2.4. Экраны котлов

2.4.1. Экраны котлов с естественной циркуляцией воды

Основным процессом, происходящим в экранных трубах котлов докритического давления, является превращение воды в пар.

На упрощенной схеме (рис. 8) показано, что парообразование происхо­дит только в обогреваемых трубах (на рисунке справа). В не обогреваемых (опускных) трубах находится только вода. Поэтому соединенные между собой трубы экрана можно условно уподобить двум сообщающиеся сосудам, в кото­рых имеются различные жидкости: в левом сосуде - вода, а в правом - паро­водяная смесь.

В таких сообщающихся сосудах обе жидкости находятся в равновесии лишь тогда, когда они производят одинаковое давление на нижнюю часть со­судов в месте их сопряжения, в данном случае - на нижний коллектор.

Равновесие могло бы наступить, если бы обогреваемые и нагреваемые трубы не были соединены наверху (рис. 8, а). Тогда уровень пароводяной сме­си держался бы значительно выше уровня воды.

Этого нет в экране. Высота столба воды в необогреваемых трубах и па­роводяной смеси держался бы значительно выше уровня воды.

В таком состоянии жидкость в трубах не может находится в равновесии. Пока продолжается испарение воды, происходит непрерывное перетекание во­ды из левого сосуда в правый и движение воды и пароводяной смеси в направ­лении, показанном на рис. 8, б стрелками.

Такое круговое движение называют циркуляцией воды в паровом котле. Пар проходит только часть этого кругового пути и, следовательно, не цирку­лирует.

Замкнутый путь, по которому циркулирует вода, называют циркуляци­онным контуром.

По закону Паскаля давление внизу сосуда (в данном случае давление на воду в нижнем коллекторе) не зависит от формы сосуда (обогреваемой или выпускной трубы) и определяется исключительно весом вертикального столба жидкости. Вес столба воды в опускных трубах всегда больше веса столба па­роводяной смеси в подъемных трубах.

Чем больше эта разность весов, тем с большей скоростью движется вода в циркуляционном контуре.

Если отдельные трубы циркуляционного контура обогреваются неоди­наково, то скорость воды обычно больше в тех трубах, в которых образуется большее количество пара.

При сложной картине распределения скорости воды внутри циркуляци­онного контура каждый контур характеризуют одним значением скорости. Выбирают эту скорость таким образом, чтобы, зная ее, можно было составить представление о свойствах всего циркуляционного контура. В качестве такой характеристики принимают скорость воды на входе в трубу, где начинается испарение. Ее называют скоростью циркуляции.

Расчетной скоростью циркуляции считают среднюю скорость при обыч­ных ее колебаниях.

На рис. 8, б скорость циркуляции соответствует скорости воды в нижнем конце обогреваемой трубы.

При очень малой нагрузке, то есть при почти полном отсутствии паро­образования, скорость циркуляции равна или почти равна нулю. С повышени­ем нагрузки она увеличивается, но лишь до некоторого предела.

При высокой нагрузке котла циркуляции изменяется мало, а в отдельных циркуляционных контурных даже немного снижается (рис. 9).

Вследствие этого при малой нагрузке котла всякое изменение его произ­водительности немедленно резко изменяет циркуляцию. При высокой нагрузке циркуляция более надежна и устойчива.

Это в значительной мере объясняет то обстоятельство, что большой про­цент циркуляционных аварий возникает в периоды работы котлов с понижен­ной производительностью.

У котлов среднего давления скорость циркуляции обычно равна 0,6-0,8 м/с при полной нагрузке котла.

У котлов высокого давления циркуляция воды легче может нарушится и ее скорость выбирается котлостроительными заводами порядка 1,0-1,2 м/сек.

В двухсветных экранах скорость циркуляции равна 1,6 м/сек.

Для обеспечения более высокой скорости увеличивают количество не- обогреваемых водоопускных труб экранов.

Чем меньше ширина каждого циркуляционного контура, тем менее ве­роятна значительная неравномерность в обогреве его отдельных труб, при ко­торой возможно неустойчивое движение воды в наименее обогреваемых тру­бах.

В современном котле с естественной циркуляцией каждый экран состоит из трех-пяти циркуляционных контуров. В каждом из контуров нижние концы обогреваемых труб включены в горизонтальный коллектор (камеру), а верхние концы либо во второй коллектор, либо непосредственно в барабан котла.

Необогреваемые водоопускные трубы включены верхним концом в са­мую нижнюю часть барабана, а нижним - в тот же коллектор, что и обогре­ваемые трубы (рис. 9).

Неравномерность обогрева отдельных труб несколько возрастает из-за того, что экранные трубы, огибая амбразуру топливной горелки, заслоняют собой соседние трубы или сами заслоняются ими.

Но обычно такая неравномерность не доходит до опасных пределов