Читайте также:
- Атмосферная циркуляция и зональность увлажнения
- Общая циркуляция атмосферы
- Рециркуляция продуктов сгорания
- Циркуляция вектора В для магнитного поля в вакууме
- Циркуляция вектора для магнитного поля в вакууме
- Энтерогепатическая циркуляция желчных кислот
Надёжная работа парового котла возможна при условии непрерывного отвода теплоты, передаваемой газами поверхности нагрева. Теплота отводится нагреваемой средой, т.е. водой, паром или пароводяной смесью. Хороший отвод теплоты нагреваемой средой обеспечивается при правильной организации циркуляции.
Циркуляция– многократное движение воды по замкнутому контуру.
Контур циркуляции – замкнутая система непрерывного движения воды и пароводяной смеси по трубам, подключённым к паровому и водяным коллекторам котла.
Непрерывное движение воды и пароводяной смеси в циркуляционном контуре водотрубного котла осуществляется вследствие разности их плотностей (естественная циркуляция) или с помощью циркуляционных насосов (принудительная циркуляция).
Контуры циркуляции бывают независимыми и смешанными. У независимого контура циркуляции опускные трубы обслуживают только свой контур, а у смешанного – опускные трубы питают водой подъёмные трубы нескольких контуров.
| Рис. 6.1 Водотрубный котёл с двумя независимыми контурами |
В водотрубном паровом котле (рис. 6.1) вода из пароводяного коллектора 4 по опускным трубам 2 и 5, наиболее удалённым от топки и получающим меньше теплоты, поступает в водяные коллекторы 1 и 7. Опускные трубы 5 являются обогреваемыми, 2 – необогреваемыми. Первые получают теплоту, идущую на подогрев воды, а вторые теплоту практически не получают. Трубы 6 конвективного пучка и трубы 3 экрана, воспринимающие больше теплоты, являются подъёмными – по ним движется в коллектор 4 образующаяся пароводяная смесь. В пароводяном коллекторе происходит разделение пара и воды, смешение питательной воды с котловой и организация поступления воды в опускные трубы. У большинства котлов все конвективные пучки труб подъёмные, а опускные необогреваемые трубы размещаются за первым рядом бокового экрана или в воздушных коробах фронта котла, т.е. вне топки.
Во вспомогательном огнетрубном котле и утилизационном газотрубном котле, относящихся к котлам с неорганизованной циркуляцией, процесс циркуляции осуществляется благодаря восходящим потокам на участках поверхностей нагрева наиболее обогреваемых и нисходящим потокам – на необогреваемых или слабообогреваемых участках.
Расход воды через циркуляционный контур превышает количество образующегося в нём пара.
Кратность циркуляции – отношение расхода циркулирующей воды к паропроизводительности контура:
kц = 
.
Кратность циркуляции показывает, сколько раз должна пройти по контуру определённая масса воды, чтобы полностью превратиться в пар.
kц = 20 – 70 в ГК
kц = 20 – 40 в ВК
kц = 2 – 10 в УК с принудительной циркуляцией.
Движущий напор циркуляции – разность масс столбов воды и пароводяной смеси соответственно в опускных и подъёмных трубах контура.
Рис. 6.2 Контур циркуляции:
|
Высота подъёмной трубы складывается из экономайзерного участка hэ (рис. 6.2), в котором вода, поступающая из водяного коллектора, доводится до кипения, и участка hп, называемого высотой паросодержащей части. На участке hп происходит парообразование и восходящее движение пароводяной смеси. Движущий напор зависит от высоты паросодержащей части и разности плотностей воды и пароводяной смеси, находящихся практически при одинаковой температуре.
Полезный напор циркуляции – разность между значениями движущего напора и сопротивлений движению в подъёмных трубах.
Скорость циркуляции – скорость входа воды в подъёмные трубы контура [т/ч]. В зависимости от расположения пучков труб по отношению к источнику теплоты значения скорости циркуляции составляют 0,3 – 1,5 м/с.
Застой циркуляции – замедление или прекращение движения пароводяной смеси вверх. Это явление возникает в случае неравномерного обогрева или загрязнения парообразующих труб, расположенных в одном ряду. При застое циркуляции в менее нагретых трубах образуется свободный уровень воды. По участку труб, расположенному выше свободного уровня, будет медленно двигаться пар, а не пароводяная смесь. Нормального отвода теплоты от стенки обогреваемой трубы не будет и произойдёт аварийный перегрев металла.
