En panna ( plural -boilers) är ett strukturellt integrerat komplex av anordningar för att överföra termisk energi till något kylmedel på grund av bränsleförbränning , under loppet av en teknisk process eller omvandling av elektrisk energi till termisk energi [1] .
I en betydande del av fallen är kylvätskan i pannorna vatten och ånga , men det kan också vara olja , kvicksilver , luft (se värmegenerator ), etc.
Pannor (förutom elektriska) är en typ av värmeväxlare , där värmemediet är förbränningsprodukter och det uppvärmda mediet är pannans kylvätska.
Namnet pannaggregat ( pannaggregat , felaktigt ånggenerator [1] ) förekom historiskt under utvecklingen av ångpannor . Från början var pannan en enkel anordning utan att dela upp värmeytorna efter funktion. Därefter gjorde behovet av att erhålla ånga med högre parametrar med bättre effektivitet och med mindre dimensioner det nödvändigt att utveckla värmeytor i ugnen , lägga till en överhetare , en vattenekonomisator och en luftvärmare . Allt detta med intilliggande rörledningar , gas- och luftkanaler, armaturer , anslutna till en enda organisk helhet, och kallades pannenheten, i motsats till "pannan själv". Ytterligare anordningar var ofta utrustade med redan befintliga enkla pannor eller pannor av tidigare serier. I moderna högeffektspannor, särskilt engångspannor, är det inte möjligt att peka ut den "riktiga pannan", för dem är termerna "panna" och "pannaenhet" faktiskt synonyma .
En pannanläggning är en uppsättning enheter och mekanismer utformade för att producera ånga eller varmt vatten. Förutom en eller flera pannor inkluderar den hjälpanordningar och mekanismer: rökavluftare , fläktar , foder- och vattenreningsverk , bränsleförsörjning , beroende på typ av bränsle- hydraulisk sprickning , eldningsolja , system för att avlägsna ask och askfångare . Dessa system kan vara individuella eller gemensamma för en grupp av pannor. [2]
Pannor genererar ånga för att driva ångmaskiner (till exempel turbiner i kraftverk , motorer i ånglok ), värme för industrins behov (till exempel textilier ) och jordbruk , ånga och varmvatten för uppvärmning och varmvattenförsörjning till konsumenter.
Pannenheter som arbetar med värmebärare - vatten och ånga, är uppdelade i ånga , som genererar ånga och vattenuppvärmning , där vatten inte ändrar aggregationstillståndet ; det finns också ång -het ( vatten-värme-ånga ) pannor som genererar vatten och ånga samtidigt. Pannor för superkritiska parametrar kallas ångpannor. Pannor med andra typer av kylvätska kan också fungera med eller utan dess övergång från flytande till ångtillstånd . Användningen av ett kylmedel med hög kokpunkt vid lågt tryck (till exempel vissa typer av olja ) eller gas gör att du kan minska väggtjockleken och underlätta driften av rörledningar och värmeförbrukande utrustning.
Ångpannor kan generera mättad eller överhettad ånga . Med tanke på den höga kostnaden och komplexiteten för att driva en överhettare och de tillfredsställande egenskaperna hos mättad ånga (med torrhet vanligtvis inte mindre än 99%) för många uppgifter, i små industri- och värmepannor med ett ångtryck på upp till 16 atm . ånga genereras nästan alltid.
Ofta skiljer sig kylvätskan vid pannans utlopp från den som levereras direkt till konsumenterna (till exempel cirkulerar nätverksvatten i värmenätverk av ganska låg kvalitet när det gäller hårdhet , gasmättnad etc., när det tillförs pannan, det blir snabbt förorenat). I det här fallet utförs värmeöverföring genom speciella värmeväxlare ( särskilt ångpannor ) .
I vissa fall överförs ångpannor till ett vattenuppvärmningsläge .
Pannor kan förbruka olika typer av fasta , flytande eller gasformiga bränslen , beroende på vilka deras ugn och brännare och vissa andra element kan ha betydande egenskaper.
Pyrolyspannor har en utmärkande egenskap från fastbränslepannor av den klassiska typen av förbränning. I den första kammaren i pannan av pyrolystyp frigör bränsle av träursprung (stockar, hackad ved, puts, träflis, sågspån, spån) under förhållanden av termisk nedbrytning och brist på syre en gasblandning mättad med kol. Vid kontakt med munstyckenas heta yta antänds gasblandningen i den andra kammaren i pyrolyspannan och brinner med en stor värmeavgivning. Effektiviteten hos sådana gasalstrande pannor är betydligt högre än effektiviteten hos klassiska direktbrännande fastbränslepannor.
Ibland konverteras pannor från en typ av bränsle till en annan (som regel fast bränsle till gas) [3] .
