Czym jest bęben parowy kotła?
Kotły wodnorurowe wykorzystują bębny parowe do zapewnienia, że dostarczana para jest 'czysta' (wolna od zanieczyszczeń i wilgoci). Bębny parowe kotłów wodnorurowych znajdują się na szczycie kotła, nad wszystkimi innymi częściami kotła. Bęben parowy charakteryzuje się długim, cylindrycznym kształtem i zazwyczaj jest wykonany z grubej blachy stalowej, aby wytrzymać wysokie ciśnienia i temperatury , w których pracuje. Bęben parowy może mieć do dwóch metrów średnicy i 30 metrów długości.
Warto wiedzieć - istnieje kilka sposobów pisowni 'wodnorurowy', 'wodno-rurowy' lub 'wodno rurowy', ale znaczenie jest to samo. To samo dotyczy 'ogniotrubowy', 'ogniotrubowy' i 'ogniotrubowy' np. kocioł ogniotrubowy. Rury wodne zawierają wodę, podczas gdy rury ogniowe zawierają gazy spalinowe (stąd nazywane są również 'kotłami dymowymi').
Warto wiedzieć - kotły ogniotrubowe to kotły niskociśnieniowe. Kotły wodnorurowe są używane w elektrowniach, ponieważ mogą dostarczać duże ilości pary, o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu. Kotły ogniotrubowe są ograniczone w rozmiarze ze względu na swoją konstrukcję płaszcza kotła (zobacz nasz artykuł o kotłach ogniotrubowych dla dalszych szczegółów).
Pozycja Bębna Parowego Kotła Wodnorurowego
Jakie są główne funkcje bębna parowego?
Bęben parowy ma trzy główne funkcje:
- Jego głównym celem jest dostarczanie czystej, suchej pary do odbiorców końcowych, takich jak przegrzewacze i turbiny parowe. Bęben parowy zapewnia, że żadne wilgocie (krople wody) ani mokra para nie docierają do tych elementów końcowych, co zapobiega ich uszkodzeniu przez problemy takie jak przenoszenie, uderzenia wodne i nadmierna korozja.
- Bębny parowe działają również jako zbiornik, przechowując niewielką ilość wody nasyconej w celu zaspokojenia wahań zapotrzebowania na parę w systemie kotła.
- Uzdatnianie wody odbywa się w bębnie parowym. Na przykład mieszanie chemikaliów do wewnętrznego uzdatniania kotła odbywa się w bębnie parowym, podobnie jak odmulanie (proces używany do kontrolowania właściwości wody, takich jak całkowita zawartość zawiesin (TSS) i całkowita zawartość rozpuszczonych substancji (TDS)).
Schemat Kotła Wodnorurowego
Jakie są główne części bębna parowego kotła wodnorurowego?
Szczegółowy opis głównych części bębna parowego znajduje się poniżej. Ważne jest, aby zwrócić uwagę na następujące definicje:
- Woda zasilająca - woda, która została uzdatniona, ale jeszcze nie weszła do kotła.
- Woda kotłowa - woda znajdująca się w kotle (w tym w bębnie parowym).
- Kondensat - para, która skondensowała z powrotem do wody. Kondensat staje się ponownie wodą zasilającą po uzdatnieniu.
Aby dowiedzieć się więcej o przepływie wody i pary wokół kotła wodnorurowego, zobacz nasz artykuł o kotłach wodnorurowych. Możesz również dowiedzieć się więcej o różnych typach kotłów i wszystkich ich częściach (kolektor parowy, ściana pieca itp.) w naszym Kursie Wideo z Podstaw Inżynierii Energetycznej.
Części Bębna Parowego Kotła
- Wlot Wody Zasilającej: Rura wody zasilającej, która rozciąga się na całą długość bębna parowego, równomiernie rozprowadza wodę zasilającą w bębnie. Woda zasilająca jest wprowadzana do bębna przez równomiernie rozmieszczone otwory w rurze, zapewniając jednolity rozkład na długości bębna.
Warto wiedzieć - 'woda zasilająca' jest również pisana jako 'woda zasilająca' lub 'woda-zasilająca', ale znaczenie jest to samo.
- Rury opadowe i wznoszące: Rury opadowe rozprowadzają wodę kotłową z bębna parowego do bębnów mułowych u podstawy ścian pieca. Gdy woda jest podgrzewana, unosi się w ścianach pieca z powodu zmiany gęstości (cieplejsze płyny są mniej gęste), przekształcając się w mieszaninę woda-para. Mieszanina woda-para wraca następnie do bębna parowego przez kolektory parowe.
Warto wiedzieć - rury opadowe mają większą średnicę niż rury wznoszące i są mniej liczne. Rura wznosząca ma mniejszą średnicę, ponieważ zwiększa to jej wydajność wymiany ciepła, podczas gdy nie jest to wymagane dla rury opadowej. Zarówno rury wznoszące, jak i opadowe są zazwyczaj wykonane z bezszwowych rur stalowych węglowych.
Warto wiedzieć - rury wznoszące są czasami nazywane 'rurami wznoszącymi', lub 'rurami wznoszącymi'. Podobnie, rury opadowe są czasami nazywane 'rurami opadowymi' lub 'rurami opadowymi'.
- Wylot Parowy Nasycony: Gdy para jest odpowiednio oczyszczona i osuszona, jest odprowadzana przez rury wyładowcze pary znajdujące się na szczycie bębna parowego. Odprowadzona para jest podgrzewana przez przegrzewacze, aby zwiększyć jej temperaturę, zanim zostanie skierowana do końcowego odbiorcy, takiego jak turbina parowa. Ważne jest, aby zauważyć, że para nasycona jest odprowadzana z bębna parowego, ale jest przekształcana w parę przegrzaną po przejściu przez przegrzewacze; to zmniejsza prawdopodobieństwo tworzenia się kropli wody w parze. Wyjście pary z kotła wodnorurowego może być znaczne, czasami ponad 350 kg/s (771 lb/s), a system kotła może pracować przy ciśnieniu ponad 190 bar (2,755 psi) i temperaturze ponad 500°C (932°F),
Warto wiedzieć - przegrzewacze dodają ciepło jawne do pary. Ciepło jawne zwiększa temperaturę pary, ale nie zmienia jej stanu/fazy, tj. nie ma zmiany stanu z wody na parę lub odwrotnie. Ciepło utajone to energia dodana lub usunięta podczas zmiany stanu, tj. podczas procesu kondensacji lub parowania, ale ta zmiana energii nie powoduje zmiany temperatury.
Wewnętrzne Elementy Bębna Parowego
- Linia Dozowania Chemikaliów: Linia dozowania chemikaliów wprowadza chemikalia do kotła. Te chemikalia, równomiernie rozprowadzone na długości bębna parowego, zmniejszają prawdopodobieństwo korozji, osadzania się kamienia i innych potencjalnych problemów w systemie kotła. Turbulentne środowisko wewnątrz bębna parowego pomaga w mieszaniu tych chemikaliów.
- Linia Ciągłego Odmulania (CBL): Aby regulować stężenie chemikaliów w kotle, linia ciągłego odmulania stale usuwa część wody kotłowej. Ten proces jest istotny, ponieważ parowanie wody może prowadzić do nagromadzenia nieparujących chemikaliów, zwiększając tym samym ilość całkowitych rozpuszczonych substancji (TDS).
- Monitorowanie Poziomu Wody: Niebieska linia wskazana w bębnie parowym reprezentuje normalny poziom roboczy wody (NOWL lub NWL), czasami nazywany również 'normalnym poziomem wody'. Otwory na instrumenty w bębnie parowym mieszczą wskaźniki poziomu wody, takie jak czujniki poziomu i szkła wskaźnikowe, a także czujniki ciśnienia i czujniki temperatury. Te instrumenty pomagają zapewnić, że poziom wody w bębnie pozostaje w określonych granicach. Zobacz nasz artykuł o kontroli poziomu bębna dla więcej informacji na temat utrzymywania poziomu wody w kotle wodnorurowym.
Separatory pary - woda i para są oddzielane w bębnie parowym za pomocą następujących metod:
- Separacja odśrodkowa: Mieszanina woda-para, po wejściu do bębna, przechodzi przez separator odśrodkowy. To urządzenie wykorzystuje zasadę siły odśrodkowej do oddzielenia części wody od pary.
- Separacja grawitacyjna i gęstościowa: Gęstsze cząsteczki wody naturalnie osiadają na dnie bębna parowego z powodu sił grawitacyjnych.
Warto wiedzieć - różnica gęstości w płynie zawsze powstaje, gdy występuje różnica temperatur, co jest podstawą konwekcji naturalnej.
- Kręta ścieżka przepływu: Półczysta para następnie przechodzi przez skrubber znajdujący się na szczycie bębna parowego; to zapewnia krętą ścieżkę przepływu. Ta ścieżka powoduje, że cząsteczki wody zderzają się z powierzchniami skrubbera, gdzie koagulują w większe krople i opadają z powrotem do bębna. Skrubber, zazwyczaj wykonany z metalowych siatek prasowanych razem, jest czasami nazywany suszarnią chevronową lub odmgławiaczem, i zapewnia, że ponad 99,5% wody jest oddzielane od pary.
Pęcznienie i kurczenie się w bębnach parowych
Nagłe wahania ciśnienia odgrywają rolę w zachowaniu wody i pary w bębnie parowym. Istnieją dwa główne problemy, które powodują wahania ciśnienia: pęcznienie i kurczenie się.
- Pęcznienie - występuje nagłe wysokie zapotrzebowanie na parę, powodując spadek ciśnienia w bębnie parowym, co powoduje wzrost poziomu wody. Wzrost poziomu wody następuje, ponieważ pęcherzyki pary zawieszone w wodzie rozszerzają się (zwiększają objętość) wraz ze spadkiem ciśnienia w bębnie, co powoduje wzrost poziomu wody. W prostym kotle z kontrolą jednego elementu, automatyczny zawór wlotowy wody zasilającej zamyka się w odpowiedzi na wzrost poziomu wody, co skutkuje zmniejszeniem ilości wody podawanej do kotła, mimo że zużycie pary wzrosło (niebezpieczna sytuacja, jeśli nie zostanie skorygowana).
- Kurczenie się - odwrotnie, gdy następuje nagłe zmniejszenie zapotrzebowania na parę, ciśnienie w bębnie parowym wzrasta, powodując zmniejszenie objętości zawieszonych pęcherzyków pary i spadek poziomu wody. Automatyczny zawór wlotowy wody zasilającej otwiera się w odpowiedzi na spadek poziomu wody, powodując jeszcze większy spadek poziomu wody. Dzieje się tak, ponieważ stosunkowo zimna woda wchodząca do bębna parowego ochładza wodę i pęcherzyki pary, powodując ich zapadanie się.
Wahania ciśnienia i wynikające z nich rozszerzanie się lub kurczenie mogą znacznie wpłynąć na poziom wody w bębnie parowym. Jeśli nie są odpowiednio zarządzane, te zmiany mogą prowadzić do przenoszenia wody do przegrzewaczy i turbin parowych, ryzykując uszkodzenia i nieefektywności. Jeśli poziom wody zmniejsza się z powodu skurczu termicznego, powierzchnie wymiany ciepła kotła (rury kotłowe itp.) mogą nie otrzymać wystarczającej ilości wody i mogą przegrzać się, co stanowi zagrożenie dla integralności kotła.
Trójelementowa Kontrola Bębna Parowego
Istnieje wiele czynników, które mogą wpływać na poziom wody w bębnie parowym. Poziom wody musi być utrzymywany w określonych granicach przez cały czas, aby zapewnić bezpieczną i efektywną pracę kotła oraz ochronę elementów końcowych. Aby zapewnić dokładne odczyty poziomu bębna, system kotła stosuje metodę znaną jako trójelementowa kontrola. Trójelementowa kontrola mierzy:
- Przepływ pary na wyjściu.
- Przepływ wody zasilającej na wejściu.
- Ciśnienie w bębnie parowym.
- Rzeczywisty poziom wody w bębnie parowym.
Trójelementowa Kontrola
Te czynniki pomagają określić bilans masy kotła (co zostało wprowadzone do kotła w porównaniu do tego, co zostało z niego wyprowadzone). Uwzględniając wszystkie te czynniki, system może dokładnie określić poziom wody, uwzględniając potencjalne rozbieżności spowodowane zmianami ciśnienia. Możesz dowiedzieć się więcej o kontroli jednego elementu, kontroli dwóch elementów i trójelementowej kontroli w naszym Kursie Wideo z Podstaw Inżynierii Energetycznej.
Jaka jest różnica między bębnem parowym a bębnem mułowym?
Bębny parowe znajdują się na szczycie kotła, podczas gdy bębny mułowe (lub bęben mułowy) znajdują się w najniższym punkcie kotła. Nazwa ‘bęben mułowy’ pochodzi od brudnego materiału (‘mułu’), który gromadzi się w bębnach.
Dodatkowe Zasoby
https://boilersinfo.com/boiler-steam-drum-internals-function/
https://www.rasmech.com/blog/steam-drum-101-boiler-basics/
https://www.processindustryinformer.com/optimising-boiler-and-steam-drum-level-control/
https://www.vega.com/en/company/blog/2020/steam-boiler-drum-level-measurement-technology-comparison