Опрокидывание циркуляции – явление, при котором в подъёмных трубах, получающих по сравнению с другими трубами ряда меньше теплоты, происходит выделение пара и его подъём с одновременным опусканием воды. Причины и последствия опрокидывания те же, что и при застое циркуляции.
В горизонтальных трубах и трубах с небольшим уклоном к горизонту возможно расслоение пароводяной смеси. При движении пароводяной смеси с небольшой скоростью пар, имеющий меньшую плотность, чем вода, поднимается и отделяется от воды, в результате чего возникает раздельное движение по трубе воды и пара. Это приводит к перегреву участков труб, омываемых паром. Расслоение пароводяной смеси усиливается с увеличением диаметра труб, снижением скорости движения среды, повышением давления пара.
Кавитация – явление, при котором во входном сечении опускной трубы происходит парообразование. Оно может наступить, если статическое давление в этом сечении окажется меньше давления в пароводяном коллекторе. При кавитации нарушается нормальное поступление воды в опускные трубы, следовательно, и в подъёмные. Образующиеся паровые пузырьки и их конденсация вызывают в трубах гидравлические удары, которые могут быть причиной образования трещин в трубах. Для предотвращения кавитации следует поддерживать уровень воды в пароводяном коллекторе не менее чем на 50 ммвыше верхней кромки входного сечения опускных труб.
С целью обеспечения надёжной циркуляции необходимо содержать в чистоте поверхности нагрева, не допускать резких колебаний давления пара, поддерживать нормальный уровень воды в пароводяном коллекторе, особенно при качке, а также не допускать модернизационных мероприятий без предварительной оценки надёжности циркуляции для нового варианта котла.
Дата добавления: 2015-06-27 ; Просмотров: 5331 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Циркуляцией воды называется движение воды по замкнутому контуру. В состав контура циркуляции, в общем случае, входят такие конструктивные элементы котлов, как барабаны, коллекторы, обогреваемые и необогреваемые трубы поверхностей нагрева. Вода может проходить по контуру многократно либо однократно, двигаясь через поверхности нагрева от входа к выходу.
В зависимости от причин, которые вызывают движение воды циркуляция подразделяется на естественную и принудительную.
Естественная циркуляция осуществляется в паровых котлах, так как движущий напор в контуре создается разностью плотностей воды и пара. При этом каждый кг воды может постепенно превращаться в пар, многократно проходя через контур, либо превращаться в пар за один проход через поверхность нагрева.
Принудительная циркуляция воды производится с помощью насоса. Она применяется в водогрейных котлах и водяных экономайзерах и является прямоточной.
При любом виде циркуляции и способах ее организации вода и пар, образующийся в контуре, должны надежно охлаждать металл, что необходимо для безаварийной работы котлов.
Естественная циркуляция воды в паровых котлах. Рассмотрим принцип действия естественной циркуляции на примере контура циркуляции бокового экрана топки (рис. 10).
Рис. 10. Схема простейшего контура естественной циркуляции:
1 – коллектор; 2 – опускная труба; 3 – верхний барабан; 4 – экранные (подъемные ) трубы.
Питательная вода вводится в верхний барабан котла 3. Из него вода опускается по опускной трубе 2 и входит в коллектор 1. На этом участке контура теплота к воде не подводится (труба теплоизолирована шамотной стенкой) и температура воды остается ниже температуры насыщения при данном давлении пара в котле.
Из коллектора вода поступает в обогреваемые трубы экрана 4 и, поднимаясь по ним, нагревается до кипения, кипит и частично превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная смесь вводится в барабан, где разделяется на воду и пар. Пар покидает котел, а вода смешивается с питательной водой и вновь поступает в контур циркуляции.
Участок подъемных труб, где вода нагревается до кипения, называется экономайзерным, а содержащий пар – паросодержащим. Высота последнего в несколько раз превышает высоту экономайзерного участка.
На экономайзерном участке вода движется с постоянной скоростью, а на паросодержащем участке она постоянно возрастает, так как количество образующегося пара в подъемных трубах непрерывно увеличивается. Скорость, которую вода имеет на экономайзерном участке, называется скоростью циркуляции. По причине своего постоянства скорость циркуляции является одной их важных характеристик естественной циркуляции. Ее величина составляет, примерно, 0,5 – 1,5 м/с.
