Естественная циркуляция воды: Системы отопления с естественной циркуляцией

Системы отопления с естественной циркуляцией

Системы водяного отопления частного дома может быть реализовано с естественной или принудительной циркуляцией. От выбранного режима движения теплоносителя по трубам и радиаторам в значительной мере зависят характеристики и особенности эксплуатации системы. Традиционным вариантом, который используется уже в течение многих десятилетий, является система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя.

Такие системы применяются еще с тех пор, когда единственным доступным вариантом котельного оборудования для частного дома был простой твердотопливный котел. Достаточно широко самотечные системы распространены и сегодня.

В каталоге ТМ Ogint представлены эффективные радиаторы, комплектующие и дополнительные устройства для создания систем с естественной циркуляцией. Предлагаемая продукция позволит обеспечить максимально эффективную и надежную работу отопления.

Состав системы

Отопительная система с естественной циркуляцией (или система гравитационного типа) состоит из следующих основных компонентов:

  • котел. Возможно применение любых типов котлов за исключением электрических;
  • трубопровод;
  • радиаторы. В качестве отопительных приборов могут использоваться все виды радиаторов Ogint, которые обеспечат максимальную теплоотдачу и эффективную работу системы;
  • расширительный бак открытого типа.

Принцип действия

Принцип работы основан на разнице термодинамических характеристик нагретого и остывшего теплоносителя. Движение теплоносителя обеспечивается за счет его нагрева котлом.

При нагреве теплоноситель расширяется. Таким образом, горячая вода на выходе из котла имеет низкую плотность, а значит и меньший вес.

При прохождении через систему радиаторов вода отдает свое тепло и охлаждается. Плотность холодной воды выше, а значит и выше ее вес. В результате создается разница давления в подающей и обратной магистралях, достаточная для циркуляции теплоносителя.

Более тяжелая вода из обратки вытесняет нагретую котлом воду. В свою очередь, горячий теплоноситель, обладающий меньшей плотностью, легко поднимается вверх по центральному стояку. Подающий трубопровод располагается в верхней части помещения. Вода распределяется по радиаторам, остывает и направляется в обратную магистраль. Так обеспечивается цикл движения теплоносителя.

Очень важно соблюсти уклон при монтаже трубопроводов. Это необходимо для нормальной гравитационной циркуляции теплоносителя. Наклон труб должен иметь величину не менее 0,005 м на погонный метр. Наклон подающего трубопровода должен иметь направления от котла, а обратного трубопровода — к котлу.

Чтобы теплоноситель эффективно циркулировал в системе, его расширение должно быть довольно значительным. Поэтому обязательным является использование расширительного бака достаточно большого объема, в который поднимаются излишки разогретого теплоносителя.

Бак размещается, как правило, на неотапливаемом чердаке и не закрывается крышкой. В связи с этим самотечную систему также называют открытой. Размещение бака вверху дает создает дополнительное давление, что улучшает движение теплоносителя.

Для монтажа трубопроводов могут использоваться различные схемы разводки. В том числе может применяться однотрубная система «ленинградка» и традиционная двухтрубная система. Отопление работает лучше при использовании двухтрубной схемы. Что касается выбора батарей, то оптимальным решением будут чугунные радиаторы Ogint за счет небольшого гидравлического сопротивления. Также можно использовать биметаллические радиаторы Ogint.

Преимущества и недостатки систем с естественной циркуляцией

По сравнению с закрытой системой с принудительной циркуляцией, самотечная система является более простой и надежной. Для нее характерны следующие преимущества:

  • простота в эксплуатации, обслуживании и ремонте;
  • бесшумная работа;
  • повышенная надежность. В системе отсутствует циркуляционный насос, который может изнашиваться и выходить из строя;
  • движение теплоносителя за счет разницы температур обеспечивает способность к саморегуляции системы, что дает равномерный прогрев помещений;
  • энергонезависимость. В отличие от закрытых систем, а также от таких альтернативных решений, как теплые полы или электрические конвекторы, самотечная система может работать без электроснабжения
    .

Однако имеют такие системы и ряд серьезных недостатков. Даже небольшая ошибка в расчете может привести к тому, что теплоноситель не будет нормально циркулировать. Также необходимость соблюдения уклона обуславливает достаточно сложный монтаж. Для циркуляции теплоносителя необходимо использовать трубы большого диаметра, что приводит к повышению затрат.

