Höyrykeitin

Höyrykattila  - kattila , joka on suunniteltu tuottamaan kylläistä tai tulistettua höyryä . Se voi käyttää uunissaan poltetun polttoaineen energiaa , sähköenergiaa ( sähköhöyrykattila ) tai hyödyntää muissa laitteissa vapautuvaa lämpöä ( hukkalämmön kattilat ).

Historia

Ensimmäistä höyryntuotantoon tarkoitettua pataa voidaan pitää sankaritar eolipilin (1. vuosisadalla jKr.) patana. Denis Papin 1600-luvun lopulla keksi ja käytti ensimmäisen kerran varoventtiiliä . Käytännössä merkittävä höyrykattiloiden käyttö alkaa Thomas Saveryn 1700-luvulla keksitystä lauhdepumpusta ja Newcomenin ilmakehän moottorista .

Varhaiset pienet pintakattilat [1]

Newcomenin koneen kattila oli muodoltaan lähellä pallomaista, halkaisijaltaan noin kolme metriä (10 jalkaa) oleva astia, jonka pohja oli kupera sisältä ja muodosti uunin holvin. Siten kattilan pohja lämmitettiin liekillä ja säteilyllä ja sivuseinät kuumilla palamistuotteilla, jotka kulkivat tiilivuorauksen kanavien läpi . Jo tästä kattilasta on siis mahdollista löytää säteily- ja konvektiolämmönvaihtopintoja. Newcomenin koneessa käytettiin kylläistä höyryä ilmakehän paineessa, kattilalta ei vaadittu suurta höyrykapasiteettia eikä lujuutta ja se oli kuparia. Kattila oli varustettu poistohanalla ja varoventtiilillä.

wattia nostamalla höyryn paineen koneissaan 1,5 atm:iin. ja enemmän, siirretty laatikon muotoisiin kattiloihin, kiristetty sisäpuolelta työntövoiman estämiseksi. Kustannusten vähentämiseksi kattiloita alettiin valmistaa raudasta. Niitä lämmitettiin edelleen ulkona.

Paloputkikattilat [1]

Lämmityspinnan ja vastaavasti höyrykapasiteetin lisäämiseksi kattiloita alettiin lävistää yhdellä (“ Cornwall boilers”, Trevithick , 1815) tai kahdella tai kolmella (“ Lancashire boilers”, Fairbairn , 1845) leveällä liekkiputkella, kasvaen lämmönvaihtopinta. Paineen nousu jopa 6 atm. ja enemmän johti siirtymiseen lieriömäisiin kattiloihin, jotka oli niitattu raudasta. Vähähiilinen sitkeä teräs ( teräs 1 ) mahdollisti paikallisen ylikuumenemisen onnistumisen. Palamistuotteiden poisto kattilan alla olevista liekkiputkista mahdollisti ylimääräisen kiehumispinnan saamisen ja höyryn tuoton lisäämisen, kun taas poisto kattilan yläpuolelta mahdollisti kylläisen höyryn jonkin verran kuivaamisen ja ylikuumentamisen . Lancashire-tyyppisiä kattiloita, joissa on vaaka- ja pystysuorat liekkiputket, on käytetty aktiivisesti yli 100 vuoden ajan, ja niitä käytetään edelleen satunnaisesti pienitehoisissa teho- ja höyryntuotantolaitoksissa. Muunnelmaa pystytyyppisestä Cornish-kattilasta voidaan pitää samovaarina .

Kattilat paloputkilla [1]

Kattilat, joissa oli lukuisia kapeita paloputkia, kehitettiin ensimmäisiä menestyneitä höyryvetureita varten, joista ensimmäinen oli Boothin 20-putkinen kattila Stephenson 's Rocket -veturiin . Planet-höyryveturiin Stephenson käytti parannettua kattilaa, jossa vesi ympäröi uunia siten, että konvektion lisäksi myös säteilylämmityspinta käytettiin ja kattilan höyryteho kasvoi. Ilman perustavanlaatuisia muutoksia höyryvetureissa käytettiin kattiloita, joissa oli useita paloputkia, höyrykauden loppuun asti rautateillä.

Lancashiren ohuiden tuliputkien kattilassa leveiden liekkiputkien jälkeen Stevens loi kattilan, jota käytettiin laajalti laivojen höyryvoimaloissa.

