Перегреватель

Расположение пароперегревателя в котле

Пароперегревателя (или паровая сушилка ) является частью системы парового котла , в котором водяной пар генерируется в котле дополнительно нагревают выше его температуры испарения . Если тепловая машина работает с этим перегретым паром, эта машина работает более эффективно (см. КПД Карно ).

Общий

Перегретый пар еще называют перегретым паром . Температура пара выше температуры насыщения (точка повторной конденсации). В случае пара с давлением 1,013 бар, пар перегревается, когда его температура выше температуры кипения при атмосферном давлении, то есть выше 100 ° C. При значительно более высоких давлениях критическая температура также значительно выше.

Котельные установки оборудуются пароперегревателями при приводе рабочих машин ( паровая турбина или паровой двигатель ). Перегрев при работе паровых турбин увеличивает КПД системы и предотвращает повреждение лопаток турбины сконденсировавшимися каплями жидкости. На электростанциях с более высоким давлением пара устанавливаются один или два подогревателя, чтобы лучше использовать энергию, вырабатываемую паром . Турбина высокого давления сконструирована таким образом, что пар за турбиной имеет энтальпию , допускающую небольшую конденсацию водяного пара. Отработанный пар теперь снова нагревается в подогревателе парового котла и затем может подаваться в турбину среднего или низкого давления.

В системах с многоступенчатыми машинами (комбинированный эффект) промежуточный перегрев также используется между отдельными ступенями, то есть пар возвращается из первой ступени машины в котел, где снова нагревается и передается в следующую. ступени машины, чтобы воспользоваться преимуществами наличия перегретого пара для всего процесса, если это возможно.

Впервые пароперегреватели были внедрены около 1890 года Вильгельмом Шмидтом по предложению Карла фон Линде и быстро зарекомендовали себя в стационарных системах. Кроме того, на рубеже веков паровые машины были оснащены пароперегревателями. Причины для более позднего внедрения заключались в том, что примерно в это время появились смазочные материалы с температурой вспышки более 350 ° C и сальники из металлического материала для уплотнения штока поршня к корпусу цилиндра.

Пароперегреватели на электростанциях

Различают лучистые пароперегреватели , которые также подвергаются тепловому излучению пламени, и контактные пароперегреватели , которые нагреваются только за счет конвективной теплопередачи от дымового газа. В водотрубных котлах пароперегреватели часто проектируются как пароперегреватели переборки . Это труба с отклонением 180 °, лежащая в одной плоскости и подвешенная вертикально. Расстояния между трубами рассчитаны таким образом, чтобы минимизировать загрязнение и образование перемычек, вызванных отложениями сажи между трубами. Если имеется большое количество сажи, необходимо установить обдувки, которые используют воздух или пар для удаления грязи с труб.

В котлах с естественной циркуляцией влажный пар удаляется из барабана через каплеуловитель и подается в пароперегреватель. Пароперегреватель обычно состоит из частичных поверхностей перегревателя, пронумерованных в соответствии с направлением потока перегретого пара. Пар из барабана сначала проходит в пароперегреватель 1, который расположен последним в тракте дымовых газов. Другие пароперегреватели расположены в направлении, противоположном потоку дымовых газов, то есть в сторону более горячей зоны. Таким образом, отдельные парциальные перегреватели образуют противоточную схему . Преимущество заключается в более благоприятной разнице средней температуры между температурой дымовых газов и температурой перегретого пара в соответствующей секции перегревателя. Это увеличивает эффективность за счет лучшего использования энтальпии дымовых газов и защиты труб перегревателя.

На передачу тепла пароперегревателю сильно влияют колебания нагрузки и, в частности, отложения сажи. Поэтому необходимо регулировать температуру перегрева. В новых системах это обычно достигается за счет впрыска питательной воды котла между частичными перегревателями, что регулируется температурами на выходе в соответствующем пароперегревателе. Другой вариант - охлаждение перегретым паром. Перегретый пар проходит через змеевик, расположенный в заполненной водой части парового барабана. Таким образом, более холодная вода в барабане с температурой насыщенного пара охлаждает перегретый пар; теплосодержание остается в системе.

В секторе электростанций сегодня достигаются температуры пара от 420 до 570 ° C, в зависимости от используемого топлива и размера системы, в то время как на крупных электростанциях наблюдается тенденция к температуре пара 600 ° C и выше. Однако разработка ведется очень небольшими шагами, поскольку сравнительно мало известно о сопротивлении ползучести материалов теплообменника при этих температурах и давлениях до 250 бар.

При запуске паровых котлов с пароперегревателями необходимо обеспечить, чтобы минимальное количество пара всегда проходило через пароперегреватель к пусковому клапану, чтобы избежать перегрева. В предохранительные клапаны расположены за пароперегревателя. В случае перегревателей, которые могут быть отключены, на паровом барабане также должен быть установлен предохранительный клапан. Предохранительные клапаны настроены так, что клапан за пароперегревателем открывается раньше, чем на барабане. Это гарантирует наличие потока через перегреватель даже при срабатывании защиты от избыточного давления.

Пароперегреватели в котлах паровозов

Котел тепловоза с трубами отопления (зеленые), дымовыми трубами (желтые) и элементами пароперегревателя (красные)
Стенка дымовой камеры тепловозного котла с частично удаленными элементами пароперегревателя
Макет в разрезе задней части котла тепловоза. В крайнем левом углу вы можете увидеть элементы перегревателя, вставленные в разрезанные дымовые трубы, и U-образный конец на третьем сверху.

После того, как попытки с другими конструкциями ( пароперегревателя жаровой трубы , дымовые камеры пароперегревателя ), то дымовой трубы пароперегревателя преобладал в качестве пароперегревателя устройства в паровых локомотивов , построенного позже .

Здесь влажный пар сначала направляется из парового купола в паросборник . От влажного пара выходит часть многих трубок пароперегревателя ( от элементов пароперегревателя ), которые в дымовых трубах котла выступают. Трубки пароперегревателя имеют U-образную форму, так что пар проходит по длине котла дважды или часто в виде двух взаимосвязанных ›U‹, так что длина котла проходит четыре раза. Трубки пароперегревателя заканчиваются в секции перегретого пара паросборника, где пар собирается и подается в цилиндры через впускные трубы для пара.

Повторяющийся контакт с теплом дымовых газов нагревает пар до 300–400 ° C, при этом мелкие капли воды также испаряются. Без дальнейшего повышения давления пар содержит больше энергии, и пар не теряется из-за конденсации в трубопроводах на пути к цилиндрам . Кроме того, более низкая плотность перегретого пара снижает расход топлива примерно на 20% и потребление воды до 45%. Недостатком является то, что высокие температуры в поршневых двигателях требуют использования специально подходящих смазочных материалов (масла с перегретым паром), которые по сравнению с маслами для работы с влажным паром должны иметь более высокую вязкость и более высокую температуру вспышки.

литература

веб ссылки