КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

В соответствии с законами фазового пере­хода получение перегретого пара характеризуется последовательным протеканием следующих процессов подогрева питательной воды до температуры насыщения, парообразова­ния и, наконец, перегрева насыщенного пара до заданной температуры Эти процессы имеют четкие границы протекания и осуществля­ются в трех группах поверхностей нагрева. Подогрев воды до температуры насыщения происходит в экономайзере, образование па­ра— в парообразующей (испарительной) по­верхности нагрева, перегрев пара—в паропе­регревателе.

В целях непрерывного отвода теплоты и обеспечения нормального температурного ре­жима металла поверхностей нагрева рабочее тело в них — вода в экономайзере, пароводя­ная смесь в парообразующих трубах и пере­гретый пар в пароперегревателе — движется непрерывно. При этом вода в экономайзере и пар в пароперегревателе движутся одно­кратно относительно поверхности нагрева (рис. 1 6). При движении воды в экономайзе­ре возникают гидравлические сопротивления, преодолеваемые напором, создаваемым пита­тельным насосом. Давление, развиваемое пи­тательным насосом, должно превышать дав­ление в начале зоны парообразования на гидравлическое сопротивление экономайзера. Аналогично движение пара в пароперегрева­теле обусловлено перепадом давления, возни­кающим между зоной парообразования и тур­биной.

В парообразующих трубах совместное дви­жение воды и пара и преодоление гидравли­ческого сопротивления этих труб в котлах раз­личных типов организовано по-разному. Раз­личают паровые котлы с естественной цирку­ляцией, с принудительной циркуляцией и прямоточные.

Паровые котлы с естественной циркуля­цией. Рассмотрим работу замкнутого контура (рис 1.6,а), состоящего из двух систем труб: обогреваемых 6 и необогреваемых 4, объеди­ненных вверху барабаном 3, а внизу — кол­лектором 5. Замкнутая гидравлическая систе­ма, состоящая из обогреваемых и необогре­ваемых труб, образует циркуляционный контур Объем барабана, заполненный водой, на­зывают водяным объемом, а занятый паром— паровым объемом. Поверхность, разделяющую паровой и водяной объем, называют зеркалом испарения. Водяной объем барабана и паро­образующие трубы заполнены котловой водой.

В обогреваемых трубах 6 вода закипает, и поэтому они заполнены пароводяной смесью плотность р_н. Необогреваемые трубы 4 запол­нены водой, имеющей плотность р при давле­нии в барабане. Следовательно, нижняя точка контура — коллектор, с одной стороны, под­вержена давлению столба воды, заполняющей необогреваемые трубы, равному Hp'g, а с дру­гой— давлению столба паровотяной смеси, заполняющей обогреваемые трубы, равному Hpyg. Создающаяся в результате образования пара разность давлений Н(р'~p_r,)g вызывает движение в контуре и называется движущим напором естественной циркуляции

S_дв=H(р'-p_n)g, (1.1)

где S_ДВ — движущий напор естественной цир­куляции, Па; Н — высота контура, м р' и р_м— соответственно плотность воды и пароводяной смеси, кг/м³; g — ускорение свободного паде­ния, м/с².

По обогреваемым трубам вверх движется пароводяная смесь, в связи с чем они получи­ли название подъемных труб, а по необогре­ваемым трубам движется вниз вода—это опускные трубы.

Агрегаты, в парообразующих трубах кото­рых движение рабочего тела создается под воздействием напора циркуляции, естественно возникающего при обогреве этих труб, полу­чили название паровых котлов с естественной циркуляцией.

В отличие от движения воды в экономай­зере и пара в пароперегревателе, в которых рабочий процесс заканчивается при однократ­ном прохождении рабочего тела через поверх­ность нагрева, движение рабочего тела в цир­куляционном контуре многократное. Это зна­чит, что в процессе одного цикла прохождения через парообразующие трубы вода испаряется не полностью, а лишь частично и поступает в барабан в виде пароводяной смеси. При естественной циркуляции массовое паросодержание на выходе из парообразующих труб составляет 3—25%. При паросодержании на выходе, равном, например, 20%, для полного испарения вола должна совершить движение через контур циркуляции пять раз.

Поскольку процесс образования пара про­исходит непрерывно и питательная вода в ба­рабан также поступает непрерывно в соответ­ствии с расходом пара, в контуре все время циркулирует вода и количество се не изме­няется. Отношение массового расхода цирку­лирующей воды G_B, кг/с, к количеству обра­зовавшегося пара в единицу времени С„, кг/с, называется кратностью циркуляции

k=G_B/G_u. (1 2)

В котлах с естественной циркуляцией крат­ность циркуляции находится в пределах 4—30 и более.

В парообразующих трубах можно органи­зовать движение рабочего тела принудитель­но, например насосом, включенным в контур циркуляции. Такие агрегаты получили назва­ние котлов с многократной принудительной циркуляцией (рис. 1.6,6). Движущий напор циркуляции в этом случае в несколько раз превышает движущий напор при естественной циркуляции. Это позволяет расположить паро­образующие трубы любым образом, исходя из условий конструирования котла, и организо­вать в нем циркуляцию не только с вертикальным подъемным движением, но также с гори­зонтальным и даже опускным движением па­роводяной смеси. В паровых котлах этого типа кратность циркуляции составляет 3—10.

Отличительной особенностью паровых кот­лов с естественной и многократной принуди­тельной циркуляцией является наличие бара­бана— емкости, позволяющей организовать циркуляцию в замкнутой гидравлической си­стеме и обеспечить отделение воды от пара. Барабан фиксирует все зоны котла: экономайзерную, парообразующую и пароперегревательную.

Барабанные котлы работают при докритическом давлении (ДКД), p<p_кр.

Прямоточные паровые котлы не имеют ба­рабана, и через парообразующие трубы рабо­чее тело проходит однократно (рис. 1.6,0), так что кратность циркуляции k=l. Прямоточный котел представляет собой разомкнутую гид­равлическую систему. Отличительной особен­ностью прямоточных котлов также является отсутствие четкой фиксации экономайзерной, парообразующей и пароперегревательной зон. В парообразующих поверхностях нагрева пря­моточных котлов происходит безостановочное превращение воды в пар. Прямоточные котлы работают на ДКД и сверхкритическом давле­нии (СКД), р≡р_кр.

В паровых котлах с комбинированной цир­куляцией (рис. 1.6,г) при пуске обратный кла­пан 10 открыт и агрегат работает по схеме (рис. 1.6,6). При достижении определенной нагрузки циркуляционный насос отключается, обратным клапан автоматически закрывается и паровой котел переключается на работу по прямоточной схеме (рис. 1 6,в).