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 = .

Паровые котлы с принудительной циркуляцией

В парообразующих трубах можно организовать принудительное движение рабочей среды за счет специального насоса, установленного на опускных трубах - циркуляционный насос (см. рисунок 2.4). Движущий напор циркуляции в этом случае в несколько раз превышает напор естественной циркуляции. Это позволяет увеличить скорость движения и располагать парообразующие трубы в топке любым образом (наклонно, горизонтально), исходя из размещения котла в ограниченных по высоте помещениях, и более удобно его конструировать. При этом повышается надежность циркуляции рабочей среды. Однако значительным оказывается расход электроэнергии на привод насоса принудитель-ной циркуляции, поэтому в этом случае уменьшается значение k_ц=3¸5.

 

 

1 – экономайзер; 2 – барабан;
3 - опускные трубы; 4-цирку-ляционный насос; 5 – раздача воды по контурам циркуляции;
6 – испарительные радиационные поверхности нагрева; 7- фестон;
8- пароперегреватель; 9 – регене-ративный воздухоподогреватель.

Рисунок 2.4 – Схема котла с принудительной циркуляцией

Прямоточный паровой котел

Прямоточный котел (на примере котла Рамзина) характеризуется последовательным включением и однократным прохождением рабочей средой всех поверхностей нагрева (см. рисунок 2.5). Вода, поступающая в экономайзер, проходит прямотоком одним ходом все поверхности, включая топочные экраны, полностью испаряется, и затем перегретый пар, по паропроводу направляется к турбине. В такой конструкции котла в общем случае отсутствует четкое разделение экономайзерной, парообразующей и перегревательной поверхностей. Поэтому при переменных режимах работы изменяется положение границ между поверхностями нагрева, что влияет на выходные параметры пара и, прежде всего на его температуру. Поддержание параметров пара обеспечивается постоянным соотношением между расходом топлива и расходом воды. В связи с этим прямоточный котел требует применения более совершенной быстродействующей системы автоматического регулирования расходов топлива и воды.

При движении воды и пара в трубах возникает гидравлическое сопротивление, которое преодолевается избыточным напором питательного насоса. Приближенно полное гидравлическое сопротивление рабочего тракта прямоточного котла сверхкритического давления (СКД) составляет ∆p_пк=(0,2¸0,25)*p_пп. Поверхность экономайзера в конвективной шахте обеспечивает нагрев поступающей питательной воды до температуры, близкой к насыщению. После прохождения поверхности экономайзера питательная вода поступает в нижние коллекторы топочных экранов. Окончательный догрев воды до кипения происходит в топочном экране.

Полное экранирование стен топочной камеры достигается в этом случае соединением нескольких самостоятельных панелей из труб, по которым организуется последовательное движение рабочей среды.

 

 

Рисунок 2.5 - Схема прямоточного парового котла

По высоте топочная камера разделяется на две или три части с перемешиванием потока рабочей среды (выравниванием температур). В прямоточном котле экранируются панелями из пароперегревательных труб также боковые стены горизонтального газохода, поворотной камеры и потолочное перекрытие котла, после чего пар на котлах большой мощности поступает в полурадиационную (ширмовую) поверхность, расположенную в горизонтальном газоходе, и затем в выходную конвективную поверхность, откуда перегретый пар направляется в паровую турбину. Отсутствие процесса отделения пара от воды в рабочем тракте котла позволяет использовать котел не только при докритическом, но и при сверхкритическом давлении рабочей среды.

Компоновка паровых котлов

По конструкции в типовом паровом котле выделяются следующие основные элементы: топочная камера (топка), горизонтальный газоход, конвективная шахта. Компоновка КУ бывает П, Г, Т, U - образная, башеная, полубашенная и многоходовая (см. рисунок 2.6).

а) П – образная, б) Г – образная, в) Т – образная, г) – U – образная,

д) башенная, е) полубашенная, ж) многоходовая.

 

Рисунок 2.6 – Основные компоновки КУ

 

При сжигании мазута, природного газа используют П и Г -образные компоновки котлов. При сжигании твердых топлив: П и Г - образные компоновки применяют в котлах D£1600 т/ч; Т -образную компоновку применяют для котлов D>1000 т/ч, работающих на твердых топливах.

Для углей c высокоабразивной золой Т - образную компоновку используют для котлов, начиная с D>500 т/ч. Для мощных котлов при сжигании газа и мазута или бурых углей может быть использована башенная компоновка в сочетании с открытой и полуоткрытой компоновками КУ.