Паровые котлы с естественной циркуляцией

Отличительной конструктивной особенностью такого котла является наличие барабана (рис. 1.6, а), выполняющего роль сепаратора пара из потока пароводяной смеси, поступающей в него из парогенерирующих труб топочных экранов. Рис. 1.6. Схемы водопарового тракта котла: а - барабанного с естественной циркуляцией; б - барабанного с принудительной циркуляцией; в - прямоточного; ПН - питательный насос; РПК - регулятор питания котла; ЭК - экономайзер; ТЭ - топочные экраны; ПЕ - пароперегреватель; пе - перегретый пар; ОП - опускные трубы; НПЦ - насос принудительной циркуляции; Б - барабан.

Барабан котла вместе с системой необогреваемых опускных труб, выходящих из него, и подъемных (экранных) труб внутри топочной камеры образует замкнутый циркуляционный контур, в котором при горении топлива в топке организуется движение воды (опускные трубы) и пароводяной смеси (подъемные трубы). Движение рабочей среды происходит за счет возникновения естественного напора, определяемого разностью гидростатических давлений массы воды и пароводяной смеси в опускных и подъемных трубах и называемого движущим напором естественной циркуляции (см. рис. 1.2а, б и в, г)

(1.1)

где ρ_ОП, ρ_СМ-соответствующая плотность воды в опускных трубах и средняя плотность пароводяной смеси в подъемных трубах, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с²; Н_П - высота паросодержащей части контура, м. При относительно небольшой разности плотностей воды и пароводяной смеси ρ_оп– ρ_см необходимый движущий напор получают увеличением в высоту Н_п контура циркуляции.

Возникающий в контуре циркуляции движущий напор S_дв (Н/м² ≡ Па) обеспечивает движение рабочей среды в подъемных трубах с небольшой скоростью (около 1 м/с), при этом за один проход через подъемные трубы происходит частичное испарение воды (от 0,03 до 0,25 кг/кг), поэтому полное испарение исходного 1 кг воды произойдет при многократном прохождении контура. Отношение массового расхода циркулирующей воды G₀, кг/с, к количеству образовавшегося пара в единицу времени D, кг/с, называется кратностью циркуляции

В паровых котлах с естественной циркуляцией кратность циркуляции обычно составляет от 10 до 30. Таким образом, расход воды в контуре циркуляции в k_Цраз больше паропроизводительности котла.

В барабанном котле с естественной циркуляцией начальный перегрев пара обычно производят в радиационном потолочном перегревателе, экранирующем весь потолок над топкой и горизонтальным газоходом, после чего пар поступает в полурадиационный (ширмовый) или конвективные змеевиковые пакеты перегревателя, расположенные в горизонтальном газоходе.

Общее сопротивление водопарового тракта барабанного котла определяется гидравлическим сопротивлением при движении воды в трубах экономайзера от входного коллектора до поступления воды в барабан котла - ΔР_ЭК = 0,05Р_П.П в сумме с сопротивлением тракта пароперегревателя от барабана до выхода перегретого пара из котла - ΔР_ПЕ = (0,1…0,15)Р_П.П, где Р_П.П- давление перегретого пара за котлом, МПа.