Vesiputkikattilat [1]

Paineen lisäntymistä suurissa höyryvoimalaitoksissa rajoitti kattilan vaipan lujuus . Tämän ongelman kiertämiseksi ja lämmityspinnan kehittämiseksi entisestään keksittiin rumputyyppiset vesiputkikattilat. Niissä höyrystyminen tapahtuu putkissa, jotka pestään kuumien kaasujen virralla (konvektiopinta) tai kuumennetaan liekkisäteilyllä uunissa (säteilypinta). Suuri sylinterimäinen runko väistyy yhdelle tai useammalle pienelle tynnyrille, joissa vesi erotetaan höyrystä. Kierto kattilassa tapahtuu joko luonnollisesti , johtuen veden ominaispainon erosta laskeutumisputkissa ja vesi-höyryseoksessa nousuputkissa, tai keinotekoisesti pumppujen avulla. Paineilla jopa 30 atm. käytetään hitsattuja rumpuja, joiden seinämän paksuus on 30 mm , korkeampiin paineisiin - saumattomia rumpuja. Samalla terässylinterimäiseen aihioon puhkaistaan ​​keskireikä puristimella , ja sitten myös puristimissa takotaan rumpu , jonka seinämän paksuus on vähintään 100 mm . Rummun päät on kavennettu huoltoluukkujen kokoisiksi. Käytetyt putket ovat saumattomia .

Kattiloihin ilmestyy höyrytulistimia (jotta vältetään höyryn kondensoituminen turbiiniin sen laajenemisen ja jäähtymisen aikana) ja hormin päähän asennetaan ekonomaiserit syöttöveden lämmittämiseksi.

Rumpuvesiputkikattiloita on monenlaisia ​​(yhdellä rummulla varustetut Babcock- ja Wilcox-laitokset, Sterling - kattiloiden monirumpuversiot, pakkokiertoiset La Monta-kattilat jne.)

Kertakäyttöiset kattilat [1]

Ne ovat jatkokehitys vesiputkikattiloista, joissa on pakkokierto, jolloin monikierto hylättiin kokonaan: syöttövesi tulee kattilaan pumpun luoman käyttöpaineen alaisena ja se lämpenee putkien läpi kulkiessaan ja haihtuu kokonaan. Järjestelmällä on korkeat ominaisominaisuudet, mutta se vaatii korkeapainepumpun ja täydellisen vedenkäsittelyjärjestelmän , koska siinä ei ole rumpuja, joihin lika ja kalkki yleensä laskeutuvat .

Kattilateoria [1]

Kattilan toiminnan tärkeimmät tekniset ja taloudelliset indikaattorit ovat:

  • sen hyötysuhde (höyryn mukana kulkeutuvan lämmön suhde polttoaineen palamisen aikana kehittyvään lämpöön),
  • ominaishöyryn tuotto kg/h per 1 m² lämmönvaihtopinta,
  • höyryntuotannon ominaispääomakustannukset 1 t/h .

Kattilan toimintaa voidaan selvemmin analysoida sen toimintaominaisuudella, joka osoittaa lämmönvaihdon kattilassa sen työpinnan eri osissa. Ominaisuus osoittaa, että mitä lähempänä neliömetriä lämmönvaihtopintaa on uunia, sitä suurempi lämpövirta kulkee sen läpi (koska kattilan kaasujen ja veden lämpötilaero on suurempi). Savupiipun päässä olevilla alueilla, joissa kaasujen ja veden lämpötilaero on pieni, tarvitaan suurempia lämmönvaihtopintoja saman lämpömäärän saamiseksi, joten tehokkain kattila ei aina ole taloudellisesti kannattavin: joskus halu saada viimeiset pari prosenttia kaasujen lämmöstä on liian kallista. Siksi savupiippujen päihin on järjestetty ekonomaiserit syöttöveden ja ilmanlämmittimien lämmittämiseen, mutta ei kalliita haihdutuspintoja.

Luokitus

Ajanvarauksella:

Lämmönvaihtoväliaineiden (savukaasut, vesi ja höyry) suhteellisen liikkeen mukaan höyrykattilat voidaan jakaa kahteen ryhmään:

Vesiputkikattilat veden ja höyry-vesi-seoksen liikeperiaatteen mukaan jaetaan:

  • rumpu ( luonnollisella ja pakkokierrolla : yhdellä läpikäynnillä haihdutuspintojen läpi vain osa vedestä haihtuu, loput palaavat rumpuun ja kulkevat pintojen läpi toistuvasti)
  • kerran läpi (kattilan tulo- ja poistoaukon välinen väliaine liikkuu peräkkäin ilman paluuta)

Vesiputkihöyrynkehittimissä vesi ja höyry-vesi-seos liikkuvat putkien sisällä ja savukaasut huuhtelevat putket ulkopuolelta. Venäjällä 1900-luvulla käytettiin pääasiassa Shukhovin vesiputkikattiloita . Kaasuputkissa päinvastoin savukaasut liikkuvat putkien sisällä ja jäähdytysneste pesee putket ulkopuolelta.

