Классификация паровых котлов
|
|
|
А) |
|
5 5 |
|
Г) |
|
Рис. 1.6. Основные схемы образования пара в паровых котлах. Многократно-принудительная циркуляция; |
|
Прямоточная схема; г — комбинированная цирку- экономайзер; 3 — барабан; 4—опускные трубы; 5 — коллектор; 6 — парообразующие трубы; многократно-принуднтельнойцнркуляцни; 9 — смеситель; 10 — обратный клапан. |
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 име
ют 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 рн. 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 пароводяной смеси, заполняющей обогреваемые трубы, равному HpHg. Создающаяся в результате образования пара разность давлений Н{р'—pH)g вызывает
Движение в контуре и называется движущим напором естественной циркуляции
<5дВ=# (р'--------- рн)ё (1.1)
Где 5ДВ — движущий напор естественной циркуляции, Па; Н — высота контура, м; р' и рн— 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 необогре - ваемым 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 паросодер - жание на выходе из парообразующих труб составляет 3—25%. При паросодержании на выходе, равном, например, 20%, для полного испарения вода 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 ее не изменяется. Отношение массового расхода циркулирующей воды Gв, кг/с, к количеству образовавшегося пара в единицу времени Gn, кг/с, называется кратностью циркуляции
K=GB/Ga. (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 естественна' циркуляции. Это позволяет расположить пар образующие трубы любым образом, исходя условий конструирования котла, и органи? вать в нем циркуляцию не только с вертика,-
ным 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: экономай- зерную, парообразующую и пароперегрева - тельную.
Барабанные котлы работают при докрити - ческом давлении (ДКД), р<ркр.
Прямоточные паровые котлы не имеют барабана, и через парообразующие трубы рабочее тело проходит однократно (рис. 1.6,в), так что кратность циркуляции k=. 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^ркр.
В паровых котлах с комбинированной циркуляцией (рис. І. б.г) при пуске обратный клапан 10 открыт и агрегат работает по схеме (рис. 1.6,6). При достижении определенной нагрузки циркуляционный насос отключается, обратный клапан автоматически закрывается и паровой котел переключается на работу по прямоточной схеме (рис. 1.6,в).
