Главная >  Потенциал энергии 

 

Мировой опыт повышения эффективности работы пароконденсатных систем. Термины влажный пар и вынос котловойводы являются ежедневными идиомами в сферепроизводства пара, хотя мало кто видел этиявления и реальная картина перемещения воды вкотле все еще остается во многом спекулятивной.

 

Boiler Efficiency vs. Steam Quality: The Challenge of creating Quality Steam usingexisting Boiler Efficiencies
(Glenn Hahn, Spirax Sarco). - . Steam Challenge

 

Случай Питательная вода подаетсяпериодически. Клапан подачи то открывается, тозакрывается. Большие колебания уровня воды вкотле могут вызвать неоправданное срабатываниепредупредительного сигнала и остановку котла.

 

Имеется четыре эксплуатационных ситуации,влияющие на качество пара.

 

Случай Потребление пара превышаетпроизводительность котла на 15%. Перегрузка котлаприводит к увеличению количества воды, выносимойпаром в систему.

 

Случай Пониженное рабочее давление. Пи работекотла на пониженном давлении, процесс кипения вкотле становится значительно более бурным,способствуя выносу котловой воды в системутранспортирования и распределения пара.

 

Исходные положения

 

Случай Регулирование TDS (Концентрация Твердыхнерастворимых остатков). Без надлежащегорегулирования TDS будет возникать вынос котловойводы в паровую систему, приводящий к повреждениюоборудования и/или к гидравлическим ударам.

 

Основным преимуществом использования пара вкачестве теплоносителя является большоеколичество тепла, выделяющегося при егоконденсации. Так как скрытая теплотапарообразования (или конденсации) можетпревышать 500 ккал/кг, то для переноса большогоколичества энергии нужно совсем небольшоеколичество пара. К другим преимуществам параотносятся нетоксичность, невоспламеняемость, атакже способность отдавать тепло при постояннойтемпературе, величину которой можноустанавливать заранее. Пар подается кпотребителям по обычным трубам с арматурой,которые не требуют больших затрат, всегдаимеются в наличии, требуют незначительного уходаи имеют продолжительный срок службы. Посравнению с другими системами подачи ираспределения тепла, управление потоками паратребует меньших затрат, а тепло, содержащееся впаре можно утилизировать на 100%.

 

КПД котла представляет численное значение тойдоли энергии сгорания топлива, котораяпревращается в энергию пара. Качество пара(влажность) представляет численное значениеколичества воды в форме жидкости, находящейся впаре.

 

Качество пара есть мера количества воды в формежидкости, содержащейся в паре. (Например, пар 100%качества не содержит воды в виде жидкости ипредставляет собой 100% чистый газ (?); пар 90%качества содержит 90% весовых пара и 10% весовыхводы в виде водяного тумана или капель). Капли,попадающие в высокоскоростной поток пара, могуттакими же абразивными, как песчинки. Они вызываютэрозию фигурных частей паропроводов и быстроразъедают седла арматуры. Если допустить, чтобыконденсат скапливался в паропроводах в виде слояжидкости, то эта жидкость будет подхваченавысокоскоростным потоком пара, в котором онадостигнет скорости пара и будет бить по коленам,тройникам и арматуре, вызывая эрозию, вибрации и гидравлический удар . Этот удар будетпостепенно, а иногда и катастрофически быстро,ослаблять соединения паропровода и его опоры.

 

Несмотря на эти преимущества, многиепотребители пара сталкиваются с проблемамибезопасности паровых систем, с преждевременнымиотказами оборудования и низкой эффективностьюпаровых систем. К присущим для этих системпроблемам могут относиться частые остановкикотла из-за падения уровня воды; повреждения труби арматуры вследствие гидравлических ударов;вибрация, коррозия и эрозия; снижениепроизводительности теплообменников иперегрузка конденсатоотводчиков. Эти проблемычаще всего возникают из-за низкого качества пара,которое часто называют влажным паром или выносом котловой воды .