Вода в расширительном баке испаряется, поэтому необходимо регулярно контролировать ее уровень. Также за счет открытого бака теплоноситель поглощает атмосферный воздух. Это может привести к завоздушиванию системы. Решить эту проблему позволяют комплектующие ТМ Ogint (краны Маевского для сброса воздуха и другие воздухоотводчики). Кроме того, открытый бак не дает возможности применять в качестве теплоносителя антифриз.

Характерной проблемой самотечных систем является то, что даже кратковременные перерывы в работе котла могут приводить к замерзанию воды в расширительном бачке и трубопроводах, что становится причиной аварии.

Для предотвращения таких ситуаций может использоваться термоаккумулятор.

Система с естественной циркуляцией может использоваться только при ограниченной длине трубопроводов. Она подходит для обогрева только небольшого одноэтажного здания. Если необходимо обогреть двухэтажный дом с большим количеством помещений, то самотечная система с этой задачей не справится.

Циркуляция естественная — Энциклопедия по машиностроению XXL

Замкнутую систему, состоящую из барабана, опускных труб, коллектора и испарительных поверхностей, по которой многократно движется рабочее тело, принято называть контуром циркуляции, а движение воды в нем — циркуляцией. Движение рабочей среды, обусловленное только различием веса столбов воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъемных, называют естественной циркуляцией, а паровой котел —барабанным с естественной циркуляцией. Естественная циркуляция возможна лишь 14  
[c.14]

Агрегаты, в испарительных трубах которых движение рабочего тела создается под воздействием напора циркуляции, естественно возникающего при обогреве этих труб, получили название парогенераторов с естественной циркуляцией. Чем больше высота контура циркуляции, тем больше развиваемый  [c.13]

Циркуляция естественная, движущий напор, 13  [c.239]

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией. Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой циркуляционной трубы J и обогреваемых кипятильных труб 2 (рис. 4.3.2). Если жидкость в кипятильных трубах нагрета до кипения, то в результате испарения ее части в этой трубе образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности жидкости. Таким образом, масса столба жидкости в циркуляционной трубе будет больше, чем в кипятильных трубах, вследствие чего произойдет упорядоченная циркуляция кипящей жидкости по пути кипятильные трубы — паровое  

[c.409]

Цепные решетки 121 Циклонные топки 96, 111, 173 Циркуляция естественная 223  [c.522]

Циклон выносной 97 Циркуляция естественная 88  [c.302]

Отметим, что возникновение рассматриваемой циркуляции в канале при полном заполнении его сечения потоком материала (назовем эту циркуляцию естественной) возможно в редких случаях. Естественной циркуляции препятствует ряд факторов. Прежде всего при перегрузках кусковых и зернистых материалов частицы занимают практически всю полость каналов, в силу имеющегося поперечного градиента концентрации частиц происходит лишь некоторая деформация профиля продольных скоростей эжектируемого воздуха. При наличии аспирации по нисходящей схеме в полости канала, не занятого материалом, возникает внешний положительный градиент, который препятствует формированию встречного течения. Противоположный эффект будем иметь при перегрузках нагретого материала. Возникающий из-за межкомпонентного теплообмена тепловой напор будет способствовать образованию естественной циркуляции.  

[c.237]

Целесообразность перегрева пара для энергетических установок (см. 6.4) потребовала размещения специальных поверхностей нагрева — пароперегревателей. Так, к середине XX века оформилась принципиальная схема конструкции барабанного вертикально-водотрубного котла с многократной естественной циркуляцией, имеющего экранированную топку (рис. 18.2).  [c.148]

Устройство современного парового котла. Одна из схем котла с естественной циркуляцией приведена на рис. 18.2. Барабанный паровой котел состоит из топочной камеры и газоходов, барабана, поверхностей нагрева, находящихся под давлением рабочей среды (воды, пароводяной смеси, пара), воздухоподогревателя, соединительных трубопроводов и воздуховодов.  

[c.148]


Экраны котлов с естественной циркуляцией, работающих под разрежением в топке, выполняются из гладких труб с внутренним диаметром 40 —80 мм. Экраны представляют собой ряд параллельно включенных вертикальных подъемных труб, соединенных между со-  [c.149]

Если отходящий из технологических установок газ не содержит горючих компонентов, то такой котел горелочных устройств не имеет. Эти котлы работают с естественной или принудительной циркуляцией и имеют практически все детали описанных выше котельных агрегатов.  [c.157]

По характеру циркуляции различают системы отопления с естественным и принудительным движением воды.

