Cazane cu abur: principiu de funcționare și dispozitiv

Un cazan cu abur este un dispozitiv pentru transformarea apei în abur, utilizat atât în ​​viața de zi cu zi, cât și în industrie. Aburul este utilizat pentru încălzirea camerelor, a aparatelor și a conductelor, precum și pentru turbomachinele rotative. Să învățăm în detaliu ce sunt cazanele cu abur. Principiul funcționării, dispozitivul, clasificarea, domeniul de aplicare și multe altele - toate acestea vor fi discutate mai jos.

definiție

După cum ați înțeles deja, cazanul cu aburi este un agregat care produce abur. În acest caz, cazanele de acest tip pot produce perechi de două tipuri: saturate și supraîncălzite. În primul caz, temperatura sa este de ordinul a 100 de grade, iar presiunea este de aproximativ 100 kPa. Temperatura aburului supraîncălzit se ridică la 500 de grade, iar presiunea la 26 MPa. Aburul saturat este utilizat în scopuri casnice, în principal pentru încălzirea locuințelor private. Aburul supraîncălzit a găsit aplicații în industrie și energie. Aceasta tolerează bine căldura, prin urmare, utilizarea acesteia mareste eficiența instalației.

Domeniul de aplicare

Există trei domenii principale de utilizare a cazanelor cu abur:

1. Sisteme de încălzire. Aburul acționează ca un transportator de energie.
2. Energetica. Motoarele industriale cu abur sau, așa cum sunt ele numite, generatoare de abur, sunt utilizate pentru a genera energie electrică.
3. Industrie. Aburul din industrie este folosit nu numai pentru încălzirea "cămășilor" aparatelor și a conductelor, dar și pentru transformarea energiei termice în energie mecanică și vehicule în mișcare.

Cazanele cu abur de uz casnic sunt utilizate pentru incalzirea spațiilor rezidențiale. Cu alte cuvinte, sarcina lor este de a încălzi apa și de a muta aburul prin conductă. Un astfel de sistem este adesea echipat cu un cuptor staționar sau cazan. De obicei, aparatele de uz casnic produc abur saturat care nu este supraîncălzit, ceea ce este suficient pentru a rezolva sarcinile care le sunt atribuite.

În industrie, aburul se supraîncălzește - continuă să se încălzească după evaporare, pentru a crește în continuare temperatura. La astfel de instalații, se impun cerințe speciale privind calitatea, ca atunci când aburul este supraîncălzit, riscurile de capacitate explodează. Aburul supraîncălzit din cazan poate fi utilizat pentru a genera electricitate sau mișcare mecanică.

Curentul electric cu abur se formează după cum urmează. Evaporând, aburul intră în turbină, unde, datorită unui flux dens, se rotește arborele. Astfel, energia termică trece în energie mecanică și, la rândul ei, se transformă în energie electrică. Astfel funcționează turbinele centralelor electrice.

Rotirea arborelui, care se produce când cantitățile mari de abur supraîncălzit se evaporă, pot fi transmise direct pe motor și pe roți. Deci, în mișcare este transportul cu aburi. Ca exemple populare de funcționare a unui motor cu aburi, generatorul de abur al unei locomotive sau cazanul cu aburi poate fi adus. Principiul ultimului este foarte simplu: atunci când cărbunele sunt arse, se produce căldură, care încălzește apa și formează aburi. Ei bine, aburul, la rândul său, rotește roțile, sau în cazul navei, șuruburile.

Cazane cu abur: principiu de funcționare

Să analizăm în detaliu cum lucrez cu astfel de cazane. Sursa de căldură necesară pentru încălzirea apei poate fi orice fel de energie: electrică, solară, geotermală, căldură din arderea combustibilului gazos sau solid. Aburul produs în timpul încălzirii apei este un purtător de căldură, adică transferă energia termică de la locul de încălzire la locul de utilizare.

În ciuda varietății de modele, designul de bază și principiul de funcționare al cazanelor cu abur nu sunt diferite. Schema generală de încălzire a apei cu conversia ulterioară în abur arată astfel:

1. Purificarea apei pe filtre și alimentarea acesteia cu rezervorul pentru încălzire cu o pompă. Rezervorul este situat, de obicei, în partea de sus a unității.
2. Din rezervor, prin țevi, apa intră în rezervor, situat, respectiv, mai jos.
3. Apa se ridică din nou, abia acum prin țevi, dar prin zona de încălzire.
4. Forme de abur în zona de încălzire. Sub acțiunea diferenței de presiune dintre materia gazoasă și cea lichidă, se va ridica în sus.
5. În partea de sus, aburul încălzit este trecut prin separator, unde este separat în cele din urmă de apă. Lichidul rămas este returnat în rezervor, iar aburul curge în linia de abur.
6. Dacă acesta nu este un cazan obișnuit, ci un generator de abur, atunci conductele sale sunt încălzite suplimentar. Modalitățile de încălzire vor fi discutate mai jos.

