Метод ступенчатого испарения, сущность которого сводится к созданию в парогенераторе контуров парообразования с различной концентрацией примесей при их последовательном питании водой, был предложен в 1936 г. Э.И.Роммом. Для этого контур циркуляции искусственно разделяют на две или три части, называемые отсеками или ступенями испарения.
Более трех ступеней испарения не применяют, т. к. это существенно усложняет конструкцию парогенератора, а получаемый выигрыш в чистоте пара по мере возрастания числа ступеней падает. Для энергетических котлов число ступеней испарения, как правило, два.
В первый отсек выделяется основная группа контуров циркуляции, которая присоединяется к части или ко всему барабану. Во второй отсек выделяется небольшая группа контуров циркуляции, которая присоединяется либо к части барабана, либо к выносным циклонам. Парообразующие поверхности отдельных отсеков между собой не сообщаются. Питательная вода поступает в первый (чистый) отсек. Питание второго (солевого) отсека происходит котловой водой первого отсека. Продувка парогенератора всегда организуется из последнего отсека. Поступление воды из одного отсека в другой происходит по специальным водоперепускным трубам. Такой режим называют режимом с внутренней продувкой. Переток воды по водоперепускным трубам в нужном направлении обеспечивается разностью уровней воды по обеим сторонам перегородки в барабане.
Общая паропроизводительность парогенератора со ступенчатым испарением складывается из паропроизводительности всех отсеков.
На рисунке ниже приведена схема двухступенчатого испарения без выносных циклонов.
Водяной объем барабана разделен на два отсека несколько выступающей над уровнем воды перегородкой. В нижней части перегородки находится короткая водоперепускная труба. Контуры циркуляции, подсоединенные к чистому и солевому отсекам разделены между собой глухой перегородкой в нижнем коллекторе.
Производительность солевого отсека зависит от конструктивных особенностей котла и в еще большей степени от качества питательной воды. Для барабанных котлов среднего давления подпиточная вода готовится по схемам умягчения и чистый отсек включает порядка 65 % объема барабана и все боковые экраны. Если же подпитка пароводяного контура производится обессоленной водой и питательная вода имеет очень низкое солесодержание, производительность солевого отсека не превышает 3-5%.
В связи с повышенной концентрацией солей в котловой воде солевых отсеков в контур циркуляции этих отсеков выделяются экранные поверхности с относительно низким тепловым напряжением (как правило, это трубы боковых экранов).
Кратность концентрации солей между отсеками (величина характеризующая эффективность ступенчатого испарения) должна быть не более 10. При более высоких значениях кратности создаются условия для накипеобразования в экранных трубах солевого отсека.
Сопротивление перепускной трубы из чистого отсека в солевой должно быть небольшим, чтобы уровни в них мало отличались. Но малое сопротивление этой трубы способствует периодическим толчкам воды в обратном направлении. Этот так называемый переброс воды из солевого отсека в чистый повышает солесодержание воды чистого отсека, что в свою очередь ведет к ухудшению качества пара, со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.
Для котлов высоких и сверхвысоких давлений подпиточная вода готовится по схемам обессоливания, что позволило повысить качество котловой воды и перейти на организацию солевых отсеков в выносных циклонах.
Современные системы отопления и горячего водоснабжения для предприятий требуют немалых инвестиций. Поэтому в наше время нужно выбирать поставщика оборудования, у которого цены на котельные будут ниже, чем у других.
Когда последняя ступень испарения выполняется с выносными циклонами, переброс ликвидируется практически полностью. Возможность иметь большую разность уровней в барабане и циклоне позволяет делать водоперепускную трубу с большим сопротивлением.
Применение схемы (б) позволяет получить пар более высокого качества за счет промывки пара солевого отсека водой чистого отсека.
Идея ступенчатого испарения, сыгравшая положительную роль для барабанных котлов среднего давления, исчерпала себя еще в 60-ые годы прошлого века в период освоения котлов высокого, а затем сверхвысокого давления.
Дело в том, что вначале оно применялось лишь в тех случаях, когда не удавалось обеспечить солесодержание котловой воды ниже критического за счет разумной величины продувки. Ступенчатое испарение рассматривалось при этом как способ сокращения продувки (внутренняя продувка). Однако вскоре оно стало выполнять свою основную функцию – повышение качества пара, но это было эффективным лишь для котлов среднего и повышенного давления.