Примусова циркуляція у парових та водогрійних котлах

Циркуляція води в котлах може бути не тільки природною, а й примусовою, тобто за рахунок напору, що створюється насосом. Зазвичай примусова циркуляція в парових і водогрійних казанах застосовується в тих випадках, коли неможливо здійснити природну циркуляцію води в котлі. Це відбувається з підвищенням тиску, оскільки зі зростанням тиску різниця щільностей воли та пари зменшується. Вважається, що при тисках вище 18 МПа різниця густин недостатня для створення надійної природної циркуляції води в контурі котла.

Швидкість води, що надходить у підйомні труби поверхні нагріву, зазвичай не перевищує 2 м/с. Кратність - примусова циркуляція у парових та водогрійних котлах з багаторазовою примусовою циркуляцією становить 4-6. Надійність циркуляції повністю залежить від циркуляційного насоса, що працює при температурі котлової води: тиску в парогенераторі.

Для рівномірного розподілу води окремими трубами циркуляційного контуру в кожну трубу встановлюється дросельна шайба відповідного розміру. Найбільш слабким місцем циркуляційного насоса є сальникове ущільнення у місці проходу валу через корпус насоса, так як воно має надійно забезпечувати щільність при високих температурі та тиску. Парогенератори з багаторазовою примусовою циркуляцією не знайшли поширення в промислових установках.

У радіаційній поверхні нагріву відбувається перетворення води у вологу насичену пару зі ступенем сухості близько 80%. З цією вологістю пара надходить у перехідну зону, де вона спочатку перетворюється на суху пару, а потім - на слабко перегріту (на 50-60 К). У пароперегрівачі відбувається перегрів пари до заданої температури.

Творцем перших прямоточних котлів у СРСР був проф. Л. К. Рамзії, ідеї якого використовуються в даний час у прямоточних енергетичних котлах, що випускаються.

Всі сучасні теплофікаційні водогрійні казани працюють за прямоточним принципом. Вони включаються безпосередньо в систему теплопостачання, і мережевий насос забезпечує рух води поверхнею нагрівання котла.

При роботі водогрійних прямоточних котлів неприпустиме закипання в них води, оскільки це призводить до гідравлічних ударів і може вивести казан з ладу. Однак небезпечно не тільки загальне закипання води в окремих трубах, що обігріваються, але і поява поверхневого кипіння. Під поверхневим кипінням розуміють утворення бульбашок пари на внутрішній поверхні труб водогрійного котла при середній температурі води нижче температури кипіння. Утворення парових бульбашок на стінках труби можливе лише у разі досягнення стінкою температур, більших температури насичення. Отже, щоб уникнути поверхневого кипіння, необхідний деякий недогрів води до температури насичення при тиску на виході з котла.

Дослідження та розрахунки показали, що щоб уникнути поверхневого кипіння в трубах водогрійного котла необхідна підтримка певних швидкостей води при недогріві її до кипіння на 30-35 К в умовах максимального навантаження.

Досвід експлуатації водогрійних котлів показав, що у трубах опускних панелей при певних швидкостях та теплових навантаженнях відбувається поверхневе кипіння. Це призводить до гідравлічних ударів та відкладення накипу на внутрішніх стінках труб. У той же час невиправдане збільшення швидкості руху води в трубах підвищує гідравлічний опір котла, що може позначитися на нормальній роботі системи теплопостачання (недостатнійнапір мережевих насосів, перевитрата електроенергії на подачу води споживачам). Таким чином, важливо вибрати мінімальні допустимі швидкості руху води, при яких не буде поверхневого кипіння та порушення нормальної роботи котла.

Дослідження та розрахунки показали, що на процес поверхневого кипіння впливає питоме навантаження поверхні нагріву, а також гідравлічні та теплові нерівномірності. Збільшення питомого теплового навантаження труб та висоти екранної панелі потребує підвищення мінімальної допустимої швидкості води в трубах. Нерівномірне обігрів труб продуктами згоряння сприяє збільшенню гідравлічної нерівномірності та змушує підвищувати мінімальні допустимі швидкості води в трубах. Правильний вибір мінімальних допустимих швидкостей води в трубах кожного контуру водогрійного котла забезпечує надійну роботу при мінімальному гідравлічному опорі контуру.

Гідравлічний опір сучасних водогрійних казанів становить 0,1-0,2 МПа при швидкості води в трубах від 1 до 2 м/с. Проектування та вибір гідравлічної схеми котла проводиться з урахуванням умов кожного контуру окремо. Тому швидкість води у різних контурах котла вибирається різною.