Generator de aburi

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Corp cilindric inferior (materialul inferior este străin)

Un generator de abur este un echipament care efectuează încălzirea izobarică a unui lichid provocând fierberea acestuia , continuu și în condiții controlate pentru a-l folosi ca vector de energie și poate utiliza orice sursă de energie: combustibil , energie solară , energie nucleară sau o energie epuizată. fluid (ca în cazul ciclurilor combinate ). Cazanul este partea generatorului de abur în care are loc arderea și unde lichidul utilizat (de obicei apa) trece și este încălzit.

Clasificare

poate fi clasificat în funcție de:

  • vectorul energetic utilizat pentru generare (combustibil, deșeuri termice, energie solară) și dependența disponibilității acestuia de generație (dedicat sau cogenerator)
  • tip de partiție ( cazan cu tub de apă / cazan cu tub de fum )
  • circulația fluidelor ( circulație naturală sau circulație forțată )
  • conținut de fluid în raport cu suprafața de încălzire (volum mare 130 ÷ 250 l / m³, mediu 70 ÷ 130 l / m³, mic <70 l / m³)
  • tip de pescaj (atmosferic, presurizat, în depresiune)
  • fluxul de abur
  • combustie externă sau combustie internă
  • mobilitatea instalației (fixă, semifixă [1] , locomotivă [2] , locomotivă [3] )
  • presiune maximă de lucru (presiune scăzută <1 bar, medie 1 ÷ 15 bar, mare 15 ÷ 100 bar, foarte mare> 100 bar [4] )

Istorie

Fig. 2: Cornwall cu două focare
Figura 1: Diagrama Cornish

Eolipilul a reprezentat de fapt un ansamblu proto-generator proto- abur . Sfera lui Elagabalus nu a avut nici o urmărire practică și nici nu au existat încercări concrete de a exploata aburul până la sfârșitul secolului al XVII-lea ; motivele se găsesc în abundența forței de muncă cu costuri reduse ( servituți ) și lipsa de nevoie de putere mare și combustibil adecvat și economic ( lemnul are o putere calorică foarte mică, deci nu este potrivit pentru generarea de abur dacă nu cu precauții, relativ recente).

Figura 3: Generator de tuburi de fum

În secolul al XVIII-lea , aburul a început să fie folosit ca vector de energie prin pornirea tehnologiei generatoarelor de combustie, în special prin utilizarea combustorului cu pat fix. Cazanul era atunci un recipient metalic, de obicei cilindric plasat pe o flacără de cărbune externă , cu o ieșire pe care acționează o contrapresiune controlată, dezvoltată pornind de la modelul simplu al oalei sub presiune , dar nașterea tehnologiei are loc odată cu trecerea la flacăra internă cu cazanul din Cornwall , (care își ia numele din regiunea engleză cu același nume), scufundat și, prin urmare, un volum mare de apă , a cărui structură este substanțial similară cu încălzitoarele de apă domestice moderne.

Odată cu apogeul utilizării tehnologiei între sfârșitul secolului al XVIII-lea și începutul secolului al XIX-lea , necesitatea unei creșteri a suprafeței de schimb a dus la trecerea la sistemele cu tuburi de fum , care au permis, de asemenea, un control mai bun al mișcării . volum mediu de apă , a cărui utilizare cea mai importantă a fost cu siguranță în locomotiva cu aburi . Limita principală a rămas siguranța uzinei, care la supraîncărcare a avut tendința de a exploda din cauza presiunilor ridicate care au fost atinse în apă. În 1867 Babcock și Wilcox au depășit problema prin inversarea pereților despărțitori: în interiorul conductelor, în loc de vapori de ardere, a fost circulată apa de vaporizat, cu un coeficient de schimb de căldură mai bun și suprafețe de schimb mai mari, deoarece circulația lichidului ar putea avea loc cu aceeași cădere de presiune în mai multe țevi mai mici și mai sinuoase. funcționând substanțial cu circulație naturală , a permis o iradiere directă mai mare a vetrei și, prin urmare, a redus raportul volum / putere totală; alte avantaje au fost o pornire mult mai rapidă datorită prezenței mai puțin lichide și a dimensiunilor mai mici ale pieselor sub presiune, care au ajuns astfel să aibă o grosime mai mică (de unde și denumirea neexplodând ).