Polttolaitteiden tyypin mukaan höyrykattila jaetaan:

  • Kerros tulipesät
    • paksulla kerroksella
    • leijukerros
  • Kammiouunit
    • suoravirtaus soihdut
    • sykloni.

Poltetun polttoaineen tyypin mukaan ne jaetaan:

  • Kaasumaisilla polttoaineilla toimivat höyrykattilat.
  • Kiinteillä polttoaineilla toimivat höyrykattilat.
  • Nestemäisellä polttoaineella (polttoöljyllä tai dieselpolttoaineella) toimivat höyrykattilat.
  • Sähköllä toimivat höyrykattilat.

Uunin kammiorakenteisissa kattiloissa poltetaan jauhettua polttoainetta ja kerrosrakenteisissa kiinteää polttoainetta.

Merkintä

GOST 3619-89 : n Wayback Machinessa 5. kesäkuuta 2012 päivätyn arkistokopion mukaan kiinteillä höyrykattiloilla on seuraava nimitysrakenne:

Tyyppi-DPT-FOH Tyyppi
  • Pr - pakotetulla kierrolla (rummun vesi syötetään haihdutuspinnoille erityisillä pumpuilla );
  • Prp - pakotettu kierto ja höyryn väliaikainen ylikuumeneminen ;
  • E - luonnollisella kierrolla ( veden ja höyryn tiheyseron vaikutuksesta);
  • Ep - luonnollisella kierrolla ja höyryn välikuumennuksella;
  • P - suora virtaus;
  • Pp - suoravirtaus höyryn ylikuumenemisen kanssa;
  • K - yhdistetty kierto (luonnollinen joillakin pinnoilla, pakotettu toisilla);
  • Kp - yhdistetyllä kierto- ja välihöyrylämmityksellä.
D Kattilan höyrykapasiteetti, t / h . P Paine kattilan ulostulossa, MPa (aiemmin usein ilmoitettu kgf / cm² ) T Kattilan ulostulolämpötila , °C ( ei määritetty kylläistä höyryä tuottaville kattileille). Jos lämpötila uudelleenlämmityksen jälkeen poikkeaa primäärihöyryn lämpötilasta, se ilmaistaan ​​jakeella. F Polttoaineen tyyppi (jos uuni ei ole kerrostettu ): O Uunin tyyppi (ei ilmoitettu kaasuöljylle, paitsi "B"):
  • T- kammiouuni kiinteän kuonanpoistolla ;
  • Zh - kammiouuni nestemäisen kuonanpoistolla;
  • R - kerrostettu tulipesä (arina);
  • B - pyörreuuni ;
  • C - sykloniuuni ;
  • Ф - uuni, jossa on kiehuva (leiju) peti (kiinteä ja kiertävä );
  • Ja - muun tyyppiset tulipesät, mukaan lukien kaksivyöhykeiset.
H "H", jos kattila on paineistettu .

Kattilan parametrit valitaan mahdollisuuksien mukaan vakioalueen mukaan. GOST:n mukaisen nimityksen jälkeen tehdasbrändi voidaan kirjoittaa suluissa, esimerkiksi E-75-3.9-440BT ( BKZ -75-39FB).

Rumpukattilat

Syöttöpumpulla (esimerkiksi höyrysuuttimella ) kattilaan syötetty vesi ekonomaiserin ohituksen jälkeen menee rumpuun (sijaitsee kattilan yläosassa), josta painovoiman vaikutuksesta (kattiloissa, joissa on luonnollinen kierto). ), se menee lämmittämättömiin syöksyputkiin ja sitten lämmitettyihin nostoputkiin, joissa tapahtuu höyrystymistä (nousevat ja laskevat putket muodostavat kiertopiirin). Koska höyry-vesi-seoksen tiheys seulaputkissa on pienempi kuin veden tiheys laskuputkissa, höyry-vesi-seos nousee sihtiputkien kautta rumpuun. Se erottaa höyry-vesi-seoksen höyryksi ja vedeksi. Vesi palaa syöksyputkiin ja kyllästetty höyry menee tulistimeen . Kattiloissa, joissa on luonnollinen kierto, veden kierto kiertopiiriä pitkin on 5 - 50 kertaa. Pakkokiertoiset kattilat on varustettu pumpulla, joka luo painetta kiertopiirissä. Kiertokerroin on 3-10 kertaa [1] . Neuvostoliiton jälkeisen tilan alueella pakkokiertoa käyttävät kattilat eivät ole saaneet jakelua. Rumpukattilat toimivat alle kriittisen paineen.