Energitekniska pannor i sina ugnar bearbetar tekniska material (till exempel giftiga avloppsvatten och utsläpp , finkorniga material såsom expanderad lera , naturliga fosfater ) [1] ; värmen från rökgaserna, för att inte kasta den värdelöst ut i atmosfären , uppfattas av pannans ytor.
Bränsle förbrukas inte direkt av elektriska pannor , såväl som av spillvärmepannor , som använder värmen från heta processgaser eller motorer (till exempel en gasturbin i en CCGT ) [4] . Kombinerade pannor är möjliga, som använder el eller extern värme och samtidigt (samtidigt eller alternativt) bränner bränsle inuti sig själva. Ugnen i spillvärmepannan, där brinnande bränsle och ibland extra luft läggs till huvudgasflödet , kallas efterbrännare .
Den typ av bränsle som pannan är konstruerad för påverkar i första hand ugnen och brännaranordningarna. De huvudsakliga designerna av ugnarna är följande: [2] [5]
Elång- och varmvattenpannor kan vara stationära (installerade på en fast grund) eller mobila (på ett fordon eller på en rörlig grund) [4] .
Under tryck, under vakuum, gastät.
Vattenrör, Lancashire, "nio", trumma ...
Stora pannor med kammarugn kan ha följande typer av layout [6] :
Torn U-formad T-formadHushållspannor kan vara väggmonterade eller golvstående. Många pannor upp till 1-2 MW är sammansatta av gjutjärnssektioner, liknande sektioner av värmeradiatorer .
En ångpannas trumma är i regel ett kärl i form av en horisontellt liggande cylinder , i vilken rörledningar för mediets cirkulation genom förångningsytorna börjar och slutar och i vilken separationen (främst gravitation) av ångfas från vätskan äger rum. Vatten från economizern (eller matarvatten, om det inte finns någon economizer) kommer in i trumman, ånga tas från den övre delen, vatten tas vanligtvis från den nedre delen eftersom det ackumuleras i den med avdunstning av salter (purge). Olika anordningar finns tillgängliga för att förbättra separationen inuti trumman. Trumman är det mest tjockväggiga elementet i trumpannan, så det är dyrt, och de termiska spänningarna i trummans metall bestämmer pannornas manövrerbarhet. Användningen av ångpannor utan trumma (rakt genom) kräver dock mer komplex vattenbehandling .
Brandrörspanna är faktiskt en trumma, genomborrad längs axeln av rör genom vilka gaser passerar. Vattenrörspannor utvecklades däremot från pannor med flera trummor uppvärmda utifrån av gaser . I stora moderna vattenrörspannor tvättas inte trumman av gaser eller tar emot endast en obetydlig del av pannans värmeeffekt, medan dess huvuddel uppfattas av värmeytor , bestående av många parallella rör, inuti vilka arbetsvätskan flöden.
Uppvärmningsytor kan vara uppvärmning (för vätskefasen), evaporativ (för fullständig eller partiell övergång av vätskefasen till ånga ) eller överhettning (för uppvärmning av ångfasen över mättnadstemperatur ) [5] :9 . Dessutom, enligt mekanismen för värmeväxling med gaser, är de uppdelade i strålning (huvudsakligen strålningsvärmeöverföring ), konvektiv (främst värmeöverföring genom konvektiv värmeöverföring) och strålningskonvektiv (båda mekanismerna har ungefär samma värde).
EconomizerEconomizer - värmeytan är helt eller huvudsakligen av värmekaraktär (ibland finns det kokande economizers, där upp till 10% av vattnet fortfarande förvandlas till ånga). Termen tillämpas på ångpannor; matarvatten kommer in i economizer-rören , det vill säga ett vars tryck ökas av matarpumpar till maximalt i cykeln för den termiska installationen. I många pannor är economizern den sista ytan längs gasflödet, luftvärmaren inte medräknat. Vid låga gastemperaturer i denna region är strålningsvärmeöverföringen inte effektiv, så economizern är en typiskt konvektiv värmeyta: den består av ett stort antal parallella buntar av böjda rör, vanligtvis med utvecklade spiral- eller flänsflänsar .
UgnsskärmarI de flesta moderna pannor, både vattenvärme och ånga, är en betydande del av ugnsytan täckt med skärmar - block av parallella rör. Historiskt har detta gjorts för att skydda pannans bärande strukturer från de termiska effekterna av en öppen låga , men i moderna pannor absorberar ugnsskärmarna en mycket betydande del av den totala värmeeffekten på grund av strålningsvärmeöverföringen. Det finns främre (främre), bakre, sido- och takskärmar, i vissa pannor fortsätter skärmarna längs ugnens botten (botten); dessutom kan pannan ha dubbelljusskärmar , som utsätts för strålning från båda sidor. De främre bafflarna ska ha öppningar (vanligtvis genom böjar i närliggande rör) i vilka brännarmunstyckena öppnas. I engångspannor är det vanligt att i skärmarna särskilja de nedre ( LRCh ), mellersta (SRCh) och övre (HRCh) strålningsdelarna [5] : 11-12 .
