Котельные установки

ЕСТЕСТВЕННАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ В ПАРОВЫХ КОТЛАХ

Надежная циркуляция воды в паровом котле должна в течение его непрерывной эксплуатации поддерживать температуру стенок трубы в допустимых пределах.

Для того чтобы эта задача выполнялась хорошо, т. е., чтобы паровой ко­тел работал неограниченно долго, необходимо непрерывно и в достаточном количестве отводить тепло от его поверхности нагрева.

Если на каком-нибудь участке поверхности нагрева отвод тепла ухудша­ется, то паровой котел будет ненадежен в эксплуатации, так как температура стенки повысится, а прочность металла понизится.

Перегрев стенки кипятильной или экранной трубы, вследствие пониже­ния ее механической прочности, неизбежно приведет к появлению одулины, свища или разрыву трубы, т. е. к аварии. Эти повреждения наступают либо быстро, либо медленно, но так или иначе, они наступают.

Процесс естественной циркуляции воды в паровом котле не влияет на его экономичность, но в сильной степени определяет работоспособность кот-

На надежность циркуляции в сильной степени влияет режим работы котла. Зачастую отклонения от нормального режима создают ненадежную циркуляцию. При повышенных нагрузках циркуляция наиболее интенсивна, т. е. надежна. При пониженных нагрузках котла циркуляция ухудшается. Наи­более ненадежна циркуляция при растопке котла.

Циркуляция может нарушиться при резком и долговременном пониже­нии давления пара в котле. Так, например, если в котле низкого давления дав­ление падает со скоростью 0,01-0,02 бар/с, то циркуляция нарушается. В кот­лах среднего давления (до 40-45 бар) нарушение циркуляции наступает при скорости падения давления 0,15 бар/с.

Допустимая скорость повышения давления в котлах высокого давления при нагрузках выше средних - не более 0,5 бар/мин, а при меньших нагрузках - не более 0,25 бар/мин.

Рекомендуемая скорость падения давления в котлах высокого давления - не более 2,5-3 бар/мин.

Для обеспечения надежного охлаждения стенок кипятильных и экран­ных труб необходимо обеспечить непрерывное покрытие их водяной пленкой и отсутствие отложения солей на внутренней поверхности труб. Выполнение этих требований возможно при условии нормального подвода воды ко всем подъемным элементам циркуляционного контура, чем одновременно будет обеспечиваться и надежная циркуляция.

Известны следующие случаи нарушения циркуляции:

1) застой циркуляции (образование паровых пробок);

2) опрокидывание циркуляции;

3) расслоение пароводяной смеси;

4) кавитация и кипение в опускных трубах.

Под кавитацией в данном случае понимается явление парообразования в опускных трубах вследствие падения давления во входном сечении трубы.

Застой и опрокидывание циркуляции появляются при неравномерном обогреве газами труб котла. Если подъемный пучок труб котла имеет нерав­номерный обогрев, то это приводит к неравномерным тепловым нагрузкам и различным значениям движущихся напоров в отдельных трубах.

При опрокидывании циркуляции происходит изменение направления движения воды в подъемных трубах. Примером может служить многорядная секция водотрубного котла. Отвод в барабан из секции пароводяной смеси за­торможен, так как осуществляется по одной трубке. Нижние трубы имеют большую тепловую нагрузку, чем верхние. При застое и опрокидывании цир­куляции в верхних трубках будут образовываться пузыри пара, движение ко­торых направлено вверх, в то время как жидкость стремится вниз. Скорость движения паровых пузырей относительно стенки трубы может оказаться рав­ной нулю, что приведет к перегреву стенки трубы и к аварии (при температуре металла > 600 °С). При температуре менее 600 °С это приведет к быстрой кор­розии металла с внутренней стороны стенки трубы.

Во избежание опрокидывания циркуляции в верхних слабообогреваемых трубах многотрубных секций (рассмотренный случай) рекомендуется сле­дующее:

Уменьшить неравномерность обогрева пучка путем улучшения омывания газами;

Уменьшить число рядов труб в секции, что создаст равномерный обог­рев;

Увеличить сечение подводящих и отводящих паровых труб котла; поднять барабан.

Расслоение пароводяной смеси может происходить в горизонтальных либо слабо наклонных трубах.

При расслоении пароводяной смеси пузыри пара скапливаются у верх­ней части стенок труб. Это приводит к ухудшению охлаждения верхней части трубы со всеми вытекающими последствиями.

Это явление, впервые замеченное в прямоточных котлах, было подробно изучено чл.-корр. АН СССР, проф. Стыриковичем. Исследование показало, что в трубах с углом наклона больше 15° расслоения не наблюдается и что вероят­ность расслоения увеличивается с увеличением диаметра труб. Наиболее веро­ятно расслоение и в смеси при угле наклона меньше 7°.

При вертикальном или круто наклонном расположении труб и большом процентном содержании пара последний может собираться в большие пузыри, которые движутся по центру трубы. Слияние пузырей может привести к так
называемому керновому движению пара. При этом стенки трубы омываются все утончающейся пленкой воды. Охлаждение трубы будет обеспечено даже при наличии очень тонкой пленки воды.

Кавитация и кипение в опускных трубах недопустимо, так как оба эти явления уменьшают движущий напор циркуляции.

Таким образом, для безаварийной работы котла на всех его режимах не­обходимо обеспечить отсутствие рассмотренных четырех явлений и, следова­тельно, осуществить непрерывное движение воды и пароводяной смеси в тру­бах, что является основой безаварийной работы.