Естественная циркуляция осуществляется за счет гравитационных сил, возникающих вследствие разницы плотностей горячей и охлажденной у потребителя воды. Системы отопления с такой циркуляцией применяются в небольших жилых домах,оборудованных индивидуальными котельными.  [c.195]

Нельзя, поскольку не будет обеспечена разница весов воды в опускных трубах и пароводяной смеси в испарительных (подъемных), т. е. не будет движущей силы естественной циркуляции. Это связано с тем, что (согласно 4.2) в критическом состоянии удельные объемы (и плотности) воды и пара  [c.215]

Задача IX—19. Система водяного отопления с. естественной циркуляцией состоит из водогрейного котла, в котором вода нагревается до температуры 95° С, и кольцевого трубопровода общей длиной / == 16 м и диаметром й =-  [c.249]

При кипении жидкости в генераторе концентрация холодильного агента в жидкости понижается, а в абсорбере вследствие поглощения концентрированного пара, наоборот, повышается. Чтобы поддержать неизменную концентрацию в обоих аппаратах, осуществляется циркуляция жидкости при помощи насоса 6 или естественным путем вследствие разности плотностей растворов разной концентрации.  [c.626]

Схема ЦГВ с циркуляцией применяется в зданиях, где не допускается снижения температуры воды ниже требуемой. Циркуляция может быть естественной (за счет разности плотностей холодной и горячей воды) или напорной с применением циркуляционных насосов.  [c.401]

Способность жидкостей менять плотность (и удельный вес) при изменении температуры широко используется для создания естественной циркуляции в котлах, отопительных системах, для удаления продуктов сгорания и т. д.  [c.12]

Задача 9-19. Система водяного отопления с естественной циркуляцией состоит из водогрейного котла, в котором вода нагревается до температуры =  [c.249]

Водяное отопление с естественной циркуляцией. На рис. 24 представлена простейшая схема водяного отопления с естественной циркуляцией, состоящая из котла А и одного нагревательного прибора В. Условно принимаем, что температура изменяется только в нагревательном приборе. Плотность горячей воды в левом стояке обозначим Р/, а плотность охлажденной в правом стояке — При закрытом  [c.44]

Из изложенного следует, что для возникновения естественной циркуляции необходима разность высотных положений нагревательного прибора и котла.  [c.44]

Теплоотдача при свободном движении. Если около нагретой стенки (рис. 6-8) находится газ (или жидкость) и температура стенки отличается от температуры газа, то ближайшие к стенке части газа нагреются и как более легкие поднимутся вверх, на их место подойдет более холодный газ в результате начнется циркуляция газа около стенки. Получающийся в этом случае теплообмен, при котором движение происходит за счет разности удельных весов холодного и нагретого газа или жидкости, называется теплообменом при свободном движении (естественной конвекции).  [c.242]

Рис. 2.54. Ej = / (Gr Pr) при естественной циркуляции в замкнутом пространстве  [c. 145]

В соответствии с этими характеристиками водяные парогенераторы классифицируют на следующие группы по паропроизводительности— большой, средней и малой, по характеру циркуляции — с многократной естественной, многократной принудительной и однократной принудительной, по виду сжигаемого топлива — с камерными топками для сжигания пылевидного твердого топлива, с камерными топками для сжигания мазута и газа и со слоевыми топками для сжигания кускового твердого топлива.  [c.280]
Парогенераторы ВТ используют при низком давлении для выработки насыщенного пара циркуляция теплоносителя — многократная естественная, топки — камерные для сжигания газа и мазута.  [c.280]

Котел типа СЭТА-Ц-100-1М (рис. 3.30) применяют в технологической линии получения серной кислоты из элементарной серы или сероводорода. Котел водотрубный, цилиндрический, цельносварной, вертикальный, с горизонтальным циклоном для сжигания серы или сероводорода. Циркуляция естественная, испарение одноступенчатое. Произ-  [c.84]

