CC BY
17
УДК 621.18
Гумеров И.Р. магистрант
кафедра ПТЭ, институт теплоэнергетики
Зайнуллин Р.Р.. к.ф.-м.н. старший преподаватель кафедры ПЭС
ФГБОУВО «КГЭУ» Россия, г. Казань
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ПРЯМОТОЧНЫХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ И КОТЛОВ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ
В статье рассматриваются основные отличия и особенности работы прямоточных паровых котлов и котлов с естественной циркуляцией. Ключевые слова: паровой котел, прямоточный котел, барабан котла, естественная циркуляция, давление воды.
Gumerov I.R. Zainullin R.R.
FEATURES OF OPERATION OF DIRECT-FLOW BOILERS AND NATURAL CIRCULATION BOILERS
In article the main differences and features of operation of direct-flow boilers and natural circulation boilers are considered.
Keywords: steam boiler, direct-flow boiler, boiler drum, natural circulation, water pressure.
Современные паровые котлы тепловых электростанций можно разделить на два основных вида: котлы с естественной циркуляцией и котлы с принудительной циркуляцией. Среди паровых котлов на электростанциях России наибольшее распространение получили котлы с естественной циркуляцией.
Прямоточные котлы отличаются от котлов с естественной циркуляцией отсутствием барабана и однократным движением нагреваемой среды через испарительные поверхности нагрева (рис. 1). Из этого следует, что кратность циркуляции в прямоточных котлах К = 1, а гидравлическая система является разомкнутой (в отличие от барабанных котлов с естественной циркуляцией, гидравлическая система которых - замкнутая) [1].
6 Пар
6 Пар -°1ЛЛЛГ°—*
2
5
Пит. вода
И0М
0
1
о
а
6
Рис. 1. Принципиальная схема барабанного котла с естественной циркуляцией (а) и прямоточного котла (б): 1 - питательный насос; 2 -экономайзер; 3 - верхний барабан котла; 4 - опускные трубы; 5 -испарительные подъемные трубы; 6 - пароперегреватель; Р - количество подведенной теплоты.
На рис. 1 (а) представлена принципиальная схема современной котельной установки с естественной циркуляцией. Питательная вода с помощью питательного насоса 1 поступает в экономайзер 2, а затем в барабан котла 3, который снабжен необогреваемыми, расположенными вне пределов топки опускными трубами 4 и подъемными 5, обогреваемыми трубами. Воспринимая теплоту факела (Р), вода в подъемных (обогреваемых) трубах 5 частично превращается в насыщенный пар. Удельный вес пара во много раз меньше веса воды, поэтому образовавшийся в подъемных трубах 5 пар поднимается и заполняет объем барабана 3 над уровнем питательной воды. На место испарившейся воды поступает новая ее порция через опускные трубы 4. Таким образом, через систему опускных и подъемных труб происходит непрерывная циркуляция воды и пара. Из барабана 3 насыщенный пар проходит дополнительный перегрев в пароперепревателе 6 и направляется в турбину [2, 3].
Барабанные котлы с естественной циркуляцией способны надежно работать только при давлениях не выше 15,0-16,0 МПа. С ростом давления уменьшается разность плотностей пара и воды, а это ведет к уменьшению движущей силы циркуляции.
Прямоточный котел впервые был создан в 1932 г. советским инженером Л.К. Рамзиным. Гидравлическая схема его проста (рис. 1 б): весь поток питательной воды, пройдя экономайзер 2, поступает в несколько параллельных труб 5, огибающих топку и образующих экранные
поверхности нагрева, в которых вода полностью испаряется за один проход (кратность циркуляции равняется единице). Полученный пар далее, как и в барабанных котлах, проходит через пароперегреватель 6 и поступает в паровую турбину. В этом случае вода или пар протекают через трубы котельной установки благодаря напору, создаваемому насосом 1. Естественная циркуляция здесь отсутствует, в силу чего прямоточные котлы именуются также котлами с принудительной циркуляцией [4].