Skärmrör är vanligtvis släta, med undantag för fenor eller plåtdistanser, med vilka de kan kopplas till varandra (strålningen som faller på dessa plåtar överförs till rören på grund av metallens höga värmeledningsförmåga , alltså beklädnaden av ugnen i springorna mellan rören är också skyddad). I de mest kraftfulla pannorna i zonen nära brännarna är strålningsflödet så högt att skärmarna måste skyddas där med eldfasta beläggningar; för att behålla dem, samt för att förbättra värmeöverföringen, svetsas spikar eller fenor på rören från sidan av eldstaden. Det finns också erfarenhet av användning av obelagda rör med fenor inuti ugnen för att skydda rören från inverkan av starkt nötande bränslen. . Utanför pannan är skärmarna värmeisolerade , vanligtvis fodrade och täckta med mantling för gastäthet [5] : 86, 87 . Det är dock mycket svårt att uppnå gastäthet i ugnen på grund av skärmarnas enorma yta.
Den vanligaste användningen av skärmar i kraftpannor med naturlig cirkulation är som en evaporativ yta; medan rör är anordnade vertikalt med ett minsta antal böjar, grenrör i vilka de är svetsade - horisontellt. För att cirkulationstrycket ska vara tillräckligt för att övervinna skärmens motstånd måste diametern på rören vara tillräckligt stor (∅ 50–60 mm). Kokningsprocessen gör det möjligt att avlägsna värme mycket effektivt och förhindra överhettning av rörmetallen , vilket är möjligt på grund av den höga intensiteten av värmeflödet till skärmarna. Under silens passage avdunstar 4-25 % av vattnet [5] :14 . För att den ojämna uppvärmningen av olika delar av ugnen ska ha mindre effekt på cirkulationens tillförlitlighet, är evaporativa skärmar uppdelade i sektioner, som var och en bildar en separat cirkulationskrets-paneler [5] : 86, 87 . I den övre delen av ugnarna (där värmebelastningarna inte är så stora, liksom i takskärmen, där naturlig cirkulation är svår) placeras ofta överhettningsskärmytor, i vilka rörens riktning vanligtvis inte spelar. en grundläggande roll.
I engångspannor används ofta Ramzins tejplindning med flerpassage lyft- och lyft-sänkpaneler . LFC i L.K. Ramzin- pannan (för subkritiska parametrar) är gjord i form av en remsa av rör med en horisontellt stigande lindning (i en vinkel på 15–20 °) och tjänar till att förånga cirka 80% av vattnet; sedan går blandningen till den konvektiva ytan av övergångszonen i fallrörsgaskanalen, och därifrån återgår ångan till överhettning i SFC och SFC [5] :18-20, 89, 90 . Följaktligen finns det vertikala samlare i engångspannor; Men i den förångande delen av ytan, i vissa lägen, är skiktning av mediet i sådana samlare möjlig, vilket avsevärt försämrar driftsförhållandena för följande ytor [7] .
I Sovjetunionen utfördes produktionen av värmeutrustning av Bratsk Plant of Heating Equipment (Bratsk panna, UKMT-1 ), Soyuzlessstroy (KVANT-1, 1983), Bilimbaevsky Plant (stödjande strukturer av KVANT pannhuset), Yaroslavl Anläggningens tekniska strukturer och metallutrustning ("Axioma-3", 1985) enligt utvecklingen av NIIST vid USSR Ministry of Construction Materials och TsNIIEP för teknisk utrustning [8] .
Pannhus för fast bränsle demonstrerades på utställningen "Mobile Buildings-86" VDNKh of the USSR .
Det vattenvärmeautomatiserade transportabla pannhuset "KVANT" dök upp 1983. Pannhus av den aktuella typen har en rörformig mekaniserad pannenhet utrustad med en mekanisk ugn med en skruvstång.
Specifikationer . Effekt - 1 MW. Pannans effektivitet når 82% (för stenkol) och 78% (för brunkol). Temperaturen på värmebäraren framför pannan är inte begränsad, och vid pannans utlopp når den 115°. Minsta kylvätskeflöde är 8 t/h. [åtta]
Aggregerad sektionsinventering värmeautomatiserat pannhus "AKSIOMA-3" dök upp 1985.
Bränsletillförsel till ugnen, utjämning och lossning av bränsle samt slaggutsläpp utförs med hjälp av ROBOT-kontrollcentralen.
Specifikationer . Effekt - 3 MW. Pannans effektivitet når 82,5% (för kol) och 79% (för brunkol); temperaturen på värmebäraren framför pannan är inte begränsad, och vid utloppet av pannan når den 130 °; minsta kylvätskeflöde — 5 t/h; kylvätskans absoluta tryck - 1,6 MPa; dimensionerna är 11,0x3,2x3,2 m. med en massa på 19 ton. [8]