Figura 4: Generator de tuburi de apă

Au fost apoi dezvoltate generatoare de circulație forțată , al căror prim reprezentant a fost La Mont , o tehnologie care este acum indispensabilă și universală. Prin urmare, evoluția generatoarelor a fost legată de mijlocul secolului al XX-lea cu evoluția combustibililor fosili , cu o tranziție la combustibili lichizi în tranziția de la carbo-chimie la petrochimie , care a implicat dezvoltarea tehnologiei injectoarelor și tranziția către schimbul de iradiere.care caracterizează arzătorii contemporani. Exploatarea pașnică a energiei nucleare a condus la o reproiectare specifică a generatorului și un impuls uriaș al controlului său automat : în reactorul nuclear cu apă clocotită funcționează direct cu circuitul primar, în timp ce în reactorul nuclear cu apă sub presiune și în plumb -reactor nuclear acid.cu sectorul secundar sau terțiar. Generator de abur cu sistem solar termodinamic deocamdată doar la scară mai mică, utilizat pentru încălzirea simplă sau pentru instalații experimentale mici.

Generator de combustie

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Combustor .

În generatorul de combustie, combustorul este orientat către camera de combustie, de obicei un combustibil cu pat fluidizat și, prin urmare, nu poate fi niciodată un schimbător de amestec . În cazul arzătoarelor solide există o cameră, numită cinerară subiacentă , în care se acumulează cenușa de ardere și din care acestea sunt extrase și este de obicei la o presiune sub atmosferică dacă nu funcționează ca un arzător.

  • cupola (fig. 1), specifică generatoarelor de tuburi de fum, care este de fapt o cameră calmă în partea superioară a generatorului în care se obține o separare prin gravitație a aburului (ușor) de picăturile de apă (grele) care sunt purtat de aburul însuși.
  • corpul cilindric (fig. 3 și 4), care în generatoarele de tuburi de fum este carcasa care conține generatorul însuși; la cei cu conducte de apă există de obicei două sau mai multe, una inferioară având funcția de colector al apei calde nevaporizate pentru a favoriza mișcarea convectivă a acesteia și una sau mai multe dintre acestea superioare, dintre care evaporarea apei ( și separarea picăturilor antrenate), și orice altele au o funcție similară cu cea inferioară. La generatoarele de tuburi de fum, funcția corpului cilindric superior este realizată de cupolă (vezi mai sus). La generatoarele de tuburi de apă de tip marin este obișnuit să se așeze două corpuri cilindrice inferioare și unul superior, datorită greutății limitate a înălțimii care face mișcarea convectivă mai dificilă.
  • vaporizatorul (nu este prezent în generatoarele de tip Cornwall), adică un set de țevi care conectează focarul la coșul de fum din generatoarele cu tuburi de fum și corpurile cilindrice din cele cu conducte de apă. Pachetul de tuburi are funcția de a crește cât mai mult posibil suprafața de schimb între vapori și abur saturat.
  • coșul de fum , un canal extern pentru evacuarea fumurilor de ardere epuizate.
Generator de tuburi de apă introdus într-un arzător

Se disting și alte părți esențiale:

  • zidăria (a se vedea fig. 4), o construcție de lucru de obicei fără sarcină, constă din mai multe straturi de material argilos : un strat de cărămidă din materialul refractar menționat, rezistent la temperaturi ridicate prezente în generator și, în special, la oxidare ; un strat de cărămidă sau de altă constituție, numit izolator sau izolator , având funcția de a evita dispersia căldurii către exterior și, în cele din urmă, eventual, un strat de finisare portant care uneori poate fi înlocuit cu panouri metalice sau alte acoperiri. în generatoarele de tuburi de apă, zidăria include și chicanele interne destinate definirii circuitului de gaze arse (vezi fig. 4);
  • ușile de inspecție sau gurile de vizitare moderne sunt menite să evacueze cenușa sau inspecția vizuală
  • supraîncălzitorul (vezi fig. 5). Pentru a înțelege funcția sa, trebuie considerat că generatorul așa cum este descris până acum produce vapori de apă la temperatura de fierbere, adică saturată ; dacă generația este bine făcută, aburul este saturat uscat, adică a absorbit toată căldura latentă posibilă de vaporizare . Dar aburul saturat este potrivit numai pentru alimentarea cu căldură prin condensare; dacă este trimis la turbina cu abur , acesta va fi saturat umed la evacuare și, prin urmare, va permite sărituri de presiune relativ scăzute. Apoi se furnizează căldură suplimentară aburului saturat, astfel încât să-i crească temperatura la presiune constantă. La generatoarele mari, condițiile normale de alimentare cu abur sunt de ordinul a 250 bar (25 MPa) la 600 ° C (873 K). Pentru a atinge aceste temperaturi, nu este posibil să se exploateze conducerea singură prin vapori, iar tuburile de supraîncălzire funcționează în principal prin convecție și parțial prin radiație , adică sunt aranjate în vederea flăcării, dar nu sunt expuse direct la ea, precum vaporizarea tuburi, deoarece aburul nu este capabil să scurgă bine căldura, deoarece conductele de apă și abur expuse la flacără s-ar prăji;
  • economizatorul . Pentru a reduce consumul de combustibil, se fac eforturi și pentru recuperarea căldurii reziduale la temperaturi scăzute, prin dispozitive numite economizatoare. Acestea permit în practică preîncălzirea apei de alimentare și a aerului de ardere, astfel încât să reducă căldura sensibilă care trebuie să le fie furnizată, în detrimentul căldurii utilizate pentru vaporizare.