dispozitiv

Cazanele cu abur sunt un recipient în care apa este încălzită și formează abur. De obicei, acestea sunt realizate sub formă de țevi, de diverse dimensiuni. Pe lângă conducta cu apă, cazanul are întotdeauna o cameră de ardere (cuptor). Designul său poate varia în funcție de tipul combustibilului utilizat. Dacă este lemn sau cărbune dur, atunci în partea de jos a cuptorului există un grătar, pe care se plasează combustibil. Din partea de jos a grătarului, aerul intră în camera de ardere. Și în partea de sus a focului se construiește un coș de fum, care este necesar pentru o tracțiune eficientă - circulația aerului și combustia combustibilului.

Principiul de funcționare al cazanelor cu abur pe combustibili solizi diferă oarecum de dispozitivele în care materialul lichid sau gazos este utilizat ca agent de răcire. În cel de-al doilea caz, camera de combustie preia un arzător care funcționează ca arzătoarele unui cuptor de gaze menajer. Pentru circulația aerului, se utilizează și grătarul și coșul de fum, deoarece, indiferent de tipul de combustibil, aerul este cea mai importantă condiție pentru ardere.

Gazul combustibil obținut prin arderea combustibilului se ridică într-un recipient cu apă. Își dă căldura la apă și iese prin coșul de fum în atmosferă. Când apa este încălzită până la punctul de fierbere, aceasta începe să se evapore. Este de remarcat faptul că apa se evaporă înainte, dar nu în astfel de cantități și nu cu o astfel de temperatură a vaporilor. Aburul evaporat intră în țevi de la sine. Astfel, circulația aburilor și schimbarea stărilor agregate ale apei apar în mod natural. Principiul funcționării unui cazan cu abur cu circulație naturală necesită o intervenție umană minimă. Tot ceea ce operatorul trebuie să facă este să asigure o încălzire stabilă a apei și să controleze procesul cu ajutorul unor dispozitive speciale.

În cazul cazanelor electrice, încălzirea cu apă este mai ușoară. Se încălzește cu ajutorul elementelor de încălzire, cum ar fi rețelele TEN sau acționează ca un conductor și încălzit în conformitate cu legea Joule-Lenz.

clasificare

Cazanele cu abur, a căror principiu o considerăm astăzi, pot fi clasificate în funcție de mai mulți parametri.

După tipul de combustibil:

1. Cărbune.
2. Gaz.
3. Ulei de combustibil.
4. Electrice.

Prin programare:

1. De uz casnic.
2. Energie.
3. Industriale.
4. Reciclarea.

Prin proiectare:

1. Tub de gaz.
2. Tub de apă.

Ceea ce distinge cazanele cu gaz și apă

Principiul funcționării cazanelor se bazează pe încălzirea containerului cu apă. Containerul în care apa trece în starea de vapori este de obicei o țeavă sau mai multe țevi. Dispozitivele, în care combustibilul încălzește țevile, crescând în sus, se numesc cazane cu gaz.

Dar există o altă opțiune - când gazul inflamabil se deplasează printr-o țeavă situată în interiorul unui recipient cu apă. În acest caz, rezervoarele de apă sunt numite tobe, iar boilerul însuși este numit o conductă de apă. În viața de zi cu zi se numește și un cazan cu tuburi de incendiu. În funcție de amplasarea tamburilor de apă, cazanele de acest tip sunt împărțite în: orizontală, verticală și radială. De asemenea, există modele în care sunt realizate diferite direcții de conducte.

Dispozitivul și principiul de funcționare a cazanului cu abur cu tuburi de incendiu diferă într-o oarecare măsură de cazanul cu tub de gaz. În primul rând, se referă la dimensiunea conductelor cu apă și abur. La cazanele cu tuburi de apă conductele sunt mai puțin decât tuburile de țevi de gaz. În al doilea rând, există diferențe în putere. Cazanul cu tuburi de gaz produce o presiune de cel mult 1 MPa și are o capacitate de generare a căldurii de până la 360 kW. Motivul pentru aceasta sunt conductele mari. Pentru a forma suficientă abur și presiune în țevi, pereții lor trebuie să fie groși. Ca urmare, prețul acestor cazane este prea mare. Cazanul cu tuburi de apă este mai puternic. Datorită pereților subțiri ai conductelor, aburul se încălzește mai bine. În al treilea rând, cazanele cu apă potabilă sunt mai sigure. Ele produc căldură și nu se tem de supraîncărcări semnificative.

