Способы повышения надежности естественной циркуляции
Ненадежные режимы циркуляции в первую очередь возникают в трубках, обогрев которых отличается от среднего значения. В сильно обогреваемых трубах (особенно при сверхвысоком давлении) более вероятны режимы с «пересыханием» пленки при общей небольшой кратности циркуляции в контуре. Образование свободного уровня и опрокидывание циркуляции, напротив, раньше наступают в слабо обогреваемых трубах. Расслоенный режим движения пароводяной смеси происходит при малой весовой скорости потока, что опять-таки имеет место в наименее обогреваемых трубах с горизонтальными или слабонаклонными участками. Повышение надежности циркуляции, следовательно, может быть достигнуто путем выравнивания тепловосприятия всех труб контура эксплуатационными и конструктивными мероприятиями.
В результате тепловых перекосов в топке, шлакования и заноса отдельных труб летучей золой разница в обогреве отдельных труб может достигать 50% и более. Неравномерность обогрева, вызванная условиями эксплуатации, не является постоянной во времени. При переходе с одного режима работы котла на другой степень неравномерности обогрева труб изменяется. При эксплуатации котельного агрегата стараются всячески исключить топочную неравномерность и шлакование экранных труб. Конструктивными причинами, вызывающими неравномерность обогрева, являются неодинаковая длина труб в контуре, расположение в зонах котла с различной величиной обогрева и др.
При конструировании котельного агрегата принимают ряд мер, повышающих равномерность в обогреве испарительных труб и ослабляющих влияние эксплуатационной неравномерности в их обогреве. Наиболее универсальным способом, повышающим надежность, является увеличение сечения опускных труб. При этом возрастает как общий расход циркулирующей воды, так и расход через отдельные трубы контура, в том числе и слабо обогреваемые. Полезный напор при этом снижается и соответственно увеличивается запас на образование свободного уровня и опрокидывание циркуляции.
В более современных конструкциях экранов сечение опускных труб доходит до 25—50% от сечения подъемных труб. При значительном сопротивлении пароотводящих труб увеличение сечения опускных труб может оказаться мало эффективным. Уменьшение сопротивления опускных труб заметно понижает полезный напор контура, но слабо влияет на величину полезного напора экранных труб. Следовательно, условия образования свободного уровня на участке между коллекторами меняются незначительно. Поэтому при конструировании экранных поверхностей нагрева стремятся пароотводящие трубы выполнять с минимальным сопротивлением, в первую очередь за счет уменьшения их длины. Напротив, экранный контур стремятся выполнить высоким.
Наибольшая разница в обогреве экранных труб имеет место в сложных контурах циркуляции. Например, в одном из контуров экранные трубы, питаемые из одной опускной системы, расположены на разных стенках топки. Поэтому к тепловой неравномерности в пределах одного экрана добавляется неравномерность, вызванная расположением труб на разных стенках топки. К тому же геометрические размеры труб в сложных контурах получаются разными. Поэтому выполнением экранной системы в виде простых контуров удается значительно уменьшить неравномерность обогрева. Дальнейшим шагом в этом направлении является секционирование экранов, при котором трубная поверхность одной стенки разбивается на ряд секций с самостоятельным питанием и отводом пара. В этом случае обогреваемая поверхность каждого контура занимает узкую полосу на стенке топочной камеры, в пределах которой обогрев сравнительно равномерный. Секционирование экранов широко применяется в современном котлостроении.
В сложных контурах, выполняемых в виде конвективных пучков, различие в обогреве отдельных рядов постоянно во времени и сохраняется при всех режимах. Вместе с тем секционирование конвективных пучков невозможно. Выравнивание расхода циркулирующей воды в таких контурах проводится дросселированием потока на входе в наиболее сильно обогреваемые трубы. В качестве примера рассматривается способ исправления циркуляции в секционных котлах. Небольшие скорости воды в верхних рядах приводили к их повреждению. В трубы шестого и седьмого рядов обратным током воды увлекался пар, который вследствие малой скорости застаивался около верхней образующей горизонтального участка труб. Такой режим движения вызывал образование кольцевых трещин. В трубах четвертого и пятого рядов из-за малой скорости отлагался шлам на входных участках, что приводило к ухудшению охлаждения стенки трубы и ее разрыву.
Для выравнивания расходов был удален верхний ряд труб и установлены дроссельные шайбы диаметром 30 мм в трубы первых трех рядов и 40 мм в трубы четвертого ряда. После указанного дросселирования скорости выровнялись. В более современных конструкциях мощных котлов конвективные пучки практически не применяются по ряду причин, в том числе и вследствие менее надежной циркуляции в них. Расслоенный режим движения существует в горизонтальных и слабонаклонных трубах при малой весовой скорости потока. Наиболее рациональным способом, исключающим этот режим, является отказ от использования горизонтальных и слабонаклонных труб в котлах естественной циркуляции. Методы расчета циркуляции позволяют спроектировать циркуляционные схемы котлов естественной циркуляции, надежно работающие вплоть до давлений 185 ат.
