Барабаны котлов, устройства для сепарации пара от влаги, ступенчатое испарение
Барабаны современных котельных установок высокого давления с естественной циркуляцией имеют внутренний диаметр 1600 мм, толщину стенок более 100 мм и длину до 20 м. Масса такого барабана котла составляет около 100 т. Барабаны изготовляются сварными из листовой стали и имеют штуцера, к которым привариваются трубы. Тепловое расширение барабанов существующих в наше время котельных установок обеспечивается роликовыми опорами, устанавливаемыми на основных балках каркаса. Во время работы барабан удлиняется на 70–100 мм.
Пар, выходящий из барабана котла, не должен уносить с собой капли воды в пароперегреватель котлоагрегата, так как при испарении воды содержащиеся в ней соли могут отлагаться в трубах оборудования, что связано с опасностью их пережога. Для уменьшения уноса воды из барабана паром внутри барабана котельной установки устанавливаются сепарационные устройства, предназначенные для разделения (сепарации) влаги и пара. Этим условиям отвечают циклонные сепараторы, размещаемые внутри барабана котельной установки, так называемые внутрибарабанные циклоны, получившие широкое распространение в наше время.
Пароводяная смесь вводится в циклон по касательной к поверхности цилиндра; центробежная сила прижимает крупные капли воды к стенкам циклона, по которым они стекают вниз. Благодаря поддону, расположенному под циклоном, вихревое движение не передается воде, находящейся в водяном пространстве барабана котельной установки, и поверхность воды остается спокойной. Пар выходит из верхней части циклона и проходит через верхний дырчатый лист, улавливающий мелкие капли воды, оставшиеся в паре.
В барабанах котельных установок большой паропроизводительности устанавливают десятки циклонов такого плана. Часто для сепарации пара применяются так называемые жалюзийные щиты, состоящие из гофрированных стальных пластин, которые устанавливаются в верхней части барабана. Пар поднимается по каналам, образуемым пластинами, и находящиеся в нем капли влаги оседают на пластинах и стекают вниз. Отдельные капли воды, оставшиеся в паре, улавливаются дырчатым листом. Для хорошей сепарации влаги в жалюзийных щитах не должно оставаться щелей, по которым мог бы протекать пар помимо каналов, образуемых пластинами.
Котловая вода содержит значительное количество растворенных щелочей и фосфатов, которые способствуют образованию слоя пены на поверхности воды в барабане. При интенсивном парообразовании часть пены может уноситься с паром из барабана и растворенные в ней вещества могут образовать в трубах пароперегревателя слой опасной накипи. Для борьбы с этим явлением применяют размыв пены питательной водой, в которой содержится меньше солей. Благодаря этому пена растворяется в питательной воде и ее слой уменьшается.
Для промывки пара питательной водой в верхнюю часть барабана вводится питательная вода, вытекающая из горизонтальной трубы, разливается по дырчатому щиту и стекает в отводящий короб. Пар промывается, проходя снизу вверх через отверстия в щите и слой воды. Для удаления отдельных капель питательной воды из пара служит верхний дырчатый лист.
При генерации пара не происходит глубокого выпаривания воды, поэтому большинство находящихся в растворенном состоянии примесей постепенно может достичь предельной концентрации. Для поддержания в котловой воде концентрации примесей на заданном уровне часть воды из барабанных котлов непрерывно удаляется. Так как с непрерывной продувкой происходит потеря тепла и чем выше концентрация солей, тем больше величина продувки, что экономически невыгодно. Поэтому в современных барабанных котлах для снижения доли непрерывной продувки организовано двух- и трехступенчатое испарение. При двухступенчатом испарении водяной объем барабана разделяется перегородками на чистый и один (или два) солевых отсека. К каждому из отсеков присоединяется своя группа экранов. В солевые отсеки обычно выделяют один или оба торцевых участка барабана и от 5 до 30 % поверхности нагрева экранов.
Выносные сепарационные циклоны используются как вторая или третья ступень испарения и питаются котловой водой из чистого отсека или из отсеков второй ступени. В циркуляционном контуре, присоединенном к выносному циклону, вода не проходит через барабан. Пароводяная смесь, поступающая из экранных труб направляется в циклон тангенциально. При вращательном движении в циклоне вода отделяется от пара и отводится в нижний коллектор экрана. Пар поднимается в верхнюю часть циклона и по пароотводящей трубе направляется в барабан. Обычно циклоны паропроизводительностью 25 т/ч имеют диаметр около 350 мм и высоту не менее 4 м.
Высокая верхняя часть циклона требуется для надлежащего осушения пара, а глубокая нижняя – чтобы избежать попадания пара в опускную трубу, если уровень в циклоне примет вид глубокой воронки. Крестовина в нижней части циклона препятствует завихрению воды в этой зоне и попаданию паровых пузырей в водоопускные трубы экрана, что может вызвать нарушение циркуляции.