Ajustare

Un tip particular de reglare a nivelului lichidului în corpul cilindric al unui generator de abur este așa-numita reglare cu trei elemente. Cele trei variabile controlate (care reprezintă cele trei elemente) sunt: ​​nivelul în sine, debitul de abur și debitul de alimentare cu apă. De fapt, pentru generatoarele cu presiune redusă ar fi suficient să se controleze singur nivelul, dar un anumit fenomen fizic poate necesita până la trei elemente pentru a avea o reglare excelentă a nivelului în sine. De fapt, se întâmplă ca, din cauza solicitărilor ridicate de abur din partea utilizatorilor din aval de Generator, presiunea din corpul cilindric scade brusc, crescând la fel de brusc evaporarea apei. Acest efect are ca rezultat formarea unor bule mari de vapori în interiorul lichidului, cu o creștere aparentă a nivelului din corpul cilindric. Acest fenomen este cu atât mai relevant cu cât volumul de apă din corpul cilindric este mai mic și se epuizează într-un tranzitoriu, după care variabilele revin la starea de echilibru dacă cererea de abur devine din nou stabilă. Cu toate acestea, se poate întâmpla ca în acest tranzitoriu, chiar atunci când crește cererea de abur, creșterea aparentă a nivelului lichidului în corpul cilindric determină reglarea să scadă debitul de alimentare cu apă, inducând astfel o scădere substanțială în cele ce urmează. riscant, de nivel. Din acest motiv, pe lângă controlul nivelului în sine, reglarea este rafinată prin controlul debitului de abur și asigurându-vă că, dacă acest lucru crește, există o acțiune corectivă asupra debitului de alimentare cu apă (prin intermediul invertorului pompelor sau prin intermediul reglarea) menită să o mărească și astfel să compenseze creșterea aparentă a nivelului. Prin urmare, este posibil să adăugați o sofisticare suplimentară în reglementare, verificând de asemenea debitul de alimentare cu apă, amintind că, vorbind despre debitele masive, comparând debitul de alimentare cu apă și debitul de abur de la generator este posibil să se efectueze un echilibru de masă.de corpul cilindric. Controlul presiunii aburului la ieșirea generatorului depinde și de reglarea arderii, adică o reglare combinată a păcurii (și a gazului dacă este amestecat) și a fluxului de aer de ardere.

Generator de abur de recuperare

Generatorul de abur de recuperare folosește surse termice a căror disponibilitate în amonte este independentă de generare , de exemplu, acestea pot exploata căldura fumului de ardere a sulfului în aval pentru producerea de acid sulfuric sau a furnalelor , sau chiar este posibil să se producă abur la discrete presiuni (13-15 M Pa ) pornind de la fumurile unei turbine cu gaz, utilizabile de o turbină cu aburi de 120-150 M W pentru producția de energie electrică. În acest caz, dacă aburul este folosit și în industrie sau vândut clienților, precum și în turbina cu abur, atunci acesta se numește instalație de cogenerare .

Notă

  1. ^ sau generator monobloc fără rezervor
  2. ^ sau generator monobloc cu rezervor fără motor care poate fi tractat, de exemplu utilizat pe șantierele de construcții
  3. ^ integrat cu un motor cu aburi
  4. ^ Pierangelo Andreini și Fernando Pierini, The management of steam generators , 7th, Hoepli, 2008, p. 891, ISBN 978-88-203-3953-1 .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 52763
Mecanică Portalul mecanicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de mecanică