Проблема конструирования парогенераторов - Естественная циркуляция

Парогенераторы могут быть спроектированы таким образом, что циркуляция будет обеспечиваться за счет разности плотностей пароводяной смеси в подъемных трубах и в опускных трубах. Во избежание местных перегревов и, как следствие, пережогов труб парогенераторы с естественной циркуляцией обычно рассчитываются на достижение объемного паросодержания на выходе из испарительных труб не более 50-70% и в зависимости от давления в системе. Результирующая разность плотностей может обеспечить скорости циркуляции воды в пучке до 1,5-3 м/с.

Принудительная циркуляция

В том случае, когда располагаемая высота не обеспечивает нужную скорость циркуляции, для увеличения мощности, снимаемой с заданного объема, могут быть использованы циркуляционные насосы. Скорость циркуляции обычно выбирается такой, чтобы скорости воды па выходе из трубы были в пределах 3-6 м/с при объемном паросодержании смеси 40-70%.

Ввиду дополнительных затрат системы с принудительной циркуляцией применяются лишь в том случае, если снижение капитальных затрат на поверхности нагрева и барабаны парогенератора или уменьшение габаритов агрегата более чем оправдывает дополнительные начальные затраты и эксплуатационные расходы на насосы.

Рециркуляционные  насосы должны  быть  размещены  значительно  ниже барабана, чтобы статический напор  на входе в насос был достаточным для предотвращения кавитации воды. Последнее требование представляет основную проблему в подобного рода системах, и его выполнение может повлечь за собой существенное удорожание агрегата .

Экономайзеры и пароперегреватели

Котлы с многократной циркуляцией воды проектируются таким образом, что питательная вода подогревается до температуры кипения в экономайзере, а насыщенный пар перегревается в пароперегревателе. При такой конструкции сводятся к минимуму трудности, связанные с гидродинамической неустойчивостью, а также с выпадением твердых отложений солей, поступающих в парогенератор с питательной водой. Концентрация солей поддерживается низкой во избежание образования отло­жений в той зоне экономайзера, где питательная вода подогревается до точки кипения. Поскольку коэффициент теплоотдачи с паровой стороны в пароперегревателе обычно значительно ниже коэффициента теплоотдачи в зоне испарения, весь пароперегреватель, кроме первой его ступени, должен размещаться в зоне, где температуры газа не слишком высоки. Если этого не сделать, то могут иметь место местные перегревы стенок труб.

Продувка

В парогенераторах с многократной циркуляцией концентрация солей в котловой воде все время возрастает. Установка обычно проектируется таким образом, чтобы обеспечивалась возможность отвода малых количеств котловой воды из зоны максимальной концентрации примесей. Эта непрерывная продувка, как правило, составляет примерно 0,5% расхода питательной воды.

Сепарация пара

Верхний барабан в котлах с многократной циркуляцией предназначен для сепарации пара из пароводяной смеси. Это необходимо, для того, чтобы в опускных трубах отсутствовали паровые пузыри, что обеспечивает хорошую естественную циркуляцию, и пар, поступающий в перегреватель, очищается от капелек влаги. Последнее обстоятельство существенно как с точки зрения предотвращения образования твердых отложений на стенках перегревателя, также воизбежание термических напряжений, которые могут возникнуть в результате эпизодического местного роста интенсивности теплоотдачи вследствие выброса «пробок» жидкости в пароперегреватель. В настоящее время применяется много типов сепарационных устройств. Перегородка, расположенная в нижней части барабана, направляет пароводяную смесь к лопаткам завихрителя внутрибарабанных циклонов, где под действием силы тяжести, центробежных сил и закрутки пар направляется в верхнюю часть барабана, а вода в нижнюю. Обычно барабан заполнен водой примерно наполовину. Нижняя часть каждого внутрибарабанного циклона погружена в водяной объем, так что стекающая по стенкам вода поступает в барабан без всплесков и захвата пузырей пара.

В барабане котла часто устанавливается промывочное устройство. После промывочного устройства расположен вторичный сепаратор пара для удаления инородных частиц и мельчайших капель влаги, в которых может содержаться значительное количество растворенных солей. Надлежащая сепарация в этих устройствах осуществляется за счет малых скоростей пара с многократными изменениями направления  движения в  рифленых перегородках. Паровая нагрузка может достигать 9 т/ч на 1 м длины барабана при давлении 14 или 21 атм, при этом обеспечивается хорошая сепарация пара. Расход пара при заданной величине динамического напора увеличивается с давлением.