Наличие в контуре участков со средами, имеющие разные плотности, создает в контуре разность давлений или движущий напор циркуляции. Давление в опускных трубах создается столбом воды с плотностью rВ, а в подъемных трубах – столбом воды и пароводяной смеси с плотностью rСМ. Поэтому более плотная среда вытесняет менее плотную и в контуре создается круговое движение воды. Величина движущего напора определяется зависимостью вида:
где hПАР – высота паросодержащего участка подъемных труб; g – ускорение свободного падения.
Из выражения движущего напора следует, что для циркуляции недостаточно иметь среды с разной плотностью. Необходимо также, чтобы паросодержащие трубы располагались вертикально.
За один проход по контуру только часть воды превращается в пар. Поэтому для характеристики интенсивности испарения воды используется понятие кратности циркуляции:
k = М /Д, (7.2)
где М – расход воды через опускную трубу, кг/ч; Д – количество пара, образующегося в обогреваемых трубах, кг/ч.
Таким образом, кратность циркуляции показывает, сколько раз один кг воды должен пройти через контур, чтобы превратиться в пар. Для экранов k = 50 – 70, для конвективных пучков k = 100 – 200.
Величина, обратная кратности циркуляции, характеризует степень сухости влажного пара х = 1/k. Отсюда можно сделать вывод о том, что в экранах образуется пароводяная смесь, содержащая не более 0,02 или 2 % пара. Поэтому даже самые теплонапряженные поверхности нагрева котлов, которыми являются экраны, надежно смачиваются и охлаждаются водой.
В конвективных пучках все трубы обогреваются газами, температура которых при прохождении через пучок непрерывно снижается. Поэтому в кипятильных трубах по ходу движения газов паросодержание также уменьшается, а плотность пароводяной смеси возрастает. Наличие в трубах пучка пароводяной смеси с разной плотностью создает движущий напор, который движит воды по следующей схеме: из верхнего барабана вода поступает в задние трубы пучка и по ним поступает в нижний барабан котла; из барабана вода входит в остальные трубы пучка и вместе с паром поступает в верхний барабан.
Принудительная циркуляция. Принудительная циркуляция применяется в водогрейных котлах, а также в экономайзерах паровых котлов. Движение воды по трубам поверхностей нагрева производит насос. Вода входит в поверхности нагрева холодной, а покидает ее горячей, совершая в котле прямоточное движение. Кратность циркуляции воды равна единице.
Для создания прямоточного движения воды поверхности нагрева котлов изготавливаются в виде отдельных панелей, которые соединяются между собой последовательно или параллельно. Панель выполняется из одного ряда труб, концы которых замкнуты на нижний (распределительный) и верхний (собирающий) коллекторы. При этом трубы могут иметь как прямую (в основном), так и змеевиковую конфигурацию.
При параллельном подсоединении труб к коллекторам вода проходит по трубам неодинаковыми расходами, что обусловлено различиями в гидравлических сопротивлениях труб и неравномерным обогревом труб газами. Поэтому в отдельные трубы воды поступает меньше, чем это нужно для надежного охлаждения металла. Возможно даже вскипание воды в отдельных трубах, что еще в большей степени уменьшает поступление воды в такие трубы.
Движение воды в трубах может быть как подъемным, так и опускным. Однако во избежание вскипания воды ее скорость принимается не менее 0,5–1 м/с. По тем же причинам перепад давления воды в котлах не должен быть более 0,2 МПа.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Надежная циркуляция воды в паровом котле должна в течение его непрерывной эксплуатации поддерживать температуру стенок трубы в допустимых пределах.
Для того чтобы эта задача выполнялась хорошо, т. е., чтобы паровой котел работал неограниченно долго, необходимо непрерывно и в достаточном количестве отводить тепло от его поверхности нагрева.
Если на каком-нибудь участке поверхности нагрева отвод тепла ухудшается, то паровой котел будет ненадежен в эксплуатации, так как температура стенки повысится, а прочность металла понизится.
Перегрев стенки кипятильной или экранной трубы, вследствие понижения ее механической прочности, неизбежно приведет к появлению одулины, свища или разрыву трубы, т. е. к аварии. Эти повреждения наступают либо быстро, либо медленно, но так или иначе, они наступают.