Агрегаты, в парогенерирующих трубах которых движение рабочего тела создается под воздействием напора циркуляции, естественно возникающего при обогреве этих труб, получили название парогенераторов с естественной циркуляцией. Чем больше высота контура циркуляции, тем больше развиваемый в нем движущий напор. Возникающий при этом движущий напор циркуляции не -превышает 0,1 МПа. Этого достаточно. для преодоления гидравлического сопротивления по всему контуру циркуляции, парогенерирующие трубы в котором расположены вертикально.  [c.17]

Циркуляция. Естественная Естествен- ная Естествен- ная Побудительная реверсивная Побудител ная ревер сивная  [c.214]

Барабанные котлы с естественной циркуляцией. На рис. 18.7 изображены газомазутный котел марки ТГМ-84Б производительностью 420т/ч при давлении вырабатываемого пара 13,7 МПа (140 кгс/см ) и температуре 560 °С. Этот котел имеет сравнительно небольшие размеры (высота до оси барабана всего 28,7 м). Топка котла разделена на две симметричные камеры (полутонки) вертикальным, воспринимающим излучение с двух сторон (двусветным) экраном. Первая ступень пароперегревателя этого котла выполнена из трубных панелей, расположенных по всей высоте фронтовой стены обеих полутопок, и является фронтовым экраном. Потолок также закрыт сплошным рядом труб, образующих  [c.153]

ДКВР (рис. 18.8) — двухбарабанные котлы с естественной циркуляцией и экранированной топочной камерой. Бара-(>аны расположены вдоль оси котла, между ними размещен коридорный пучок кипятильных труб. Движение топочных газов — горизонтальное с поперечным омыванием труб и поворотами. Повороты топочных газов обеспечиваются установкой перегородок, первая из которых выполнена из шамотного кирпича, вторая — из чугуна. Боковые экранные тру-()ы верхними концами закреплены в верхнем барабане, нижние концы экранных -руб приварены к нижним коллекторам. Передние опускные трубы, расположенные в обмуровке, являются также дополнительной опорой верхнего барабана. Пароперегреватель, если он имеется, размещается вместо части труб кипя-«ильного пучка (обычно первого газохо-/1,а). Вход пара в пароперегреватель — непосредственно из барабана, выход —  [c.155]

Это условие заключается в требовании, чтобы скорость жидкости не обращалась в бесконечность на острой задней кромке крыла напомним в этой связи, что при огибании угла идеальной жидкостью скорость в вершине угла обращается, вообдце говоря, в бесконечность по степенному закону (задача 6 10). Можно сказать, что поставленное условие означает, что струи, стекающие с обеих сторон крыла, должны плавно смыкаться без того, чтобы поворачивать вокруг острого угла. Естественно, что при выполнении этого условия решение задачи о потенциальном обтекании приведет к картине, наиболее близкой к истинной, при которой скорость везде конечна, а отрыв происходит лишь у самой задней кромки. Решение становится г[осле этого вполне однозначным и, в частности, определяется и нужная для вычисления подъемной силы циркуляция Г.[c.261]

Способность жидкостей мен5[ть плотность (удельный вес) при изменении температуры шиэоко используется для создания естественной,.циркуляции в котлах, отопительных системах, для удаления продуктов сгорания и г. д.  [c.16]

Для воды при атмосферном давлении скорость смеси при полном ее испарении возрастает примерно в 1600 раз, для азота при том же давлении — примерно в 160 раз в сравнении со скоростью однофазной жидкости на входе в канал. Ясно, что при некоторых значениях скорости циркуляции формальная оценка скорости смеси в парогенерирующем канале по формулам (7.8) или (7.8а) может дать значение, превышающее скорость звука в паре. Практически это означает, что в таком канале произойдет запирание потока, поскольку в прямом канале невозможен переход потока через скорость звука. В случае конденсации пара в трубе скорость смеси, естественно, уменьшается в соответствии с теми же соотношениями (7.8) и (7.8а).  [c.297]

Имеются разнообразные конструкции опреснителей по способу дистилляции, в особенности за рубежом, где этот способ широко распространен. Испарители бывают с естественной и искусственной циркуляцией воды, вертикальные и горизонтальные, работающие с давлением пара ниже атмосферного (вакуумные испарители) и выше атмосферного. Вакуумные испарители, в которых вакуум создается термокомпрессором, применяют с целью избежания образования накипи, так как в них температура испарения воды снижается до 55°С. Борьба с накипеобразованием является основной проблемой при опреснении воды дистилляцией.  [c.270]

