Уровни воды в паровых котлах

Уровень воды в паровом котле необходимо тщательно контролировать, чтобы безопасно и эффективно вырабатывать пар нужного качества и при требуемом давлении.

#Уровни воды в паровых котлах

Задача любого парового котла состоит в том, чтобы безопасно и эффективно обеспечивать нужное количество пара высокого качества при правильном давлении.

Пар образуется за счёт теплоты, выделяемой при сгорании топлива в топке или за счёт утилизируемого тепла технологического процесса. Это тепло передаётся воде в корпусе котла, после чего вода испаряется и образует пар под давлением.

В котле должна быть предусмотрена определённая площадь поверхности воды, с которой пар может свободно отделяться. Над нормальным рабочим уровнем также должна быть оставлена определённая высота, чтобы при росте нагрузки уровень воды мог повышаться, но при этом сохранялась достаточная площадь для отделения пара без уноса воды.

В горизонтальных жаротрубных котлах уровень воды повышается с ростом нагрузки (из-за большего количества пара, находящегося под уровнем воды внутри котла). При этом площадь поверхности воды, с которой отделяется пар, уменьшается, потому что при расположении уровня выше осевой линии котла стенки корпуса сходятся.

Изготовитель котла закладывает такую конструкцию, чтобы площадь поверхности на нормальном уровне воды (NWL) обеспечивала допустимую скорость отделения пара. Конструкция также предусматривает определённую минимальную высоту пароотборного патрубка над NWL.

Очевидно, что по мере выработки пара вода в котле испаряется, и для поддержания уровня в котёл необходимо подавать подпиточную воду. Из-за факторов, описанных выше, уровень воды должен поддерживаться строго в нужных пределах.

Безопасность также имеет первостепенное значение. Если котёл работает при недостаточном количестве воды, возможны серьёзные повреждения и, в конечном счёте, риск взрыва.

Поэтому требуются устройства, которые будут:

• контролировать и регулировать уровень воды;
• обнаруживать достижение точки низкого уровня воды и предпринимать соответствующие действия.

Такие действия могут включать:

включение сигнализации, отключение подачи питательной воды и остановку горелки(ок).

Также необходимо предусмотреть внешнюю индикацию уровня воды.

Следующие разделы этого модуля содержат базовую информацию об автоматических устройствах регулирования уровня и сигнализации, применяемых к жаротрубным котлам. Эта информация в целом применима и к паровому барабану водотрубных котлов.

Для последовательности изложения значительная часть информации в этом модуле основана на законодательстве Великобритании. При необходимости следует обращаться и к национальным нормам своей страны.

Индикация уровня воды и уровни воды в котле

Индикация уровня воды относится к тем паровым котлам, в которых уровень воды может быть определён. Это касается большинства паровых котлов; исключение составляют прямоточные и змеевиковые котлы, где парового барабана нет. В таких случаях температура пара на выходе выше заданного значения рассматривается как признак недостаточной подачи воды.

В большинстве случаев индикатором служит простой водоуказательный стеклянный прибор, установленный на пароводяном барабане или корпусе котла. Многие стандарты требуют наличия двух водоуказательных приборов. Обычно также требуются меры, исключающие опасность для оператора при разрушении стекла. Наиболее распространённый вариант защиты — экран из закалённого стекла спереди и по бокам водоуказательного стекла.

Для котлов высокого давления могут требоваться водоуказательные стёкла из плоского или призматического стекла.

Устройство с водоуказательным стеклом, выдержавшее проверку временем, применяется на подавляющем большинстве котлов и обычно располагается так, чтобы обеспечивать видимый диапазон уровня воды выше и ниже нормального уровня. Важно понимать, что именно видно в водоуказательном стекле котла. Следующий раздел объясняет некоторые факторы, влияющие на уровень воды, показываемый в стекле.

Точно определить уровень воды в работающем паровом котле невозможно, потому что поверхность воды представляет собой массу пузырьков при сильной горизонтальной циркуляции. Поэтому уровень меняется как по длине, так и по ширине корпуса котла. В то же время водоуказательное стекло содержит воду, которая:

• не подвержена течениям и сильному волнению;
• не содержит паровых пузырей;
• холоднее воды в котле.

Это означает, что вода в водоуказательном стекле (и других наружных присоединённых устройствах) имеет большую плотность, чем вода внутри корпуса котла. В свою очередь это означает, что водоуказательное стекло будет показывать уровень ниже среднего уровня водной поверхности в корпусе котла. Разница между уровнем в водоуказательном стекле и уровнем в корпусе котла при высокой паропроизводительности зависит от таких факторов, как:

• номинальная паропроизводительность котла;
• высота присоединения водяной линии водоуказательного стекла к котлу;
• TDS и химический состав котловой воды;
• размер корпуса котла.

Изменения уровня из-за циркуляции воды в котле

При высокой нагрузке сильная циркуляция котловой воды вызывает изменение уровня вдоль длины котла. Обычно считают, что потоки направлены вверх вдоль передней и задней частей котла, а также вверх по центральной линии над топкой.

Следовательно, нисходящая циркуляция должна происходить по бокам в средней части котла. Кроме того, присоединение пароотбора может создавать эффект «подсоса», локально повышающий уровень воды.

При резких изменениях нагрузки также возможно образование волн в котле, которые часто видны в водоуказательном стекле, но в идеале должны игнорироваться устройствами контроля уровня воды.

Сводка ожидаемых изменений уровня при различных режимах работы котла показана на Рисунке 3.15.4.