9.3. Организация сепарации влаги и пара в барабанных котлах.

9.3.1.Барабан - сепарационное устройство барабанного котла.

В современных паровых барабанных котлах основным сепарационным устройством является барабан. В некоторых случаях дополнительно используются выносные циклоны.

Барабан в паровых котлах выполняет роль емкости, разделяющей пароводяной тракт на экономайзерный, испарительный и перегревательный участки; является устройством для сепарации влаги от пара: входит как элемент в контур естественной или принудительной циркуляции.

Барабан парового котла представляет собой цилиндрический горизонтальный сосуд с внутренним диаметром до 1600…1800 мм и длиной до 15…20 м и более, зависящих от паропроизводительности котла. В барабан подается вода или пароводяная смесь из экономайзера (рис.9.53).

При подаче воды над уровнем в барабане и падении ее на поверхность водяного объема образуется большое количество водяных капель, поднимающихся в паровое пространство барабана. Если же ввод воды производить под уровень, то слой воды частично погасит энергию струи, но будет недостаточен для полного ее гашения. Поэтому образуются сложные линии тока в объеме воды, волнообразование и выброс капель в паровое пространство. Отсюда первое требованиек внутрибарабанным устройствам - гашение кинетической энергии водяной или пароводяной струи из труб после экономайзера.

Из барабана часть воды направляется в опускные трубы контура циркуляции. При анализе работы опускных труб (см.§ 9.2) возникает второе требование- организация плавного входа воды в опускные трубы, с малым сопротивлением входа, и организация устройств, предотвращающих воронкообразование и захват (снос) пара опускающейся водой. Для того, чтобы высота уровня воды над входом в опускные трубы была максимальной, опускные трубы необходимо выводить из барабана как можно ближе к нижней его образующей.

В барабан из контура циркуляции по отводящим трубам поступает пароводяная смесь с большой скоростью. Если организовать сосредоточенный ввод отводящих труб под уровень воды, то за счет большой кинетической энергии струи и значительного объема паровой фазы уровень воды, насыщенной паровыми пузырями, будет значительно выше среднего, т.е. произойдет набухание уровня. При прохождении пара через границу вода - пар будет образовываться большое количество водяных капель, поднимаемых потоком пара.

Отсюда третье требование- организация равномерного по длине и сечению барабана ввода пароотводящих труб и гашение энергии поступающей пароводяной струи, обеспечение равномерности распределения паровой фазы по сечению барабана, снижение интенсивности образования капель и их выброса в паровое пространство.

Насыщенный пар, поступивший в барабан, поднимается в верхнюю часть барабана и отводится через трубы в пароперегреватель. Ясно, что эти трубы должны быть расположены вдоль верхней образующей барабана, иначе может образоваться застойная зона. Поток пара, направляющийся к сосредоточенному отводу, плохо заполняет сечение барабана, скорость пара в средней части при этом существенно увеличивается. Поток пара может унести часть капель воды из парового пространства в отводящие трубы и дальше в пароперегреватель. Так как унос капель по массе невелик, то эта влага на условия теплообмена в пароперегревателе не влияет. Если произойдет заброс влаги, т.е. большой ее унос с паром, то вода, попадая на стенки труб пароперегревателя, вызовет резкое охлаждение их и термическое растрескивание металла. Но и малое количество уноса влаги может привести к нарушению работы пароперегревателя - в каплях воды содержатся примеси, которые при испарении воды на стенке пароперегревателя образуют отложения с низкой теплопроводностью, а при испарении в потоке перегретого пара примеси переходят в пар и уносятся в турбину.

Четвертое требование- организация равномерного заполнения потоком пара верхней части барабана, при снижении скорости пара, и улучшении сепарации пара от воды.

При высоком давлении насыщенный пар, барботирующий через слой воды в барабане, содержит значительное количество примесей, и тогда возникает пятое требование- организация промывки пара внутри барабана.