Принудительная циркуляция в паровых и водогрейных котлах

Принудительная циркуляция в паровых и водогрейных котлах

Циркуляция воды в котлах может быть не только естественной, но и принудительной, т. е. за счет напора, создаваемого насосом. Обычно принудительная циркуляция в паровых и водогрейных котлах применяется в тех случаях, когда невозможно осуществить надежную естественную циркуляцию воды в котле. Это происходит с повышением давления, так как с ростом давления разность плотностей волы и пара уменьшается. Считается, что при давлениях выше 18 Мпа разность плотностей недостаточна для создания надежной естественной циркуляции воды в контуре котла.

Принудительная циркуляция в паровых и водогрейных котлах осуществляет движение воды в пароводяной смеси по испарительной поверхности нагрева осуществляется специальным циркуляционным насосом (схема циркуляции показана на рис. 6-2). Питательная вода через водяной экономайзер подается в барабан котла, из которого она забирается циркуляционным насосом и направляется в нижние коллекторы экранов и нижние коллекторы конвективной поверхности нагрева, распределяясь по параллельно включенным подъемным трубам. Из труб пароводяная эмульсия поступает в барабан котла, в котором происходит отделение пара от воды. Затем пар из барабана поступает в пароперегреватель и из него в паропровод потребителей.

Скорость воды, поступающей в подъемные трубы поверхности нагрева, обычно не превышает 2 м/с. Кратность - принудительная циркуляция в паровых и водогрейных котлах с многократной принудительной циркуляцией составляет 4-6. Надежность циркуляции целиком зависит от циркуляционного насоса, работающего при температуре котловой воды: и давлении в парогенераторе.

Для равномерного распределения воды по отдельным трубам циркуляционного контура в каждую трубу устанавливается дроссельная шайба соответствующего размера. Наиболее слабым местом циркуляционного насоса является сальниковое уплотнение в месте прохода вала через корпус насоса, так как оно должно надежно обеспечивать плотность при высоких температуре и давлении. Парогенераторы с многократной принудительной циркуляций не нашли распространения в промышленных установках.

Принудительная циркуляция в паровых и водогрейных котлах может быть осуществлена также по прямоточному принципу, который применяется в па­ровых и водогрейных котлах. В прямоточном паровом котле вода проходит все стадии, вплоть до получения перегретого пара, в одном змеевике, как это схематично показано на рис. 6-3. Из схемы ясно, что превращение воды в пар в прямоточных котлах происходит при однократном прохождении воды по испарительной поверхности нагрева. Для уменьшения гидравлического сопротивления парогенератора параллельно включают ряд труб. При этом по пути движения воды устанавливают коллекторы, которые всю поверхность нагрева делят на отдельные части: водяной экономайзер, радиационную часть, переходную зону, пароперегреватель.

В водяном экономайзере вода нагревается до температуры, на 50-60 К меньшей температуры насыщения, и затем поступает в радиационную часть. Это обеспечивает равномерное распределение ее по отдельным параллельно включенным змеевикам радиационной поверхности нагрева.

В радиационной поверхности нагрева происходит превращение воды во влажный насыщенный пар со степенью сухости около 80%. С этой влажностью пар поступает в переходную зону, где он сначала превращается в сухой пар, а затем - в слабо перегретый (на 50-60 К). В пароперегревателе происходит перегрев пара до заданной температуры.

Создателем первых прямоточных котлов в СССР был проф. Л. К. Рамзии, идеи которого используются в настоящее время в выпускаемых прямоточных энергетических котлах.

Все современные теплофикационные водогрейные котлы работают по прямоточному принципу. Они включаются непосредственно в систему теплоснабжения, и сетевой насос обеспечивает движение воды по поверхности нагрева котла.

При работе водогрейных прямоточных котлов недопустимо закипание в них воды, так как это приводит к гидравлическим ударам и может вывести котел из строя. Однако опасно не только общее закипание воды в отдельных обогреваемых трубах, но и появление поверхностного кипения. Под поверхностным кипением понимают образование пузырьков пара на внутренней поверхности труб водогрейного котла при средней температуре воды ниже температуры кипения. Образование паровых пузырей на стенках трубы возможно только в случае достижения стенкой температур, больших температуры насыщения. Следовательно, во избежание поверхностного кипения необходим некоторый недогрев воды до температуры насыщения при давлении на выходе из котла.

Исследования и расчеты показали, что во избежание поверхностного кипения в трубах водогрейного котла необходимо поддержание определенных скоростей воды при недогреве ее до кипения на 30-35 К в условиях максимальной нагрузки.

Опыт эксплуатации водогрейных котлов показал, что в трубах опускных панелей при определенных скоростях и тепловых нагрузках происходит поверхностное кипение. Это приводит к гидравлическим ударам и отложению накипи на внутренних стенках труб. В то же время неоправданное увеличение скорости движения воды в трубах повышает гидравлическое сопротивление котла, что может отразиться на нормальной работе всей системы теплоснабжения (недостаточный напор сетевых насосов, перерасход электроэнергии па подачу воды потребителям). Таким образом, важно выбрать минимальные допустимые скорости движения воды, при которых не будет поверхностного кипения и нарушения нормальной работы котла.

Исследования и расчеты показали, что на процесс поверхностного кипения оказывает влияние удельная нагрузка поверхности нагрева, а также гидравлические и тепловые неравномерности. Увеличение удельной тепловой нагрузки труб и высоты экранной панели требует повышения минимальной допустимой скорости воды в трубах. Неравномерный обогрев труб продуктами сгорания способствует увеличению гидравлической неравномерности и вынуждает повышать минимальные допустимые скорости воды в трубах. Правильный выбор минимальных допустимых скоростей воды в трубах каждого контура водогрейного котла обеспечивает надежную его работу при минимальном гидравлическом сопротивлении контура.

Гидравлическое сопротивление современных водогрейных котлов составляет 0,1-0,2 МПа при скорости воды в трубах от 1 до 2 м/с. Проектирование и выбор гидравлической схемы котла производится исходя из условий работы каждого контура в отдельности. Поэтому скорость воды в разных контурах котла выбирается различной.