Котлоагрегаты делятся на паро- и теплогенераторы. Парогенератором называется агрегат, состоящий из топки, поверхностей нагрева, находящихся под давлением рабочей среды (жидкого теплоносителя, парожидкостной смеси, пара), и воздухоподогревателя, предназначенный для поАучения пара заданных параметров. На рис. 5.1 изображена принципиальная схема парогенератора с естественной циркуляцией в нем жидкого теплоносителя, например воды. В топке I сжигается топливо, образующиеся продукты сгорания в виде факела передают часть своей внутренней энергии (в основном излучением) кипящей воде, движущейся в кипятильных трубах 2, расположенных на стенках топки. Эти испарительные поверхности нагрева называются экранами. Далее продукты сгорания проходят через верхнюю часть заднего экрана 3, называемого фестоном (разреженные трубы экрана), и последовательно омывая пароперегреватель 4, экономайзер 5, воздухоподогреватель 6, охлаждаются до 180… 120°С и с помощью дымососа через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.  [c.276]


На рис. 5.2 представлена принципиальная схема естественной многократной циркуляции теплоносителя в парогенераторе. Насосом I теплоноситель подается в экономайзер 2, откуда он поступает в верхний барабан 3 циркуляционного контура парогенератора. Теплоноситель циркулирует по схеме верхний барабан 3 — опускные трубы 4 — нижний барабан либо коллектор 5 — нодъсмпые трубы 6 — верхний барабан 3, естественным путем вследствие разности плотностей жидкости р в необогреваемых трубах 4 и парожидкостной смеси Рсм в обогреваемых подъемных трубах. Насыщенный пар из верхнего барабана 3 поступает в пароперегреватель 7 и далее к потребителю. Движущей силой циркуляции будет движущий напор (давление), Па, равный  [c.282]
Теплотехника (1986) — [ c.280 , c.282 ]

Конструкция и расчет котлов и котельных установок (1988) — [ c.14 , c.234 ]

Котельные установки (1977) — [ c.165 ]

Котельные установки промышленных предприятий (1988) — [ c.223 ]

Промышленные котельные установки Издание 2 (1985) — [ c.156 ]

Эксплуатация, ремонт, наладка и испытание теплохимического оборудования Издание 3 (1991) — [ c.88 ]

Промышленные парогенерирующие установки (1980) — [ c.8 , c.155 ]

Котельные установки (1977) — [ c.165 ]

Котельные установки (1977) — [ c.165 ]



ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОДЫ — это… Что такое ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОДЫ?

ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОДЫ

движение по трубам парового котла воды и пароводяной смеси. Ц. в может быть естеств., многократной принудит. и однократной принудительной (в прямоточных котлах). Принудит. Ц. в. создаётся посредством насосов. Естеств. и многократная принудит. II. в. возможны лишь в барабанных котлах, работающих при давлении ниже критического. Обусловливается она разностью плотностей воды в опускных (не обогреваемых) трубах и пароводяной смеси в подъёмных кипятильных и экранных трубах. См. рис.

Схемы циркуляции воды, пароводяной смеси и пара в котельной установке: а — котёл с естествеяной циркуляцией; б — котёл с многократной принудительной циркуляцией; в — прямоточный котёл; 1 — питательный насос; 2 — водяной экономайзер; 3 — циркуляционный контур; 4 — барабан; 5 — пароперегреватель; 6 — циркуляционный насос; 7 — испарительная поверхность нагрева

Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004.

  • ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ЗОНА
  • ЦИРКУЛЯЦИЯ СКОРОСТИ

Смотреть что такое «ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОДЫ» в других словарях:

  • циркуляция воды — vandens apytaka statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. water circulation vok. Wasserumlauf, m; Wasserzirkulation, f rus. циркуляция воды, f pranc. circulation d eau, f …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • циркуляция воды — vandens cirkuliacija statusas T sritis Energetika apibrėžtis Vandens ir vandens ir garo mišinio judėjimas cirkuliaciniu garo katilo kontūru, kurį sudaro šildomi ekraniniai arba pasviri vamzdžiai ir nešildomi leidimosi vamzdžiai. Vandens… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

  • циркуляция воды в котле — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN boiler circulation …   Справочник технического переводчика