 

В данной статье представлены некоторыеосновные причины того, почему котел, работающий свысоким кпд, может вырабатывать небезопасный парнизкого качества, который вызывает повреждениясистемы, и объясняет, как эти причины можноустранить или уменьшить их влияние. Обсуждаемыездесь принципы задокументированы и подтвержденыв видеофильме Паровые котлы. Побочнаяинформация , сделанным автором, у которогоможно его приобрести.

 

Так как пар вырабатывается в результатебыстрого вскипания воды в котлах с высокойплотностью теплового потока, то отрываясь отповерхности воды, он может уносить с собой инекоторое количество воды. Этот унос воды,вызывая повреждения паровой системы, не зависитот кпд котла. Вообще говоря, независимо от того,работает ли котел с низким или с высоким кпд,вынос избыточного количества котловой водыпроисходит или не происходит. Если вынос водынельзя полностью предотвратить, то его следуетуменьшить до такого уровня, который не оказываетвлияния на нормальную работу котла и паровойсистемы.

 

Упрощая описание работы котла, можно сказать,что горячая поверхность теплопередачи покрытаводой. Пузырьки пара образуются на поверхноститеплопередачи, всплывают сквозь слой воды иотрываются от поверхности воды, чтобы попасть впаровую систему. Благодаря статическомудавлению столба воды, давление у поверхноститеплопередачи несколько выше, чем давление уповерхности воды. Имея более высокое давление,пузырьки пара, образовавшиеся на поверхноститеплопередачи, будут либо :
а) уходить из котла в слегка перегретом состоянии, либо
б) охлаждаться водой до температуры насыщения.

 

Случай Питательная вода подаетсяпериодически.

 

Когда питательная вода подается в котел, онапроходит между поверхностью теплопередачи иповерхностью кипящей воды. Даже если водапредварительно подогрета, она все ещесущественно холодней воды в котле и образуетхолодный слой внутри котловой воды. Пузырькипара, всплывающие от поверхности теплопередачисквозь этот холодный слой воды, охлаждаются ичасть пара в пузырьках конденсируется. Этовлечет за собой две серьезные проблемы.

 

В нормальных условиях, пузырьки пара имеюттенденцию к охлаждению до температуры насыщения,проходя через слой воды.

 

Во вторых, падение количества производимогопара. Добавление большого количества болеехолодной воды замедляет образование пара до техпор, пока вся вода не достигнет температурынасыщения.

 

Во первых, паровые пузырьки, отрывающиеся отповерхности воды и уходящие в паровую систему,будут содержать воду в туманообразном состоянии.Это хорошо видно в видеофильме - когдазначительное количество котловой воды подаетсяв котел, паровое пространство над уровнем водыполностью затуманивается. Водяной туман исмешанный с водой пар низкого качества (влажныйпар) существуют до тех пор, пока температура водыв котле не будет более или менее одинаковой.

 

Случай Пониженное рабочее давление

 

Эти проблемы предотвращаются при помощиперехода на постоянную подачу питательной воды.Регулируя подачу питательной воды на уровнеотносительно малых расходов по сравнению спериодической подачей воды большими порциями,температуру котловой воды можно сохранять наотносительно постоянном уровне, в результатечего водяной туман не будет образовываться.Работа котла при постоянной подпитке водойдемонстрирует этот результат в видеофильме.

 

В то время, как работа при пониженном давленииможет, для некоторых котлов, несколько повыситьэнергетический кпд, она, одновременно, понижаеткачество пара (повышает его влажность). Этопонижение качества пара можнопродемонстрировать при помощи основныхтехнических закономерностей, а также визуально ввидеофильме о работе котла.

 

Используйте котел при максимальном рабочемдавлении - говорят конструкторы котлов. Ноочень часто это правило не соблюдается, когдатребуется снижение затрат энергии. Когдапотребление пара уменьшается или когда для всехконечных потребителей пара, его требуетсяпропускать через РОУ, котлы часто переводят наработу при давлениях, значительно более меньшихрасчетного.

 

По мере того, как пузырьки пара всплываютсквозь слой воды и достигают ее поверхности, ониокончательно затормаживаются в последнем слоеводы и поступают в паровое пространство. Этапоследняя фаза отрыва от поверхности водыприводит к нескольким вариантам выноса котловойводы.

