Паровые котлы с естественной циркуляцией

Отличительной конструктивной особенностью котла с естественной циркуляцией является наличие барабана, выполняющего роль сепаратора пара из потока пароводяной смеси. Барабан котла вместе с системой необогреваемых опускных труб, и подъемных (экранных) труб образует замкнутый циркуляционный контур, в котором при горении топлива в топке организуется движение воды и пароводяной смеси (см. рисунок 2.2).

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. рисунок 2.3):

, (2.1)

где Н_п - высота паро-содержащей части контура, м;

r_оп, r_см - соответствующая плотность воды в опускных трубах и средняя плотность пароводяной смеси в подъемных трубах, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с².

1-барабан; 2-топочная камера; 3-горелка;
4 - первичная пылевоздушная смесь;
5 - топочные экраны; 6 – фестон; 7 - опускные трубы; 8 - коллектор; 9,10 - I-я и II-я ступень водяного экономайзера; 11 - трубопровод;
12-паропровод; 13-конвективный паропере-греватель; 14-пароохладитель; 15- ширмовый пароперегреватель; 16 - I-я ступень воздухо-подогревателя; 18 - промежуточный паро-перегреватель; 19 - подача холодного воздуха; 20 - уходящие газы; 21- радиа-ционный пароперегреватель; 22 – отводящие трубы; 23 - пар на турбину; 24–шлаковая ванна; 25 - канал гидрошлакоудаления;
26 - горизонтальный газоход; 27 - поворотная камера; 28 - конвективная шахта; 29 - горячий воздух.

Рисунок 2.2 - Схема котла с естественной циркуляцией

Возникающий в контуре циркуляции движущий напор обеспечивает движение рабочей среды в подъемных трубах со скоростью порядка 1 м/с.

При этом за один проход через подъемные трубы происходит частичное испарение воды (0,25 кг/кг), поэтому полное испарение исходного
1 кг воды произойдет при многократном прохождении контура.

Отношение массового расхода циркулирующей воды к количеству образовавшегося пара в единицу времени - называется кратностью циркуляции:

k_ц = G_в/ G_п (2.2)

В паровых котлах с естественной циркуляцией k_ц составляет от 10 до 30.

Недостатком котлов с естественной циркуляцией является - нарушение циркуляции при D/D_ном<40 %, что приводит к снижению кратности циркуляции и паропроизводительности.

Гидродинамика контура естественной циркуляции.

Движущий напор расходуется на преодоление сопротивления опускных и подъёмных труб: S_пол=S_дв-∆Р_под, Þ основное уравнение циркуляции: S_дв=∆Р_под.. Контур естественной циркуляции может быть: простым, сложным.

Характеристики простого контура естественной циркуляции.

1) W_o= – скорость циркуляции;

2) По определяется G_воды => → → .

3) S_пол=S_дв– ∆Р_под = S_дв – ;

4) ∆Р_под = .