Циркуляция воды в котле


Циркуляция воды в котле предусмотрена таким образом, чтобы вода сначала поступала в конвективную зону удаленной части котла. В этой зоне котла осуществляется регулирование конечной температуры дымовых газов. После этого вода проходит по стенкам топки, одновременно нагреваясь и охлаждая материал топочной стенки. В нормальном состоянии котел должен быть полностью заполнен водой и быть под соответствующим давлением – тем самым предотвращается разрушение котла. Это необходимо обеспечить путем организации равномерной циркуляции воды внутри котла, тогда во всех его зонах будет непрерывная циркуляция воды. Вода, прогретая при прохождении по топочным экранам, собирается в коллектор и далее отводится в теплофикационную систему. Регулирование температуры воды на выходе из котлоагрегата производится путем подмешива ния обратной теплофикационной воды. Циркуляция воды осуществляется при помощи двух насосов, один из которых постоянно находится в работе, а другой – в резерве.

м самым обеспечивается питание котла водой, даже если основ­ной насос вышел из строя. Для защиты котла от возможной аварии, например, в случаях чрезмерного перегревания воды или превышения давле­ния до значений сверхдопустимого, в котле предусмотрена система защиты. Эта система защиты функционирует таким образом, что при повышении температуры воды выше допустимого значения происходит автоматическое прекращение процесса горения топлива. Дополнительно котел защищен предохранительными клапанами, которые срабатывают при превышении допустимого давления в котле. За изготовлением котельного оборудования на заводе-изготовителе установлено строгое инспектирование. Каждый изготовленный котел перед отправкой заказчику должен пройти испытания и разрешительное инспектирование органами технадзора. Испытание си­стемы защиты котла производится перед принятием его в эксплуатацию, и, кроме того, периоди­ческие испытания котла должны проводиться с целью обеспечения его эксплуатационной работоспособности.

С точки зрения теплопереноса существенным является условие, при котором теплопередающие поверхности вконвективной части котла оставались бы достаточно чистыми. При необходимости теплопередающие поверхности должны быть прочищены. Для этого типа котла такая прочистка поверхностей производится водой. Степень загрязнения поверхностей нагрева котла зависит прежде всего от вида топлива. Например, при сжигании древесной щепы степень загрязнения больше, чем в случае торфяного топлива, поскольку древесина содержит вещества, обладающие большей загрязняющей способностью летучей золой. При эксплуатации хорошо отрегулированного котла с колосниковой решеткой подобное загрязнение не будет представлять проблем.


Надёжная работа парового котла возможна при условии непрерывного отвода теплоты, передаваемой газами поверхности нагрева. Теплота отводится нагреваемой средой, т. е. водой, паром или пароводяной смесью. Хороший отвод теплоты нагреваемой средой обеспечивается при правильной организации циркуляции.

Циркуляция– многократное движение воды по замкнутому контуру.

Контур циркуляции – замкнутая система непрерывного движения воды и пароводяной смеси по трубам, подключённым к паровому и водяным коллекторам котла.

Непрерывное движение воды и пароводяной смеси в циркуляционном контуре водотрубного котла осуществляется вследствие разности их плотностей (естественная циркуляция) или с помощью циркуляционных насосов (принудительная циркуляция).

Контуры циркуляции бывают независимыми и смешанными. У независимого контура циркуляции опускные трубы обслуживают только свой контур, а у смешанного – опускные трубы питают водой подъёмные трубы нескольких контуров.

Рис. 6.1 Водотрубный котёл с двумя независимыми контурами

Циркуляция воды в котле В водотрубном паровом котле (рис.

6.1) вода из пароводяного коллектора 4 по опускным трубам 2 и 5, наиболее удалённым от топки и получающим меньше теплоты, поступает в водяные коллекторы 1 и 7. Опускные трубы 5 являются обогреваемыми, 2 – необогреваемыми. Первые получают теплоту, идущую на подогрев воды, а вторые теплоту практически не получают. Трубы 6 конвективного пучка и трубы 3 экрана, воспринимающие больше теплоты, являются подъёмными – по ним движется в коллектор 4 образующаяся пароводяная смесь. В пароводяном коллекторе происходит разделение пара и воды, смешение питательной воды с котловой и организация поступления воды в опускные трубы. У большинства котлов все конвективные пучки труб подъёмные, а опускные необогреваемые трубы размещаются за первым рядом бокового экрана или в воздушных коробах фронта котла, т.е. вне топки.

Во вспомогательном огнетрубном котле и утилизационном газотрубном котле, относящихся к котлам с неорганизованной циркуляцией, процесс циркуляции осуществляется благодаря восходящим потокам на участках поверхностей нагрева наиболее обогреваемых и нисходящим потокам – на необогреваемых или слабообогреваемых участках.


Расход воды через циркуляционный контур превышает количество образующегося в нём пара.

Кратность циркуляции – отношение расхода циркулирующей воды к паропроизводительности контура:

kц = .

Кратность циркуляции показывает, сколько раз должна пройти по контуру определённая масса воды, чтобы полностью превратиться в пар.

Циркуляция воды в котле kц = 20 – 70 в ГК

kц = 20 – 40 в ВК

kц = 2 – 10 в УК с принудительной циркуляцией.


Движущий напор циркуляции – разность масс столбов воды и пароводяной смеси соответственно в опускных и подъёмных трубах контура.

Рис. 6.2 Контур циркуляции:

  1. Пароводяной коллектор.
  2. Опускные трубы.
  3. Водяной коллектор.
  4. Подъёмные трубы.