 

Пониженное рабочее давление увеличивает выноскотловой воды

 

Затем, отрыв пузырька пара от поверхности водыкратковременно образует на ней кратер. Водастремится быстро заполнить объем кратера,сталкиваясь с водой, движущейся от внешнейкромки кратера, в результате чего у центракратера возникает небольшой всплеск воды. Капливоды этих всплесков легко подхватываютсяуходящим паром.

 

Сначала, взрыв пузырька пара - разрушениепленки воды, окружающей пар, - дает толчокстремительному движению пара, уносящемунебольшое количество этой водяной пленки впаровую полость.

 

Это явление также показано на видео. Решениепроблемы сводится к обеспечению работы котла примаксимальном расчетном давлении и применениюрегуляторов давления перед конечнымипотребителями в случае необходимости.

 

Размер паровых пузырьков прямо пропорционалендавлению пара. Работа при низком давленииобязательно требует большего объема пара дляпереноса требуемой тепловой энергии. При такомрежиме работы образуется большее количествопузырьков пара увеличенного размера, врезультате чего увеличивается турбулентностьповерхности воды. Эти пузырьки образуют большееколичество кратеров более крупного размера ивызывают более сильные всплески воды при отрывеот ее поверхности. Кроме того, работа припониженном давлении увеличивает скоростьиспарения, что в сочетании с сильнойтурбулентностью в большей степени способствуетвыносу капель воды в паровую систему, чемвозвращению их в воду под действием силы тяжести.

 

В большинстве промышленных паровых системрасход потребляемого пара изменяется в широкихпределах. Скорость, с которой возникают этиколебания, может серьезно повлиять на качествопара. Как показывает видео, быстроекратковременное увеличение потребление паравсего на 15% может причинить большой вынос воды.Увеличение потребления пара на 15% и более можетвозникать на промышленных предприятиях довольночасто, когда открывают сразу все клапаны подачипара во время пересменки или когда паропроводподает пар для циклических технологическихпроцессов.

 

Случай Резкие колебания потребления пара

 

Когда открываются клапаны подачи пара, в котлевозникают две проблемы. Во-первых, давление парарезко падает. Падение давления само по себевызывает повышение выноса воды, как былопоказано выше (Случай .

 

Эти резкие колебания потребления парадостаточно часто возникают в процессепромышленного производства. Например, еслитехнологический процесс, который потребляетвсего 5% производительности котла, быстрозапускается в действие (так, как это происходитпри открытии отсечного клапана), потребность впаре сразу возрастает на 15% и более до тех пор,пока технологический процесс не выйдет наустановившийся режим.

 

Компактные котлы могут усугубить проблему

 

Во-вторых, поверхность раздела между водой ипаром поднимается. Это происходит потому, что привнезапном переходе на режим пониженногорабочего давления, быстрое образованиепузырьков пара повышенного объема может вызватьбуквальное псевдоожижение воды. (Это явлениечасто называют разбуханием). Как видно на видео,уровень воды может быстро подняться настольковысоко, что вода буквально начнет засасываться впаропровод. Из-за потери котловой воды можетсработать предупредительный сигнал паденияуровня воды. В некоторых случаях, потеря водыможет быть настолько быстрой, что котел будетостановлен сразу же при подачепредупредительного сигнала. В то же самое время,паропроводы будут заполняться водой.

 

Большой вынос воды обманывает системупредупреждения падения уровня воды

 

Современные котлы высокоэффективны и оченькомпактны. Хотя их конструкция имеетпреимущества, у этих котлов слишком малоепаровое пространство, чтобы компенсироватьколебания потребности в паре. Даже при небольшомувеличении потребления, давление в котле можетзначительно понизиться, увеличивая выноскотловой воды.

 

Основным способом уменьшения возможностивозникновения этой причины плохого качествапара является предотвращение резкого увеличениярасхода пара. Современные компьютеризированныесистемы управления котлами, использующие PLC илиDCS (децентрализованная система управлениякотлами), могут помочь решить эту проблему.

