Циркуляция воды в котле

Все конструкции современных котлов включают в себя циркуляционный контур, по которому движутся вода и пароводяная смесь. Этим обеспечиваются непрерывное парообразование и необходимая надежность оборудования из-за постоянства теплового режима при эксплуатации многих элементов котла, в первую очередь труб поверхностей нагрева.

При нарушениях циркуляции уменьшается или вообще прекращается отвод теплоты от нагреваемых труб, в результате чего металл может перегреться и снизить свою механическую прочность. В конечном итоге могут появиться недопустимые дефекты (местные вздутия, свищи и даже разрыв труб).

В паровых котлах, систем теплоэнергетики применяются три схемы циркуляции: естественная, многократная принудительная и прямоточная.

При естественной циркуляции в циркуляционном контуре имеются обогреваемые трубы, например экранирующие стены топки, и необогреваемые, которые выведены за пределы топочного пространства. Вверху трубы соединены с барабаном котла (такого рода котлы по этому признаку называют барабанными), внизу они сообщаются между собой с помощью коллектора.

Поскольку указанные части контура разделены теплоизоляционной футеровкой, температура их резко отличается. По этой причине отличаются плотность воды в необогреваемых трубах и плотность возникающей в обогреваемых трубах пароводяной смеси. Менее плотная пароводяная смесь естественным путем начинает двигаться вверх и поступает в барабан, где происходит отделение пара от воды (пароотделение), а на ее место перемещается обладающая большей плотностью вода из необогреваемых труб. Таким образом, возникает и постоянно поддерживается циркуляция воды и пароводяной смеси.

Обогреваемые трубы, в которых имеет место движение теплоносителя вверх, называются подъемными, а необогреваемые - опускными.

Как показала практика, надежная работа котла с естественной циркуляцией воды в котле обеспечивается при давлении не свыше 18 МПа (180 кгс/см2), которое считается критическим, поскольку с повышением рабочего давления уменьшается разность плотностей воды и пара. Поэтому для серийных котлоагрегатов рабочее давление ограничивается величиной 13,5 МПа (135 кгс/см2).

Принудительная многократная циркуляция обеспечивается встроенным в контур циркуляционным насосом.

В прямоточных котлах, не имеющих барабанов, циркуляция одноцикловая. Подаваемая питательным насосом вода полностью превращается в пар в трубных системах. Прямоточные котлы строят на давление 14 МПа (140 кгс/см2) паропроизводительностью от 250 до 640 т/ч и на давление 25,5 МПа (255 кгс/см2) паропроизводительностью 950, 1600 и 2500 т/ч.

По прямоточной схеме работают практически все водогрейные котлы, не имеющие ни испарительных, ни перегревающих поверхностей. У них отсутствуют барабаны, являющиеся наиболее дорогими и очень сложными в изготовлении элементами котла. Сетевую воду в них прокачивают насосы последовательно через поверхности нагрева (трубную систему котла), при этом она нагревается до заданной температуры.