  • принудительная циркуляция воды — priverstinė vandens apytaka statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. forced water circulation vok. Zwangswasserdurchlauf, m rus. принудительная циркуляция воды, f pranc. circulation forcée d eau, f …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • вертикальная циркуляция воды — Движение морских вод по вертикали вследствие плотностной конвекции, сгонно нагонных явлений вблизи берегов, вихревых образований и т. п …   Словарь по географии

  • ЦИРКУЛЯЦИЯ — (от лат. circulatio круговращение), перемещение воздушных или водных масс, вызванных градиентом температуры, давления и т. д. на большой площади с замкнутыми или частично замкнутыми линиями тока (общая циркуляция атмосферы, циркуляция муссонная,… …   Экологический словарь

  • ЦИРКУЛЯЦИЯ — (Circulation) 1. Движение газов и жидкостей по замкнутому контуру. Циркуляция. В зависимости от причин, ее вынуждающих, делится на Ц. естественную и Ц. принудительную. Ц. естественная является следствием различия в плотности (и температуры) в… …   Морской словарь

  • Циркуляция — естественная циркуляция теплоносителя циркуляция теплоносителя в водо водяном кипящем реакторе, осуществляемая за счет разности масс столба воды в кольцевом зазоре между корзиной и корпусом реактора и столба пароводяной смеси в активной зоне.… …   Термины атомной энергетики

  • ЦИРКУЛЯЦИЯ — (от лат. circulatio круговращение) ..1) круговорот, круговращение, напр. циркуляция атмосферы, циркуляция крови2)] Движение жидкости или газа по замкнутой траектории, напр. воды и пароводяной смеси по трубам парового котла3) Траектория… …   Большой Энциклопедический словарь

  • циркуляция морской воды — — [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] EN sea circulation Large scale horizontal water motion within an ocean. The way energy from the sun, stored in the sea, is transported around the world. The currents explain, for… …   Справочник технического переводчика

Паровые котлы с естественной циркуляцией — Журнал АКВА-ТЕРМ

Опубликовано: 08 июля 2011 г.

4519

М. Иванов


В паровых котлах для превращения питательной воды в пар применяются различные схемы циркуляции теплоносителя: естественная, многократная принудительная и прямоточная. Наибольшее распространение получили котлы с естественной циркуляцией.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Технология получения пара предполагает последовательность нескольких физических процессов. Все начинается с подогрева питательной воды, которая поступает в котел при определенном давлении, создаваемом питательным насосом. Этот процесс происходит при однократном прохождении воды через трубы конвективной поверхности нагрева, называемой экономайзером (рис.1).
После экономайзера вода поступает в испарительные поверхности нагрева, которые располагают, как правило, в топочных камерах паровых котлов. Из названия этого элемента котла понятно, что здесь происходит образование пара, который затем в некоторых котлах поступает в пароперегреватель. Через обогреваемые дымовыми газами трубы пароперегревателя пар проходит однократно, а вот парообразующие поверхности нагрева могут быть разными. Чаще всего в котлах пароводяная смесь многократно проходит через обогреваемые трубки топочных экранов за счет естественной циркуляции или в результате многократно-принудительной циркуляции (с использованием особого насоса). В котлах, которые называют прямоточными, пароводяная смесь проходит через испарительные поверхности нагрева однократно, за счет давления, создаваемого питательным насосом.
Остановимся подробнее на особенностях процесса получения пара в котлах с естественной циркуляцией.
На рис. 1 приведена схема барабанного котла с естественной циркуляцией, выполненного по традиционной П-образной схеме. Питательная вода поступает в экономайзер, расположенный в конвективной шахте. Экономайзер является первой частью водопарового тракта  котла: нагретая в нем вода поступает в барабан, который, в своей нижней части, соединен как с необогреваемыми опускными, так и с обогреваемыми подъемными трубами. По необогреваемым трубам котловая вода опускается к коллекторам, размещенным у нижней кромки топочной камеры. Из этих коллекторов вода поступает в вертикальные трубки топочных экранов. Именно здесь, благодаря мощному тепловому потоку от сгорания органического топлива, начинается собственно процесс парообразования. При однократном прохождении через топочные экраны испаряется не вся вода: в барабан возвращается пароводяная смесь. В объеме барабана происходит сепарация воды и пара. Пар поступает к потребителю или во входной коллектор пароперегревателя, а котловая вода вновь попадает в опускные трубы циркуляционного контура.