Благодаря отсутствию барабана и необогреваемых труб экранной поверхности нагрева расход металла на прямоточный котел при прочих равных условиях меньше, чем на котел с естественной циркуляцией. Это является преимуществом прямоточных котлов перед котлами барабанными (с естественной циркуляцией). Кроме того, следует иметь в виду, что котельные установки с естественной циркуляцией практически могут быть использованы только в том случае, когда давление воды не превышает так называемого критического давления, равного для воды примерно 22 МПа. Поэтому наиболее эффективны прямоточные паровые котлы для сверхкритических давлений (выше 22 МПа), где другие типы котлов неприменимы.
К недостаткам прямоточных котлов по сравнению с барабанными котлами следует отнести особо высокие требования к качеству питательной воды. Это обусловлено тем, что все примеси, поступающие с питательной водой, не могут удаляться с продувкой подобно барабанным котлам, и откладываются на стенках поверхностей нагрева в виде накипи или уносятся с паром в турбину [5].
Накипь, как правило, имеет низкую теплопроводность, составляющую
0.1-0,2 Вт/(м-К). Поэтому даже малый слой накипи приводит к резкому ухудшению условий охлаждения металла поверхностей нагрева, повышению его температуры и вследствие этого к повреждениям поверхностей нагрева и к авариям котла. Для того чтобы отложение солей происходило не слишком быстро, прямоточные котлы питают только конденсатом с весьма малым солесодержанием. Кроме того, для увеличения надежности и срока безостановочной работы котла прибегают к специальным мероприятиям. К числу таких мероприятий принадлежат, в частности, периодические промывки котла слабым раствором кислоты [6].
Использованные источники:
1.Беликов С.Е., Котлер В.Р. Котлы тепловых электростанций и защита атмосферы. - М.: Аква-Терм, 2008. - 212 с.
2Паровой котел. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://tesiaes.ru/?p=8401.
3.Файрушин Р.Р., Гафуров А.М. Горение жидкого топлива. // Теория и практика современной науки. - 2017. - № 2 (20). - С. 574-578.
4.Паровые котлы с естественной циркуляцией. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://studopedia.org/1-39237.html.
5.Калимуллина Д.Д., Гафуров А.М. Потребности в водоснабжении и
водоотведении на тепловых электрических станциях. // Инновационная наука. - 2016. - № 3-3. - С. 98-100.
б.Файрушин Р.Р., Гафуров А.М. Коэффициент тепловой эффективности экранов. // Теория и практика современной науки. - 2017. - № 2 (20). - С. 571-574.
УДК 621.165
Гумеров И.Р. магистрант
кафедра ПТЭ, институт теплоэнергетики
Зайнуллин Р.Р., к.ф.-м.н. старший преподаватель кафедры ПЭС
ФГБОУВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ДОСТИЖЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ВАКУУМА В КОНДЕНСАТОРЕ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ В статье рассматриваются допустимые значения давлений в конденсаторе паровой турбины, обеспечивающие экономичность и надежность работы. Ключевые слова: конденсатор паровой турбины, конечное давление, вакуум, охлаждающая вода.
Gumerov I.R. Zainullin R.R.
ACHIEVEMENT OF OPTIMUM VACUUM IN THE CONDENSER OF THE STEAM TURBINE
In article the allowed values of pressure in the condenser of the steam turbine
providing profitability and reliability of work is considered.
Keywords: condenser of the steam turbine, final pressure, vacuum, cooling water.
Одним из основных способов достижения высокого термического КПД паротурбинной установки является понижение параметров пара за турбиной. С понижением давления и температуры отработавшего в турбине пара уменьшается количество теплоты, передаваемой холодному источнику, что, как известно из термодинамики, при неизменных параметрах свежего пара повышает мощность турбины (за счет увеличения теплоперепада) и экономичность цикла в целом.
Обычно в конденсаторе поддерживается давление от 3 кПа до 7,5 кПа, что соответствует температуре конденсации от 24°С до 40°С. Дальнейшее снижение давления в конденсаторе, то есть конечного давления, нецелесообразно, так как:
1) При более глубоком вакууме (разрежении) возрастает удельный объем пара, поступающего из паровой турбины в конденсатор. Поэтому размеры конденсатора и последних ступеней турбины увеличиваются [1];
2) При более глубоком разрежении уменьшается температура насыщения в конденсаторе: давлению 3 кПа соответствует температура в 24°С, давлению 2 кПа соответствует температура в 17,2°С. При этом
