Циркуляция воды в паровом котле

К основным элементам парового котла относятся трубы – экранные и конвективные. Снаружи трубы омываются дымовыми газами, внутри труб вода, которая забирает тепло у дымовых газов, охлаждает стенки труб.

Циркуляцией воды в котле называется непрерывное движение воды по замкнутому контуру, одна часть которого обогревается значительно больше другой, естественная - без применения насосов, искусственная- с применением.

1.Водяной объем

2. Паровой объем

3. обмуровка

4. трубопровод питательной воды

5. ГПЗ

6. паропровод котла

7. пароперегреватель

Опускные трубы - расположены в зоне низких температур (в обмуровке котла, на выходе дымовых газов из котла, вне котла т.е. вне обмуровке но в изоляции)

Подъемные трубы - находятся в зоне высоких температур (в топке котла, камере догорания)

Зеркало испарения - это граница раздела водяного и пароводяного объема.

В связи с тем, что подъемные трубы обогреваются, то в них нахо­дится пароводяная смесь. В опускных трубах находится котловая вода, плотность которой выше плотности пароводяной смеси. Чем больше разность плотностей котловой воды и пароводяной смеси, тем интенсивнее естественная циркуляция.

Н - высота паросодержащегося участка р_см- плотность пароводяной смеси

р_в- плотность котловой воды

Р_д - движущий напор

Контур циркуляции путь, по которому совершается круговые движения воды.

Естественная циркуляция воды в паровом котле: питательная вода поступает в водяной объем верхнего барабана, из которого по опускным трубам поступает в нижний барабан (коллектор) из коллектора (барабана) по подъемным трубам пароводяная смесь поступает в верхний барабан (в водяной объем). Пар направляется потребителям, котловая вода продолжает циркули­ровать в котле.

Кратность циркуляции: К = G/D

G - количество воды; D - количество пара

К - это отношение количества воды, поступающей в циркуляционный контур за определенный промежуток времени к количеству пара, обра­зовавшегося за этот же период времени.

Для котлов с естественной циркуляцией К = 8 50

Для котлов с принудительной циркуляцией К = 4 8.

Принудительная циркуляция делается циркуляционным насосом.

Водяной пар получают в паровых котлах при постоянном давлении и постоянной температуре. Сначала происходит нагрев воды до температуры кипения (насыщения). При дальнейшем нагреве кипящая вода превращается в пар и ее температура до полного испарения воды остается постоянной.

Кипение это процесс парообразования во всем объеме жидкости.

Испарение это па­рообразование с поверхности жидкости.

Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием, а из газообразного состояния в жидкое конденсацией. Количество теплоты, которое необходимо сообщить воде для превра­щения ее из жидкого состояния в парообразный при температуре кипения, называется теплотой испарения.

Количество теплоты необходимое для нагрева 1 кг воды на 1⁰ С назы­вается теплоемкостью воды. ₌ = 1 ккал/кг^.град.

Температура кипения воды зависит от давления: чем выше давление тем выше температура кипения. (таблица (раздаточный материал):

Р_абс = 1 кгс/см² = 1 атм, t_к= 100°С

Р_абс = 1,7 кгс/см², t_к = 115°С

Р_абс = 5 кгс/см² , t_к = 151°С

Р_абс =10 кгс/см² , t_к = 179°С

Р_абс = 14 кгс/см², t_к = 195°С

Если кипение жидкости происходит в закрытом сосуде, то над жидкостью образуется пар, в котором имеются капельки влаги. Такой пар называется влажный насыщенный, при этом t_{влажности пара}=t _{кип. воды}=t _насыщ. Зная давление пара можно определить его t.

Насыщенный пар бывает влажный и сухой, в паровой объем верхнего барабана, поступает влажный насыщенный пар. Т.к. применение влажного насыщенного пара не желательно, т. к. при его перемещении по паропроводам возможны гидравлические удары (резкие толчки внутри труб) конденсата, скапливающегося в арматуре, на закруг­лениях и в пониженных местах паропроводов, а также в паровых насосах. В паропровод должен поступать сухой насыщенный пар. Для этого в верхней части барабана устанавливается сепаратор (дырчатые жалюзийные листы), на котором задерживается капельки влаги.

Величина определяющая количество сухого пара в 1 кг влажного пара в % называется степенью сухости пара (х). Влажность насыщенного пара не должна превышать 1-3%.

Если сообщать теплоту сухому насыщенному па­ру при постоянном давлении, то получается перегретый пар. Температура перегретого пара выше температуры котловой воды. Получают перегретый пар из сухого насыщенного пара в пароперегревателях, которые устанав­ливаются в газоходах котла ( сухой насыщенный пар нагревается дымовыми газами). При P=13кгс/см² t_нас=195^оС, а t_п.п.=370^оС. В отопительных котельных перегретый пар не используется, поэтому нет пароперегревателя (картинка выше).

