Надежная работа поверхностей нагрева может быть обеспечена только при устойчивой циркуляции охлаждающей среды. Наиболее интенсивно охлаждает трубы воды, мене интенсивно – пар. При превышении температуры стенки, изготовленных из углеродистой стали, 500ºС может произойти их разрыв. В наиболее тяжелых условиях работают экранные трубы, пароперегреватель, конвективные поверхности нагрева, так как температура среды там превышает 500 ºС.
Интенсивность охлаждения поверхности нагрева зависит от скорости движения охлаждающей среды, коэффициента теплоотдачи от стенки к ней и чистоты внутренней поверхности труб. Чем больше скорость, тем лучше охлаждение. Чем больше коэффициент теплоотдачи, тем меньше температура стенки. Загрязнения в виде накипи ухудшают отвод теплоты, приводят к перегреву и разрыву труб.
Нарушение циркуляции у котлов с естественной циркуляцией чаще всего происходят вследствие тепловой и гидравлической неравномерности работы параллельно включенных труб. Нарушения нормальной работы могут быть вызваны опрокидыванием циркуляции, возникновением свободного уровня воды в трубах и расслоением потока пароводяной смеси.
Опрокидывание циркуляции – такой режим работы парогенератора, при котором подъемные трубы начинают работать как опускные. Причины этого явления:
1. неравномерное распределение температуры по ширине котла, в результате чего происходит уменьшение тепловой нагрузки отдельных труб и ухудшение циркуляции в них;
2. значительное шлакование труб экранной поверхности нагрева, выведенных водяной объем барабана вызывает падение скорости циркуляции в зашлакованной части трубы;
3. заметный обогрев продуктами сгорания опускных труб, которые располагаются за обмуровкой или защищаются изоляцией. Возникает при разрушении изоляции;
4. попадание пара из барабана в опускные трубы при слишком близком расположении в барабане опускных труб и интенсивной работе подъемных труб.
В слабо обогреваемых трубах, выведенных в паровой объем барабана, может образоваться свободный уровень. Это происходит вследствие недостаточного давления для подачи пароводяной смеси в барабан. Однако в слабообогреваемой трубе будет происходить образование пара над водой, который заполнит верхнюю часть трубы, что приведет к перегреву стенки.
Расслоение потока пароводяной смеси возникает при движении ее с малыми скоростями в трубах, расположенных под небольшим углом к горизонту. При расслоении потока по нижней части движется вода, а по верхней пар. В результате верхняя часть трубы перегревается и выходит из строя.
Для предотвращения нарушения естественной циркуляции при проектировании котлов необходимо выполнять следующие условия:
1. применять топочные устройства, обеспечивающие равномерный обогрев экранных поверхностей нагрева;
2. не допускать шлакования труб;
3. не допускать снижения скоростей в отдельных циркуляционных контурах поверхности нагрева;
4. повышать эффективность работы рециркуляционных труб;
5. выносить опускные трубы за пределы обогрева продуктами сгорания, а при расположении их в обогреваемых газоходах недогревать воду в экономайзере до кипения;
6. располагать опускные трубы как можно ближе к нижней образующей верхнего барабана;
7. при близком расположении опускных и подъемных труб устанавливать между ними разделительные щитки;