Контур естественной циркуляции

В паровых котлах с естественной циркуляцией движение воды и пароводяной смеси в испарительной системе осуществляется за счет давления, создаваемого разностью плотности воды в опускных трубах и пароводяной смеси в обогреваемых подъемных трубах системы. Простейший контур естественной циркуляции (рис. 10.3) состоит из барабана-сепаратора 1, в котором происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду, необогреваемой опускной трубы 2, соединительного коллектора 3 и обогреваемой подъемной трубы 4. За счет подвода теплоты в какой-то точке по высоте подъемной трубы происходит закипание воды, и выше этой точки находится пароводяная смесь. Участок ниже точки называется экономайзерным (h_эк), выше - паросодержащим (h_пар). Естественно, что средняя плотность воды и пароводяной смеси в подъемных трубах r_см меньше, чем плотность воды в опускных трубах r¢. Величина

Dp = hg(r¢ - r_см),Па (10.14)

 

Рисунок 10.3. Контур с естественной циркуляцией

 

называется движущим дав­лением циркуляции. Назначение движущего давления - преодолеть гидравлическое сопротивление элемента

Dp = Dp_эл, (10.15)

где Dp_эл - гидравлическое сопротивление контура, состоящего из сопротивления подъемной и опускной труб

Dp_эл = Dp_оп+Dр_под. (10.16)

Разность движущего давления и сопротивления подъемной части контура циркуляции составляет полезное давление

Dр_пол = Dр - Dр_под, (10.17)

расходуемое на преодоление опускной части контура

Dр_пол = Dр_оп. (10.18)

Рисунок 10.4. Гидравлическая характеристика простого циркуляционного контура

Т.к. движущее давление Dр, рассчитываемое по формуле (10.14), практически не зависит от расхода воды и пароводяной смеси в контуре циркуляции G, а гидравлическое сопротивление подъемной Dр_под и опускной Dр_оп труб, включающие потери на трение и в местных сопротивлениях, пропорциональны квадрату расхода (скорости, ф-ла (10.10)), то при увеличении расхода G полезное давление Dp_пол (10.17) падает, а сопротивление опускной трубы - возрастает. Принцип расчета простого циркуляционного контура заключается в том, чтобы найти такой расход G_ц, при котором выполняется условие (10.18). Задаваясь разными значениями расхода, рассчитываем зависимости Dp_пол=f(G) и Dp_оп=f(G). Пересечение этих кривых на графике (рис. 10.4) дает возможность определить искомый расход воды и паровой смеси простого циркуляционного контура G.

Рисунок 10.5. Гидравлическая характеристика сложного циркуляционного контура

Испарительный пучок, состоящий из нескольких рядов подъемных труб разной длины, и одну общую опускную трубу, называют сложным циркуляционным контуром. Определение расхода воды в контуре производится следующим образом. Пусть сложный контур состоит из трех рядов труб (рис. 10.5). Задавая различные значения расхода G, рассчитывают и строят зависимости Dр_пол = f(G) для трех рядов (кривые 1,2,3). Складывая G для одинаковых значений Dp_пол отдельных рядов, строят суммарную зависимость Dp_пол1+2+3=f(G). Затем рассчитывают и строят зависимость сопротивления опускной трубы от расхода Dp_оп=f(G). Расчетная точка А находится на пересечении кривых и дает возможность определить сумарный расход в сложном контуре G_ц и расходы в каждом ряде труб G₁, G₂ и G₃, причем G_ц= G₁+ G₂+ G₃. Если паропроизводительность котла равна D, то отношение G_ц : D называется кратностью циркуляции:

, (кг/кг).

С увеличением тепловой нагрузки (интенсивности подвода теплоты) паропроизводительность увеличивается, а кратность циркуляции уменьшается. При уменьшении тепловой нагрузки кратность циркуляции возрастает, т.к. движущее давление уменьшается в меньшей степени, чем сопротивление опускных труб. Так, при уменьшении производительности вдвое кратность циркуляции возрастает в 1,6 раз.