Энтальпия (теплосодержание воды) - определяется количествам тепла которое надо затратить на нагрев 1кг воды до заданной температуры.

Энтальпия насыщенного пара равна сумме энтальпии воды, при температуре кипения и скрытой теплоты парообразования (ккал/кг).

Для обеспечения устойчивой циркуляции в паровом котле необходимо:

1. Процесс горения

2. Поддержание постоянного уровня воды в верхнем барабане (средний уровень), (подвод питательной воды, работа регулятора уровня воды в автоматическом режиме)

3. Поддержание заданного Р пара независимо от его расхода.

Причина нарушения циркуляции может быть вызвана:

1. Опрокидывание циркуляции

2. Образование свободного уровня воды в трубах

3. Расслоение потока в пароводяной смеси

1. Опрокидывание циркуляции: когда подъемные трубы начинают работать как опускные. Причины: А) неравномерное распределение температуры по ширине котла

Б) обогрев опускных труб

В) зашлакование труб

2. Свободный уровень- в слабо обогреваемых трубах выведенных в паровое пространство барабана, может образоваться свободный уровень. Это происходит в результате недостаточного движения воды в контуре при котором в верхней части трубы образуется пар.

3. Расслоение потока- возникает при движении воды с малыми скоростями ,что приводит к образованию пара в верхней части трубы.

Нарушение циркуляции приводит к перегреву труб, к разрушению труб и вальцовочных соединений.

Гидравлические удары.

Гидравлическим ударом называется явление, происходящее в жидко­сти при резком уменьшении скорости течения. При этом в жидкости воз­никает колебательный процесс: чередование повышения и понижения дав­ления. Когда текущему по трубопроводу со скоростью потоку резко пре­граждается путь (задвижка, кран), то жидкость по всему трубопроводу ос­тановится не сразу. В слоях следующих друг за другом, образуется область повышенного давления, которая в виде ударной волны отразится от прег­рады со скоростью в направлении, обратном движению жидкости. Та­ким образом, меняется направление движения ударной волны несколько раз, пока процесс не прекратится из-за вязкости жидкости. В результате выбивание прокладок, разрушение трубопровода, насосов, соединений (фланцевых, сальниковых), арматуры, срыв с опор.

Скачок давления

р - плотность жидкости;

- скорость потока;

- скорость распространения ударной волны, которая близко обычно к скорости распространения звука в данной жидкости.

при гидравлическом ударе достигает значения десятков и даже сотни кгс/см².

Для предотвращения и ослабления гидравлического удара, устанавли­вают запорные устройства, которые постепенно преграждают путь движу­щемуся потоку.

Применение влажного насыщенного пара не желательно, так как при его перемещении по паропроводам возможны гидравлические удары (рез­кие толчки внутри труб) влаги, скапливающейся в арматуре, на закругле­ниях и в пониженных местах паропроводов, а также в паровых насосах.

Очень опасно резкое снижение давления в паровом котле до атмо­сферного, которое может произойти в результате аварийного нарушения прочности котла. Так как температура воды до такого изменения давления была выше 100°С,а температура кипения при атмосферном давлении равна 100°С, то избыточное количество тепла расходуется на парообразование, которое происходит мгновенно. Количество пара резко возрастает, что приводит к мгновенному повышению давления в котле и к серьезным раз­рушениям. Чем больше объем воды в котле и выше ее температура, тем значительнее последствия таких разрушений.

Чтобы не допустить гидравлических ударов, необходимо:

1) Запорную арматуру на трубопроводах и оборудовании закрывают медленно, плавно.

2) Перед включением водогрейного котла открыть задвижку на входе и выходе воды, убедится в наличии циркуляции через котел.

3) Не допускать повышения температуры воды в теплообменнике выше допускаемой.

4) Центробежный насос следует включать с закрытой задвижкой на выходе (открытой на входе).

5) При заполнении трубопровода оборудования – удалять воздух, заполнять сначала обратный, потом прямой трубопровод

6) Контролировать и поддерживать давление воды на прямом и обратном трубопроводе.

7) Не допускать явление кавитации.

При возникновении гидроударов отключить оборудование, сообщить ответственному лицу.

На паропроводах:

1) Перед подачей пара в паропровод необходимо его прогреть, продуть (т.е. открыть дренажи на паропроводе, подать немного в паропровод и удалить холодный конденсат через дренажи канализацию). Время прогрева указано в инструкции где-то 20-30 минут.

Понятия в этой теме:

(

Основные свойства насыщенного пара:

1) t насыщ. пара = t кип. воды при данном Р

2) t кип. воды зависит от Рпара в котле

3) насыщенный пар конденсируется.

Основные свойства перегретого пара:

1) перегретый пар не конденсируется

2) t перегретого пара не зависит от давления пара в котле.

( Схема получения пара в паровом котле)(карт на стр 28 не обязательно)