КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Барабанные котлы нашли широкое применение на тепловых электростанциях и теплоэлектроцентралях. Наличие барабана, в котором зафиксирована граница раздела между паром и водой, является отличительной чертой этих котлов. Питательная вода после экономайзера (если его нет, то прямо после насоса / из питательного трубопровода) подается в барабан, где смешивается с котловой водой (водой, заполняющей барабан). Верхняя часть объема барабана заполнена паром и называется паровым объемом (пространством) барабана, нижняя, заполненная водой, называется водяным объемом, а поверхность раздела между ними — зеркалом испарения.

Смесь котловой и питательной воды с плотностью р„ по опускным необогреваемым трубам из барабана поступает в нижние распределительные коллектора, питающие испарительные поверхности (как правило, это топочные экраны). Вода, поднимаясь по трубам этих поверхностей, воспринимает теплоту от продуктов сгорания топлива (топочных газов), нагревается до температуры насыщения, а затем частично испаряется. Из обогреваемых труб полученная пароводяная смесь поступает в барабан, где происходит разделение пара и воды. Уровень воды (зеркало испарения) делит барабан на водный и паровой объемы. Из последнего пар по трубам, расположенным в верхней части барабана, направляется в пароперегреватель. Вода же, смешиваясь в водяном объеме с питательной водой, поступающей из экономайзера, вновь направляется в опускные трубы.

Уровень воды в барабане при работе котла колеблется между низшим и высшим положением. Первое из них устанавливают исходя из обеспечения надежного поступления воды в опускные трубы, а второе — из исключения возможности попадания воды в пароперегреватель. Объем воды, заключенный между этими уровнями, позволяет барабанному котлу некоторое время работать без подачи в него питательной воды. В парообразующих трубах за один проход испаряется лишь часть (4—25%) поступающей в них воды. Это позволяет обеспечить достаточно надежное охлаждение металла подъемных труб, а также предотвратить накопление солей, выпадающих при испарении воды на внутренней поверхности труб, путем организации непрерывного удаления части котловой воды из котла.
Поэтому для питания котла допускается использование воды с довольно значительным содержанием растворимых в ней солей. Замкнутую систему, состоящую из барабана, опускных труб, коллектора и подъемных труб 6, по которой многократно движется рабочее тело, принято называть контуром циркуляции, а многократное движение воды в нем — циркуляцией. Движение рабочей среды, обусловленное только различием между массой столба воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъемных, называют естественной циркуляцией, а паровой котел — барабанным с естественной циркуляцией.
Возникающий в контурах циркуляции перепад давлений ДЯдВ, называемый движущим напором циркуляции, зависит от высоты контура Н и разности плотностей воды рв в опускных и пароводяной смеси рсм в подъемных трубах Он расходуется на преодоление сопротивления движению рабочего тела по трубам. Обычно его величина в паровых котлах с естественной циркуляцией относительно невелика (не более 0,1 МПа), что не позволяет развивать в контурах циркуляции высоких скоростей. Так как при невысоких скоростях пароводяной смеси возможно ее расслоение, то в котлах с естественной циркуляцией обогреваемые трубы не могут располагаться горизонтально или быть слабонаклоненными: преимущественное расположение труб — вертикальное.

Естественную циркуляцию следует применять в котлах с давлением в барабане не выше 17,5—18,5 МПа. При высоком давлении (близком к критическому) из-за малой разницы в плотностях пара и воды обеспечение устойчивого движения рабочей среды в циркуляционном контуре весьма затруднительно. В этом случае в котле следует использовать принудительную циркуляцию.

Установка циркуляционного насоса в котлах с принудительной циркуляцией позволяет повысить напор в циркуляционном контуре и обеспечить произвольное (как вертикальное, так и горизонтальное) расположение обогреваемых испарительных труб, а также повысить степень парообразования, влекущее уменьшение кратности циркуляции (отношение количества поступающей в контур циркуляции воды к количеству образующегося пара). Так, если в паровых котлах с естественной циркуляцией в зависимости от высоты контура и параметров рабочего тела кратность циркуляции составляет /(„ = = 5-7-30, то в паровых котлах с принудительной циркуляцией она уменьшается до /(„ = 3-7-10.