Kertakäyttöiset kattilat

Kertakattiloissa ei ole rumpua. Vesi kulkee höyrystimen putkien läpi kerran, muuttuen vähitellen höyryksi. Vyöhykettä, johon höyrystyminen päättyy, kutsutaan siirtymävyöhykkeeksi. Höyry-vesi-seos (höyry) tulee höyrystinputkien jälkeen tulistimeen. Hyvin usein läpivirtauskattiloissa on välitulistin . Kertakattila on avoimen kierron hydraulijärjestelmä. Tällaiset kattilat eivät toimi vain alikriittisellä, vaan myös ylikriittisellä paineella .

Prosessiautomaatio

Kattilayksikkö on teknisesti monimutkainen laite. Moniulotteisena kohteena se sisältää monia ohjausjärjestelmiä. Monia teknisiä parametreja on säilytettävä kattilan luotettavan ja taloudellisen toiminnan varmistamiseksi. Nämä pääparametrit ovat:

  • Kattilan lämpökuormitusjärjestelmä:
    • palamisprosessi uunissa;
    • ilmansyöttö kattilan uuniin;
    • harvinaisuus uunissa;
  • Tulistettu höyry lämpötilan valvontajärjestelmä;
  • Kattilan syötön ohjausjärjestelmä. [2]

Kattilan syötön ohjausjärjestelmä

Höyrykattiloiden virransyöttöä säädetään seuraavasti. Oletetaan, että rummun vedenpinnan suurin sallittu poikkeama on ±100 mm keskiarvosta. Tason lasku voi aiheuttaa häiriöitä vesiputkien syötössä ja jäähdytyksessä. Tason nostaminen voi johtaa rummun sisäisten laitteiden tehon heikkenemiseen. Rummun ylisyöttö ja vesihiukkasten heittäminen turbiiniin voi aiheuttaa vakavia mekaanisia vaurioita sen roottoriin ja siipiin.

Sääntelyjärjestelmät . Rummun vedenpinnan säätövaatimusten perusteella automaattisen säätimen tulee varmistaa keskimääräisen tason pysyvyys kattilan kuormituksesta ja muista häiritsevistä vaikutuksista riippumatta. Transienttiolosuhteissa tason muutos voi tapahtua melko nopeasti, joten tehonsäätimen on ylläpidettävä tasaista syöttöveden ja höyryn virtaussuhteita pienten tasopoikkeamien varmistamiseksi. Tämän tehtävän suorittaa kolmipulssiohjain.

Säädin liikuttaa venttiiliä, kun syöttöveden Dpv ja höyryn Dpp virtausnopeuksien välillä ilmaantuu epätasapainosignaali. Lisäksi se vaikuttaa syöttöventtiilin asentoon, kun taso poikkeaa asetetusta arvosta. Tällaista ACS-syöttöä, jossa yhdistyvät poikkeaman ja häiriön säätelyn periaatteet, käytetään laajimmin tehokkaissa rumpukattiloissa.

Kattilayksikön vesitilan säätely

Rumpukattiloissa kiertävän veden kemiallisella koostumuksella on merkittävä vaikutus niiden non-stop- ja ei-korjauskampanjoiden kestoon. Kattilaveden laadun tärkeimmät indikaattorit ovat kokonaissuolapitoisuus ja fosfaattien ylimäärä. Kattilaveden kokonaissuolapitoisuuden pitäminen normaalialueella tapahtuu jatkuvalla ja jaksoittaisella puhalluksella rummusta erityisiin paisuttimiin. Kattilan vesihävikki puhalluksen yhteydessä korvataan syöttövedellä rummun vedenpinnan määräämänä määränä. Jatkuvaa puhallusta ohjataan ohjaamalla puhalluslinjassa olevan ohjausventtiilin säädintä. Suolaisuuden korjaussignaalin lisäksi PI-ohjaimen 2 tulo vastaanottaa signaalin puhallusveden virtausnopeudesta Dpr ja signaalin höyryn virtausnopeudesta Dpp. Höyryn virtaussignaali lähetetään virtausmittarille 3, jonka sähkömekaanista integraattoria käytetään pulsterina, joka toimii käynnistyslaitteen 4 kautta käynnistäen ja sammuttaen mäntäfosfaattipumpun 6. [3]

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Höyrykattilat  // Kilpailu - Talonpoikaissota. - M  .: Neuvostoliiton tietosanakirja , 1937. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [66 nidettä]  / päätoimittaja O. Yu. Schmidt  ; 1926-1947, v. 34).
  2. ↑ Lezin V.I., Lipov Yu.M., Seleznev M.A., Syromyatnikov V.M. Kattilayksiköiden tulistimet. - M. , 1965. - 290 s.
  3. ↑ M.A. Trušnikov. Rumpukattiloiden syöttölaitteiden automaattisten ohjausjärjestelmien tutkimus // Volzhsky Polytechnic Institute of VolGTU. – 2014.

Linkit

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa