ПАРОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА

Целью данной статьи является обзор парового регулирования температуры перегретого пара. В статье представлены виды парового регулирования, их различие. Анализ применения видов позволил выделить недостатки в видах и их преимуществах.

Современные котельные агрегаты силовых установок требуют поддержания температуры перегретого пара в достаточно узких пределах близких к проектному значению. Это требование диктуется условиями как надежности, так и экономичности работы паросиловых установок.

Между тем любое изменение режима работы современной котельной установки, связанное с изменением производительности, давления пара, качества топлива, температуры питательной воды, избытка воздуха и других факторов отражается на температуре перегретого пара [1].

В эксплуатации находится большое число регуляторов перегрева разных типов, различающихся между собой методом регулирования перегрева, конструкцией и расположением пароохладителей. Прежде всего – это паровое регулирование понижения температуры и газовое регулирование. Газовое – это регулирование температуры пара за счет рециркуляции продуктов сгорания и изменение положения факела в топке. Если же не брать во внимание метод парового регулирования, то его можно осуществить, не производя никаких изменений в топочной камере.

Виды парового регулирования: поверхностный пароохладитель, паровой теплообменник, впрыскивающий пароохладитель.

При паровом регулировании снижение температуры перегретого пара до заданной величины производится уменьшением его теплосодержания на одном из участков парового тракта от барабана котла до магистрали: на стороне насыщенного пара, в промежутке между первой и второй ступенью пароперегревателя или на стороне перегретого пара [2]. При этом тепловосприятие поверхности нагрева пароперегревателя от газового потока при включении регулятора перегрева не только не уменьшается, а, наоборот, в первых двух случаях даже несколько увеличивается за счет некоторого повышения значения коэффициента теплопередачи и главным образом за счет увеличения разности температур газа и пара, т.е. температурного напора, что увеличивает снижение энтальпии пара регулятором перегрева.

Снижение температуры пара производится пароохладителями, которые можно  разбить на две группы: впрыскивающие и поверхностные, которые  могут быть разделены на внутрибарабанные и выносные. Последние в свою очередь делятся на выносные с охлаждением котловой водой и с охлаждением питательной водой.

Внутрибарабанные поверхностные пароохладители получили широкое применение в двухбарабанных и трехбарабанных котлах с поверхностью нагрева 450, 800, 1500, 2500 м² и др.

В этих котлах часть перегретого пара из пароперегревателя отводится в пароохладители, находящиеся внутри барабана ниже уровня воды, где происходит снижение температуры пара за счет теплообмена между перегретым паром и кипящей водой. Остальная часть перегретого пара отводится непосредственно в главный паропровод.

Регулирование температуры перегрева производится изменением количества пара, направляемого в пароохладители при помощи поворотного регулирующего клапана, расположенного в месте разветвления потоков пара.

Достоинство – полное отсутствие водяной коммуникации и размещение поверхности нагрева пароохладителя внутри барабана, без дополнительного корпуса, что в значительной степени удешевляет стоимость этих пароохладителей по сравнению с выносными.

Недостаток – перегрев трубок водяной части перегревателя до чрезмерно высоких температур. Это не имеет существенного значения при низких параметрах пара, но при давлении порядка 35 атм. и перегреве пара выше 400 °C такой способ включения допускать не следует. Вторым недостатком таких пароохладителей являются расстройства заклепочных швов штуцеров для проводки трубопроводов перегретого пара сквозь тело барабана в тех случаях, когда эти штуцеры были выполнены без паровых рубашек.

В выносном пароохладителе, регулирование перегрева, как правило, производится изменением количества пара, проходящего через пароохладитель, при помощи перепуска его, а в некоторых прежних конструкциях изменением величины активной части поверхности нагрева путем изменения высоты уровня воды в водяной части пароохладителя.

Недостатками внутрибарабанных пароохладителей являются:

1) загрязнение всего пара за счет уноса котловой воды вместе с паром, поступающим из пароохладителей;

2) повреждение труб поверхности нагрева вследствие коррозии металла в зоне колебаний уровня воды;

3) расстройство фланцевого соединения большого диаметра и неплотности в местах развальцовки труб пучка в трубной доске.

Выносные пароохладители с охлаждением пара питательной водой имели широкое распространение в отечественном котлостроении в 1940 году, на сегодняшний день не актуален.

После создания котлов сверхвысоких параметров на производстве стали применять впрыскивающие охладители, которые начинают широко внедрять и в установках котлов высокого давления [3].

Действие таких пароохладителей основано на том, что в поток перегретого пара вводится охлаждающая вода, которая, испаряясь за счет теплоты пара и смешиваясь с ним, понижает температуру пара на необходимую величину. Впрыскивание воды производится после полного, либо после частичного перегрева пара [4].

Эффективность работы впрыскивающих пароохладителей зависит от величины поверхности воды, непосредственно соприкасающегося с паром, от относительной скорости воды и пара, а также от разности температур, определяющих интенсивность протекания процесса теплообмена между паром и водой. Для увеличения размеров контактной поверхности воды применяется распыливание ее в потоке пара при помощи специальных сопел и установка заверяющих и перешивающих вставок, сеток, набивок и др.

Регулирование температуры пара производится обычно изменением количества впрыскиваемой воды, которую надо подавать под давлением, несколько превышающим давление пара [5]. При добавке химически очищенной воды к конденсату для питания котлов нельзя подавать на впрыск питательную воду. В зависимости от количества добавки можно применять следующие схемы:

1) Подавать для впрыска конденсат из регенеративных подогревателей высокого давления;

2) На электростанциях, где установлены паровые калориферы для предварительного подогрева воздуха, можно использовать получающийся в них конденсат.

Впрыскивающие пароохладители начали применяться для регулирования температуры пара одними из первых, поскольку по принципу действия и конструкции они являются наиболее простыми, особенно в случаях впрыска воды из питательной магистрали. На сегодняшний день впрыскивающие пароохладители так же пользуются большим спросом.

Значительное преимущество впрыскивающих пароохладителей – широкий диапазон регулирования температуры перегретого пара и быстрота. Ограничением диапазона регулирования перегрева впрыском воды в одном месте является, во-первых, необходимость получения на входе в последующую поверхность нагрева пароперегревателя некоторого перегрева пара и, во-вторых, обеспечение в пределах пароохладителя полного испарения впрыскиваемой воды. По указанным причинам в случаях, когда требуется весьма широкий диапазон регулирования температуры перегретого пара, впрыскивающие пароохладители включаются в рассечку в двух местах пароперегревателя.

Впрыскивающие пароохладители обеспечивают широкий диапазон регулирования температуры пара примерно до 100-130°С при высоком качестве впрыснутой воды и испарением впрыснутой воды до распределения пара по змеевикам пароперегревателя. В качестве охлажденной среды используется питательная вода. По питательной воде конденсатор подключается до экономайзера или в рассечку между ступенями экономайзера.

Список литературы:

1. Рабинович, О. М. Котельные агрегаты [Текст] : учеб. пособие / О.М. Рабинович. – Л.: Машгиз, 1963. – 456 с. 
2. Конструкция и расчет котлов и котельных установок. / В.А Двойнишников, Л.В.Деев, М.А.Изюмов. – М.: Машиностроение,1988. – 264с.
3. Мейкляр М.В. Паровые котельные агрегаты ТКЗ высокого давления, Энергия, 1974 Изд. 4-е, перераб. 312 с. 1963г.
4. Новейшие достижения нефтехимии и нефтепереработки под редакцией К.А.Кобе и Дж.Дж.Мак-Кета. Перевод с англ.-т. IV: Москва, 1963. – 364с.
5. Основы рациональной организации впрыска охлаждающей воды в пар. В.И. Черноштан, Э.Е. Благов, С.В. Савин / Арматуростроение №2. – 2015.  – c.38-45