органах Госгортехнадзора

Данный вопрос чаще всего упускается из виду потребителем и опускается поставщиком. Следует отметить, что большой спектр энергетического оборудования, связанного с выработкой и потреблением пара, требует при вводе в эксплуатацию регистрации в органах Госгортехнадзора. Все паровые котлы паропроизводительностью более 1000 кг пара в час за редким исключением подлежатобязательной регистрации.

Что касается электропарогенераторов, необходимость их регистрации определяется Госгортехнадзором по специальной формуле1:

,

где V — объем камеры парообразования за вычетом объема греющих элементов (ТЭНов или электродов), м3; tраб — предполагаемая максимальная рабочая температура внутри камеры парообразования, °С.

В случае выполнения данного условия электропарогенератор в регистрации не нуждается (по данным, полученным из телефонного разговора с представителем Госгортехнадзора, уже в ближайшее время порядок регистрации электропарогенераторов может измениться, какие именно изменения произойдут в нормативной базе, пока не разглашается).

Электропарогенераторы — принципиальные конструктивные различия

Основное конструктивное различие электропарогенераторов — в методе, которым электроэнергия преобразуется в тепловую.

Основные методы перевода электроэнергии в тепловую энергию пара:

1.ТЭНовый нагрев — самый распространенный, наглядный и не требующий дополнительных пояснений. Вода греется несколькими ТЭНами различной мощности.

2. Электродный нагрев. Вода — проводник электроэнергии. Подводя к ней с помощью электродов напряжение, мы заставляем протекать электрический ток непосредственно через воду. Джоулево тепло, выделяющееся при прохождении электротока через любой проводник(в данном случае это вода), нагревает его. Вопреки бытующему мнению, данный способ нагрева воды не опасен для людей в случае выполнения ими инструкции по эксплуатации.

3. Индукционный нагрев — нагрев воды с помощью высокочастотного излучателя. Данный способ аналогичен тому, как кипятится вода в обычной печи СВЧ.

Особенности электродного, ТЭНового, индукционного нагрева

ТЭНовый нагрев

Положительные моменты:

• «рубашка» ТЭНа слабо растворяется в нагреваемой воде и паре, не загрязняет пар продуктами окисления металла, что особенно важно припредполагаемом контакте пара с пищевыми или особо чистыми продуктами;

• при использовании ТЭНа электропроводность нагреваемой воды не играет особой роли.

Отрицательные моменты:

• «рубашка» ТЭНа имеет весьма высокую температуру, что вызывает интенсивное отложение солей жесткости на его поверхности (образуется накипь). Накипь снижает теплоотдачу с поверхности ТЭНа, что вызывает стремительный рост температуры внутри него и со временем приводит к выходу ТЭНа из строя. Избежать этого можно только используя глубоко умягченную подпиточную воду, что значительно удорожает стоимость процесса;

• мощность ТЭНового парогенератора может регулироваться только лишь включением или выключением ТЭНа целиком, т. е. ступенчато.

Электродный нагрев

Положительные моменты:

• температура поверхности электрода практически равна температуре самой воды. Это существенно снижает скорость отложения солей жесткости на поверхности электродов;

• электроды, будучи «кусками металла», не могут «сгорать», что делает их существенно долговечнее ТЭНована логичной мощности;

• используя электроды можно добиться плавной регулировки мощности парогенератора путем изменения площади соприкосновения электрода с нагреваемой водой;

• электродная группа существенно компактнее ТЭНовой группы аналогичной мощности;

• значительно меньшая стоимость по сравнению с ТЭНовыми парогенераторами.

Отрицательные моменты:

• постепенное растворение электродов в процессе эксплуатации. Это может играть определенную роль в случае контактов пара с пищевыми продуктами или с особо чистыми средами.

Индукционный нагрев

Основным положительным моментом использования индукционного нагрева является отсутствие всякого контакта воды и пара с нагревательным устройством, что позволяет получить особо чистый «медицинский» пар.

Отрицательным моментом, перевешивающим пока все положительные, является высокая стоимость самого парогенератора и высокая себестоимость получаемого с его помощью пара.

1 Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов ПБ 100592. Согласно «Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов ПБ 1057403», на котлы с электрическим обогревом данные правила не распространяются. Парогенератор ЭП60 М1

Особенности нагрева ТЭНами, индукционного нагревания.

Электрические парогенераторы - различия

Выбор парогенератора.

Парогенераторы

Правильный выбор парогенератора