Accesorii cazane

Principiul funcționării unui cazan cu aburi este destul de simplu, totuși designul său constă într-un număr destul de mare de elemente. În plus camerele de ardere și conductele pentru circulația cazanelor de apă / abur sunt echipate cu dispozitive pentru a îmbunătăți eficiența lor (creșterea temperaturii aburului, presiunea și cantitatea). Aceste dispozitive includ:

1. Surplus de abur. Aceasta servește la creșterea temperaturii aburului de peste 100 de grade. Supraîncălzirea aburului mărește eficiența dispozitivului și eficiența acestuia. Aburul supraîncălzit poate atinge o temperatură de 500 de grade Celsius. Astfel de temperaturi ridicate au loc în instalațiile cu abur ale centralelor nucleare. Esența supraîncălzirii este că, după evaporare, aburul care trece prin conductă este supus la reîncălzire. În acest scop, dispozitivul poate fi echipat cu o cameră suplimentară de combustie sau cu o conductă simplă, care trece de mai multe ori prin cuptorul principal înainte ca aburul să fie scos la destinație. Surplusele cu abur sunt radiații și convecție. Prima lucrare este de 2-3 ori mai eficientă.
2. Separator. Se servește pentru a "scurge" aburul - separându-l de apă. Acest lucru vă permite să creșteți eficiența instalației.
3. O baterie reîncărcabilă. Acest aparat este proiectat pentru a menține un nivel constant de ieșire a aburului de la unitate. Atunci când perechea nu este suficientă, ea o adaugă la sistem și, dimpotrivă, selectează în caz de supraabundență.
4. Dispozitiv de preparare a apei. Pentru ca unitatea să funcționeze mai mult, apa care intră în ea trebuie să îndeplinească cerințe specifice. Acest dispozitiv reduce cantitatea de oxigen și minerale din apă. Aceste măsuri simple previne coroziunea țevilor și formarea de scări pe pereții lor. Rugurile și spuma nu numai că reduc eficiența dispozitivului, ci și îl fac repede inutilizabil, în special în cazul utilizării active.

Dispozitive de control

În plus, cazanul este echipat cu dispozitive auxiliare pentru monitorizare și control. De exemplu, comutatorul de limitare a apei monitorizează menținerea unui nivel constant de lichid în tambur. Principiul de funcționare al detectorului de nivel limită pentru un cazan pe abur se bazează pe o schimbare a masei sarcinilor speciale în timpul trecerii lor de la faza lichidă la faza de vapori și invers. În cazul unei deviații de la normă, el emite un semnal sonor pentru a anunța angajații întreprinderii.

Pentru controlul nivelului apei pe poziție, se folosește și o coloană cu gabaritul de nivel al cazanului cu abur. Principiul dispozitivului se bazează pe conductivitatea electrică a apei. Coloana este un tub echipat cu patru electrozi care controlează nivelul apei. În cazul în care coloana de apă ajunge la marcajul inferior, unei pompe de alimentare conectate, iar în cazul în care partea de sus - alimentarea cazanului de apă se oprește.

Un alt dispozitiv simplu pentru măsurarea nivelului apei în cazanul cu abur este sticla de apă, încorporată în corpul aparatului. Principiul de funcționare a paharului de apă al cazanului cu aburi este simplu - este proiectat pentru monitorizarea vizuală a nivelului apei.

Pe lângă nivelul lichidului, sistemul măsoară termometrele și manometrele cu temperatură și presiune, respectiv. Toate acestea sunt necesare pentru funcționarea normală a cazanului și pentru a preveni apariția unor situații de urgență.

Generatoare de abur

Am discutat deja principiul generatorului de abur, acum familiarizat pe scurt cu particularitățile generatoarelor de abur - cele mai puternice cazanele echipate cu dispozitive suplimentare. După cum puteți vedea, principala diferență între aburul din cazan este aceea că structura sa include una sau mai multe reîncălzire, care permite cele mai ridicate temperaturi de abur. La centralele nucleare, datorită unui cuplu foarte fierbinte, convertiți energia decăderii unui atom în energie electrică.

Există două modalități principale de încălzire a apei și de transformare a acesteia într-o stare gazoasă în reactor:

1. Apa spală vasul reactorului. Reactorul este răcit și apa este încălzită. Astfel, aburul este format într-un circuit separat. În acest caz, generatorul de abur funcționează ca un schimbător de căldură.
2. Țevile cu apă trec în interiorul reactorului. În acest exemplu de realizare, reactorul este o cameră de ardere cu care aburul este alimentat direct la generatorul de energie. Acest design este numit reactor de fierbere. Aici totul funcționează fără un generator de abur.

concluzie

Astăzi ne-am familiarizat cu un astfel de dispozitiv util ca un cazan cu aburi. Dispozitivul și principiul funcționării acestui dispozitiv sunt destul de simple și se bazează pe proprietățile fizice banale ale apei. Cu toate acestea, cazanele cu aburi facilitează foarte mult viața umană. Ei încălzesc clădirea și ajută la generarea energiei electrice.