Природна циркуляція в парових котлах
Надійна циркуляція води у паровому казані повинна протягом його безперервної експлуатації підтримувати температуру стінок труби в допустимих межах.
Для того щоб ця задача виконувалася добре, тобто, щоб паровий котел працював необмежено довго, необхідно безперервно і достатньо відводити тепло від його поверхні нагріву.
Якщо на якійсь ділянці поверхні нагріву відведення тепла погіршується, то паровий котел буде ненадійний в експлуатації, оскільки температура стіни підвищиться, а міцність металу знизиться.
Перегрів стінки кип'ятильної або екранної труби, внаслідок зниження її механічної міцності, неминуче призведе до появи одуліну, нориці або розриву труби, тобто до аварії. Ці ушкодження наступають або швидко, або повільно, але так чи інакше вони наступають.
Процес природної циркуляції води в паровому котлі не впливає на його економічність, але сильно визначає працездатність кіт-
На надійність циркуляції сильно впливає режим роботи котла. Найчастіше відхилення від нормального режиму створюють ненадійну циркуляцію. При підвищених навантаженнях циркуляція найінтенсивніша, тобто надійна. При зниженому навантаженні котла циркуляція погіршується. Найбільш ненадійна циркуляція при розпалюванні котла.
Циркуляція може порушитись при різкому та довготривалому зниженні тиску пари в котлі. Так, наприклад, якщо в казані низького тиску тиск падає зі швидкістю 0,01-0,02 бар/с, циркуляція порушується. У казанах середнього тиску (до 40-45 бар) порушення циркуляції настає при швидкості падіння тиску 0,15 бар/с.
Допустима швидкість підвищення тиску в котлах високого тиску при навантаженнях вище за середні - не більше 0,5 бар/хв, а при менших навантаженнях - не більше0,25 бар/хв.
Рекомендована швидкість падіння тиску в котлах високого тиску – не більше 2,5-3 бар/хв.
Для забезпечення надійного охолодження стінок кип'ятільних та екранних труб необхідно забезпечити безперервне покриття їх водяною плівкою та відсутність відкладення солей на внутрішній поверхні труб. Виконання цих вимог можливе за умови нормального підведення води до всіх підйомних елементів циркуляційного контуру, чим одночасно забезпечуватиметься і надійна циркуляція.
Відомі такі випадки порушення циркуляції:
1) застій циркуляції (утворення парових пробок);
2) перекидання циркуляції;
3) розшарування пароводяної суміші;
4) кавітація та кипіння в опускних трубах.
Під кавітацією у разі розуміється явище парообразования в опускних трубах внаслідок падіння тиску у вхідному перерізі труби.
Застій та перекидання циркуляції з'являються при нерівномірному обігріві газами труб котла. Якщо підйомний пучок труб котла має нерівномірне обігрів, то це призводить до нерівномірних теплових навантажень і різних значень напорів, що рухаються в окремих трубах.
При перекиданні циркуляції відбувається зміна напрямку руху води у підйомних трубах. Прикладом може бути багаторядна секція водотрубного котла. Відведення в барабан з секції пароводяної суміші загальмоване, оскільки здійснюється по одній трубці. Нижні труби мають більшу теплову навантаження, ніж верхні. При застої та перекиданні циркуляції у верхніх трубках утворюватимуться бульбашки пари, рух яких спрямований вгору, тоді як рідина прагне вниз. Швидкість руху парових бульбашок щодо стінки труби може виявитися рівною нулю, що призведе до перегріву стінки труби та аварії (притемпературі металу > 600 ° С). При температурі менше 600 °С це призведе до швидкої корозії металу із внутрішньої сторони стінки труби.
Щоб уникнути перекидання циркуляції у верхніх трубах, що слабо обігріваються, багатотрубних секцій (розглянутий випадок) рекомендується наступне:
Зменшити нерівномірність обігріву пучка шляхом покращення омивання газами;
Зменшити кількість рядів труб у секції, що створить рівномірне обігрів;
Збільшити переріз парових труб, що підводять і відводять, котла; підняти барабан.
Розшарування пароводяної суміші може відбуватися в горизонтальних або слабо похилих трубах.
При розшаруванні пароводяної суміші бульбашки пари накопичуються у верхній частині стінок труб. Це призводить до погіршення охолодження верхньої частини труби з усіма наслідками.
Це, вперше помічене в прямоточних котлах, було докладно вивчене чл.-кор. АН СРСР, проф. Стириковичем. Дослідження показало, що в трубах з кутом нахилу більше 15° розшарування немає і що ймовірність розшарування збільшується зі збільшенням діаметра труб. Найбільш ймовірно розшарування і суміші при куті нахилу менше 7°.
При вертикальному або круто похилому розташуванні труб і великому відсотковому змісті пара останній може збиратися у великі бульбашки, що рухаються центром труби. Злиття бульбашок може призвести до так званого кернового руху пари. При цьому стінки труби омиваються плівкою води, що все витончується. Охолодження труби буде забезпечене навіть за наявності дуже тонкої плівки води.
Кавітація і кипіння в опускних трубах неприпустимо, оскільки ці явища зменшують рушійний напір циркуляції.
Таким чином, для безаварійної роботи котла на всіх його режимах необхідно забезпечити відсутністьрозглянутих чотирьох явищ і, отже, здійснити безперервний рух води та пароводяної суміші у трубах, що є основою безаварійної роботи.