Процесс естественной циркуляции воды в паровом котле не влияет на его экономичность, но в сильной степени определяет работоспособность кот-
На надежность циркуляции в сильной степени влияет режим работы котла. Зачастую отклонения от нормального режима создают ненадежную циркуляцию. При повышенных нагрузках циркуляция наиболее интенсивна, т. е. надежна. При пониженных нагрузках котла циркуляция ухудшается. Наиболее ненадежна циркуляция при растопке котла.
Циркуляция может нарушиться при резком и долговременном понижении давления пара в котле. Так, например, если в котле низкого давления давление падает со скоростью 0,01-0,02 бар/с, то циркуляция нарушается. В котлах среднего давления (до 40-45 бар) нарушение циркуляции наступает при скорости падения давления 0,15 бар/с.
Допустимая скорость повышения давления в котлах высокого давления при нагрузках выше средних — не более 0,5 бар/мин, а при меньших нагрузках — не более 0,25 бар/мин.
Рекомендуемая скорость падения давления в котлах высокого давления — не более 2,5-3 бар/мин.
Для обеспечения надежного охлаждения стенок кипятильных и экранных труб необходимо обеспечить непрерывное покрытие их водяной пленкой и отсутствие отложения солей на внутренней поверхности труб. Выполнение этих требований возможно при условии нормального подвода воды ко всем подъемным элементам циркуляционного контура, чем одновременно будет обеспечиваться и надежная циркуляция.
Известны следующие случаи нарушения циркуляции:
1) застой циркуляции (образование паровых пробок);
2) опрокидывание циркуляции;
3) расслоение пароводяной смеси;
4) кавитация и кипение в опускных трубах.
Под кавитацией в данном случае понимается явление парообразования в опускных трубах вследствие падения давления во входном сечении трубы.
Застой и опрокидывание циркуляции появляются при неравномерном обогреве газами труб котла. Если подъемный пучок труб котла имеет неравномерный обогрев, то это приводит к неравномерным тепловым нагрузкам и различным значениям движущихся напоров в отдельных трубах.
При опрокидывании циркуляции происходит изменение направления движения воды в подъемных трубах. Примером может служить многорядная секция водотрубного котла. Отвод в барабан из секции пароводяной смеси заторможен, так как осуществляется по одной трубке. Нижние трубы имеют большую тепловую нагрузку, чем верхние. При застое и опрокидывании циркуляции в верхних трубках будут образовываться пузыри пара, движение которых направлено вверх, в то время как жидкость стремится вниз. Скорость движения паровых пузырей относительно стенки трубы может оказаться равной нулю, что приведет к перегреву стенки трубы и к аварии (при температуре металла > 600 °С). При температуре менее 600 °С это приведет к быстрой коррозии металла с внутренней стороны стенки трубы.
Во избежание опрокидывания циркуляции в верхних слабообогреваемых трубах многотрубных секций (рассмотренный случай) рекомендуется следующее:
Уменьшить неравномерность обогрева пучка путем улучшения омывания газами;
Уменьшить число рядов труб в секции, что создаст равномерный обогрев;
Увеличить сечение подводящих и отводящих паровых труб котла; поднять барабан.
Расслоение пароводяной смеси может происходить в горизонтальных либо слабо наклонных трубах.
При расслоении пароводяной смеси пузыри пара скапливаются у верхней части стенок труб. Это приводит к ухудшению охлаждения верхней части трубы со всеми вытекающими последствиями.
Это явление, впервые замеченное в прямоточных котлах, было подробно изучено чл.-корр. АН СССР, проф. Стыриковичем. Исследование показало, что в трубах с углом наклона больше 15° расслоения не наблюдается и что вероятность расслоения увеличивается с увеличением диаметра труб. Наиболее вероятно расслоение и в смеси при угле наклона меньше 7°.
При вертикальном или круто наклонном расположении труб и большом процентном содержании пара последний может собираться в большие пузыри, которые движутся по центру трубы. Слияние пузырей может привести к так
называемому керновому движению пара. При этом стенки трубы омываются все утончающейся пленкой воды. Охлаждение трубы будет обеспечено даже при наличии очень тонкой пленки воды.
Кавитация и кипение в опускных трубах недопустимо, так как оба эти явления уменьшают движущий напор циркуляции.
Таким образом, для безаварийной работы котла на всех его режимах необходимо обеспечить отсутствие рассмотренных четырех явлений и, следовательно, осуществить непрерывное движение воды и пароводяной смеси в трубах, что является основой безаварийной работы.