Высота подъёмной трубы складывается из экономайзерного участка hэ (рис. 6.2), в котором вода, поступающая из водяного коллектора, доводится до кипения, и участка hп, называемого высотой паросодержащей части. На участке hп происходит парообразование и восходящее движение пароводяной смеси. Движущий напор зависит от высоты паросодержащей части и разности плотностей воды и пароводяной смеси, находящихся практически при одинаковой температуре.


Полезный напор циркуляции – разность между значениями движущего напора и сопротивлений движению в подъёмных трубах.

Скорость циркуляции – скорость входа воды в подъёмные трубы контура [т/ч]. В зависимости от расположения пучков труб по отношению к источнику теплоты значения скорости циркуляции составляют 0,3 – 1,5 м/с.

Застой циркуляции – замедление или прекращение движения пароводяной смеси вверх. Это явление возникает в случае неравномерного обогрева или загрязнения парообразующих труб, расположенных в одном ряду. При застое циркуляции в менее нагретых трубах образуется свободный уровень воды. По участку труб, расположенному выше свободного уровня, будет медленно двигаться пар, а не пароводяная смесь. Нормального отвода теплоты от стенки обогреваемой трубы не будет и произойдёт аварийный перегрев металла.

Опрокидывание циркуляции – явление, при котором в подъёмных трубах, получающих по сравнению с другими трубами ряда меньше теплоты, происходит выделение пара и его подъём с одновременным опусканием воды. Причины и последствия опрокидывания те же, что и при застое циркуляции.


В горизонтальных трубах и трубах с небольшим уклоном к горизонту возможно расслоение пароводяной смеси. При движении пароводяной смеси с небольшой скоростью пар, имеющий меньшую плотность, чем вода, поднимается и отделяется от воды, в результате чего возникает раздельное движение по трубе воды и пара. Это приводит к перегреву участков труб, омываемых паром. Расслоение пароводяной смеси усиливается с увеличением диаметра труб, снижением скорости движения среды, повышением давления пара.

Кавитация – явление, при котором во входном сечении опускной трубы происходит парообразование. Оно может наступить, если статическое давление в этом сечении окажется меньше давления в пароводяном коллекторе. При кавитации нарушается нормальное поступление воды в опускные трубы, следовательно, и в подъёмные. Образующиеся паровые пузырьки и их конденсация вызывают в трубах гидравлические удары, которые могут быть причиной образования трещин в трубах. Для предотвращения кавитации следует поддерживать уровень воды в пароводяном коллекторе не менее чем на 50 мм выше верхней кромки входного сечения опускных труб.

С целью обеспечения надёжной циркуляции необходимо содержать в чистоте поверхности нагрева, не допускать резких колебаний давления пара, поддерживать нормальный уровень воды в пароводяном коллекторе, особенно при качке, а также не допускать модернизационных мероприятий без предварительной оценки надёжности циркуляции для нового варианта котла.


Движение рабочего тела по испарительному контуру характеризуется кратностью циркуляции К, которая представляет собой отношение часового массового рабочего тела через испарительную систему котла к его часовой паропроизводительности. Для современных котлов сверхвысокого давления К=5/10, для котлов низких и средних давлений от 10 до 25 МПа [2].

Особенностью котлов с естественной циркуляцией является способ компоновки поверхностей нагрева, заключающийся в следующем: опускные трубы не должны обогреваться для сохранения на достаточно высоком уровне плотности воды, подъёмные трубы должны иметь такую трассу, чтобы по ходу образующейся в них пароводяной смеси нивелирные уровни их всё время повышались из-за опасности образования паровых пробок, и третье – скорости воды и смеси во всех трубах должны быть умеренными для получения невысоких гидравлических сопротивлений, что достигается выбором труб поверхностей нагрева достаточно большого диаметра.

В котлах с многократной принудительной циркуляцией движение рабочего тела по испарительному контуру осуществляется в основном за счёт работы циркуляционного насоса, включаемого в опускной поток рабочей жидкости. Кратность циркуляции поддерживается невысокой, поскольку циркуляционный насос гарантирует её сохранение при всех колебаниях нагрузки. Котлы с многократной принудительной циркуляцией позволяют экономить металл для поверхностей нагрева особенно на СВД, так как допускают повышенные скорости воды и рабочей смеси и тем частично улучшают охлаждение стенки труб. Габариты агрегата при этом несколько снижаются, так как диаметры трубок можно выбирать меньшими, чем для котлов с естественной циркуляцией. Эти котлы могут применяться вплоть до критических давлений 22,5 МПа, наличие барабана даёт возможность хорошо осушать пар и продувать загрязнённую котловую воду.


В прямоточных котлах кратность циркуляции равна единицы и движение рабочего тела от входа воды в экономайзер и до выхода из агрегата перегретого пара принудительное, осуществляемое питательным насосом. Дорогой элемент – барабан отсутствует, что даёт при сверхвысоком давлении известное преимущество прямоточным агрегатам; зато это обстоятельство вызывает при сверхкритическом давлении удорожание станционной водоподготовки, поскольку повышаются требования к чистоте питательной воды, которая должна в этом случае содержать примесей не больше, чем выдаваемый котлом пар. Прямоточные котлы универсальны по рабочему давлению, а на закритическом – вообще являются единственными генераторами пара на ТЭС – ТЭЦ и нашли большое распространение в современной электронике.

В послевоенные годы появилась разновидность циркуляции воды в прямоточных парогенераторах – комбинированная циркуляция, осуществляемая за счёт особого насоса или дополнительного параллельного циркуляционного контура естественной циркуляции в испарительной части прямоточного котла, позволяющая улучшить охлаждение экранных труб при малых нагрузках за счёт увеличения на 20-30% массы циркулируемой через них рабочей среды[2].


Использованные источники

  1. helpiks.org/6-64227.html
  2. studopedia.su/19_14574_tsirkulyatsiya.html
  3. techlead.ru/tleas-803-2.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.