CC BY
48
ЛАРЬКИН И. С., ОВЧИННИКОВА С. М. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ СЕПАРАЦИИ В КОТЛОАГРЕГАТАХ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
Аннотация. В данной статье обосновывается необходимость сепарации пара и рассматриваются его принципы в котлоагрегатах. Приводится сопоставление данных принципов на предмет выявления наибольшей энергетической эффективности и применяемости в котлоагрегатах.
Ключевые слова: сепарационное устройство, влагосодержание, котлоагрегат, пароводяная смесь, циклон.
LARKIN I. S., OVCHINNIKOVA S. M.
AN ANALYSIS OF SEPARATION PRINCIPLES IN BOILERS IN TERMS OF ENERGY EFFICIENCY
Abstract. The article considers the steam separation and its principles in boilers. In this connection, the study presents a comparative analysis of steam separation practices to identify the best one in terms of energy efficiency and boiler applicability.
Keywords: separation unit, moisture, boiler, water-steam mixture, cyclone.
Сепарационные устройства котлоагрегатов предназначены для предохранения внутренних поверхностей пароперегревателя, паропроводов и теплоиспользующих аппаратов от образования отложений, вызванных содержанием в паре различных примесей. В сепараторах происходит удаление или уменьшение содержания в паре капельной влаги и растворенных в паре веществ. Сепарация капельной влаги от пара имеет значение при всех давлениях, а уменьшение солесодержания пара лишь при высоких и сверхкритических давлениях. К сепарационным устройствам предъявляется ряд требований: способность гасить кинетическую энергию поступающей в барабан пароводяной смеси с минимальным образованием мелкодисперсных капель влаги; выделение из пара капель влаги; обеспечение равномерного распределения паровой нагрузки по площади испарения и потока пара в барабане котла. С помощью сепарационных устройств можно уменьшить содержание влаги в паре до 0,1-0,15%.
В сепарационных устройствах применяются следующие принципы сепарации капель влаги из пара:
- гравитационная сепарация;
- инерционная сепарация;
- циклонная сепарация;
- пленочная сепарация;
- комбинация нескольких способов.
Для осуществления анализа принципов сепарации в котлоагрегатах с точки зрения энергетической эффективности следует рассмотреть особенности функционирования сепарационных устройств. Остановимся на основных актуальных принципах, применяемых в современном оборудовании.
Гравитационная сепарация (рисунок 1) происходит в результате движения пара в барабане котла к выходу из него. Для выравнивания скорости подъема пара по барабану в него погружают дырчатый лист 1. Для дополнительного выравнивания скорости подъема пара в барабане устанавливается пароприемный щит 2, улучшающий гравитационную сепарацию. Эффективность такой сепарации зависит от давления, размеров капель воды, скорости потока и длины пути до выхода из барабана. Изменение энергии струи смеси вода-пар и распределение пара происходят в пространстве с водой. Разделение влаги и пара происходит в пространстве, заполненным паром. Гравитационная сепарация осуществляется практически во всех конструкциях внутрибарабанных устройств в силу простоты конструктивных особенностей.
Рис. 1. Гравитационная сепарация (при подводе пароводяной смеси под уровень воды в барабане).
Инерционная сепарация (рисунок 2) происходит при значительном ускорении и последующем замедлении скорости потока пароводяной смеси. Это можно осуществить в результате установки отбойных щитков 3, создающих резкие повороты на пути пароводяной смеси, поступающей из экранных или кипятильных труб в барабан котла. Вследствие чего вода из пароводяной смеси выпадает из потока (как более плотная), а пар (как менее плотный) поднимается к выходу их барабана. Установка на пути пара жалюзийной решетки 4 (рисунок 3) улучшает сепарацию путем изменения направления движения пара, вследствие чего происходит дополнительное разделение капель воды и пара.
Рис. 2. Инерционная сепарация (при подводе пароводяной смеси в паровой объем барабана).
/
1-1
Рис. 3. Инерционная сепарация с жалюзийной решеткой.
На инерционном принципе осуществляется и циклонная сепарация (рисунок 4), действующая за счет центробежных сил, оказывающих влияние на капли воды. Пароводяная смесь подается в центробежные циклоны 5, где происходит закручивание потока, и вода отбрасывается к стенкам и стекает в водяное пространство барабана, а отделенный от капелек воды пар выходит из циклона. Циклонная сепарация очень эффективна. Циклоны устанавливают как внутри, так и вне барабана.
Пленочная сепарация происходит вследствие налипания капелек воды, не обладающих инерционными свойствами, на твердую увлажненную развитую поверхность при взаимодействии с пароводяным потоком. В результате такого взаимодействия образуется сплошная водяная пленка, которая достаточно прочно держится на стенках и не срывается паром, но при вертикальном или наклонном расположении стенки спокойно стекает в водяное пространство барабана. Пленочную сепарацию используют в циклонных и швеллерковых сепараторах (рисунок 5), где поверхность для образования пленки представляет собой систему наклонно расположенных и входящих один в другой швеллерков 6, а пленочная сепарация сочетается с инерционной при прохождении пара между швеллерками, где отбрасываются наиболее крупные капли воды.
Рис. 4. Циклонная сепарация (инерционная с циклонами).
Рис. 5. Пленочная сепарация.
При изучении данных принципов сепарации можно сделать вывод о наибольшей энергетической эффективности сепаратора, содержащего все рассмотренные принципы сепарации, а именно пленочной, инерционной (циклонной) и гравитационной. Такая система сепарации пароводяной смеси обеспечивает наиболее качественное отделение капелек влаги от пара. Помимо увеличения эффективности сепарации, такой принцип способствует снижению или полному предотвращению пенообразования, а также уменьшению материалоемкости сепарационных устройств. При комбинированном сочетании принципов сепарации происходит уменьшение площади и массы оборудования вследствие того, что по мере увеличения эффективности сепарационного устройства отпадает необходимость использования дополнительных средств удаления влаги и дополнительных сепараторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Продукты и решения для автоматизации процессов управления и учета. -[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ma-samara.com (дата обращения: 20.06.2013).
2. База патентов на изобретения РФ. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru-patent.info (дата обращения: 20.06.2013).
3. Водоснабжение, водоподготовка и очистка сточных вод. - [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://stringer46.narod.ru (дата обращения: 20.06.2013).
4. Мынкин К. П. Сепарационные устройства паровых котлов. - М.: Энергия, 1971. -192 с.