 

Иногда увеличение потребления пара бываеттаким резким, что от этого страдает идолговечность котла, и качество пара. Внешнийиндикатор может показывать допустимый уровеньводы , хотя, фактически, пароводяная смесь ужезаполняет паровое пространство и вода можетуходить в паропроводы. К тому времени, когдавнешний индикатор покажет падение уровня воды иотключит котел, трубы могут перегреться исгореть. Предприятие останется без пара, покакотел не запустят снова.

 

Высокая или пульсирующая TDS (концентрациянерастворимых твердых веществ) в котловой водеувеличивает коррозию труб и/или образование наних накипи. В нижеприведенной таблице показаныпримеры дополнительных эксплуатационных затрат,вызываемых плохим качеством питательной воды. TDSприводит к снижению теплопередачи, уменьшениюпроизводительности и кпд котла, к сокращениюсрока службы труб, а также может ухудшитькачество пара.

 

Случай Высокий уровень TDS (концентрациянерастворимых твердых веществ)

 

Решение заключается в том, чтобы уровень TDS былне выше рекомендуемого изготовителем котла.Четко определенной разницы между качеством парапри использовании для регулирования уровня TDSпериодической или непрерывной продувки необнаружено. Однако, из-за установленноговредного эффекта быстрого и скачкообразногодобавления питательной воды, предпочтительнарегулируемая продувка.

 

Повышенная TDS в котловой воде увеличиваетпенообразование на поверхности воды. Эта пенаобразуется и выносится паром, вырывающимся изповерхности воды. Она может заноситься в паровуюсистему, уменьшая количество воды в котле еще дотого, как индикатор уровня воды сможетобнаружить эту проблему, заполняя тем временемпаропроводы коррозионной водой.

 

Качество пара - мера количества воды,занесенной в пар, - зависит не от кпд котла, а отспособности пара оторваться от поверхностикипящей воды, не захватывая частицы жидкой фазы,на всем диапазоне режимов работы котла. Чтобыпредупредить снижение качества пара :

 

Заключение

 

Б. Регулируйте изменения потребления пара,чтобы резкие изменения потребности в паре неухудшали его качества.

 

А. Регулируйте потребление пара, чтобыпотребность не превышала производительностькотла.

 

Г. Управляйте подпиткой котла водой при помощирегулируемого расхода, а не путем периодическойподачи и ее прекращения.

 

В. Для повышения действенности мер по п. А и п. Б,используйте для подачи пара конкретнымпотребителям регулирующие клапаны вместозапорной арматуры.

 

Е. Эксплуатируйте котел под давлением,максимально близком к расчетному.

 

Д. Регулируйте уровень TDS , а не периодичностьпродувок по времени.

 

Дополнительные эксплуатационные затраты из-заплохого качества питательной воды

 

Когда не следуют этим рекомендациям, качествопара может чрезвычайно понизиться. Пар низкогокачества может повредить систему распределенияпара, регулирующие клапаны и теплообменникииз-за гидравлических ударов, эрозии и коррозии.Это вызовет сокращение срока службыоборудования, потери пара, снижение кпд и дажепроблемы обеспечения безопасности.

 

 

(Все варианты основаны на расходе пара 45,4 т/час;температуре питательной воды 110оС и кпд 83% привысшей теплотворной способности топлива) Насыщенный пар, давление 21 кг/см2 Перегретый пар, 454оС;
давление 60 кг/см2 Интенсивность продувок, % 2 10 2 10 Выходная мощность, Гкал/ч 25,4 25,8 31,02 31,68 Теплота сгорания, Гкал/ч 30,62 31,1 37,4 38,18 Утилизация пара вскипания, % 20 - 33 - Дополнительные затраты за год - $ 36 840,0 - $ 49 850,0

 



 

Новая страница 1. Кучеренко всех заставит экономить. Лидеры G8 обозначили главные эне. Деятельность Департамента топлив. Экологическая эффективность —.

 

Главная >  Потенциал энергии 

0.0031