Рис. 1. Схема барабанного котла с естественной циркуляцией, работающего на пылевидном топливе:
1 – горелки; 2 – топочная камера; 3 – топочный экран; 4 – барабан; 5 – опускные трубы; 6 – фестон; 7 – пароперегреватель; 8 – конвективный газоход; 9 – экономайзер;10 – трубчатый воздухоподогреватель; 11 – нижние коллектора топочных экранов

Подъемно-опускное движение по контуру естественной циркуляции (т.е. по необогреваемым опускным и обогреваемым подъемным трубам) происходит вследствие разности плотностей котловой воды и пароводяной смеси.
Для повышения надежности циркуляции на барабанных котлах повышенного давления (17–18 МПа) применяют принудительное движение пароводяной смеси в топочных экранах (рис. 2, б). Как видно из приведенных схем, котел с принудительной циркуляцией  отличается от котла с естественной циркуляцией (рис.2, а) наличием насоса для котловой воды. На этом же рисунке (2, в) показана схема прямоточного котла.

Рис. 2. Схема движения воды и водяного пара:
а) барабанный котел с естественной циркуляцией; б) барабанный котел с принудительной циркуляцией; в) прямоточный котел
1 – питательный насос; 2 – экономайзер; 3 – верхний барабан котла; 4 – опускные трубы; 5 – испарительные подъемные трубы; 6 – пароперегреватель; 7 – циркуляционный насос; 8 – нижний коллектор

В прямоточных котлах, которые не имеют барабана, а контур разомкнут, превращение воды в пар происходит за один проход нагревателя, и кратность циркуляции равняется единице. В барабанных котлах этот показатель выше. В котлах с принудительной циркуляцией, у которых имеются нагреватели в виде змеевиков, кратность циркуляции составляет обычно от 3 до 10. В котлах с естественной конвекцией этот параметр обычно составляет 10–50, а при малой тепловой нагрузке труб – 200–300.

Особенности и преимущества

Основным параметром, которым руководствуются при выборе марки парового котла с естественной циркуляцией (ПКЕЦ), является его паропроизводительность, измеряемая в т/ч или кг/ч. Широкий модельный ряд ПКЕЦ позволяет выбрать котлы с требуемой производительностью, начиная от нескольких килограммов до нескольких тонн пара в час. Важными показателями состояния водяного пара являются его давление и температура.
Широкий круг моделей ПКЕЦ позволяет генерировать водяной пар с избыточным давлением от десятых долей до нескольких десятков атмосфер. ПКЕЦ могут работать на различных видах органического топлива: природном газе, угле, дровах и древесных отходах, а также на жидком топливе – сырой (стабилизированной) нефти, мазуте, дизельном топливе. В ряде случаев используются особые топочные устройства, позволяющие ПКЕЦ работать на нескольких видах топлива. Кроме традиционного применения для генерации технологического пара, они широко используются в различных областях: на железнодорожном и водном транспорте, в пищевой, легкой и добывающей промышленности.
Основные достоинства ПКЕЦ – высокая надежность, простота эксплуатации, повышенная степень автоматизации и экономичности.
Создание условий надежности циркуляции в топочных экранах достигается ограничением рабочего давления котлоагрегата – обычно не выше 155 атм. Вызвано это тем, что при более высоком давлении сильно снижается разность плотностей пара и воды, в результате чего не обеспечивается эффективная циркуляция.
Современные ПКЕЦ производители комплектуют микропроцессорной системой управления и защиты. Например, система «Альфа-М» производства фирмы «Энергетик» (Москва) позволяет достичь простоты и удобства в обслуживании. Применение таких систем оптимизирует соотношение «топливо-воздух» при разных расходах топлива, что благоприятно сказывается и на эффективности производства тепловой энергии.
Котлы этого типа могут эксплуатироваться в различных климатических зонах, не требуют сложных пусконаладочных работ. Существенным преимуществом не слишком крупных современных моделей ПКЕЦ является их моноблочное исполнение. В такой конструкции предусматривается компактная установка на одной раме с агрегатом вентилятора, дымососа и питательного насоса. Сочетание высокой степени конструкторской проработки с точными системами управления и контроля позволяет достичь в ПКЕЦ высоких значений КПД, которые могут превышать 90 %.
В моноблочном исполнении котлы поставляются единым транспортабельным блоком – в собранном виде, в обмуровке и обшивке. Их монтаж относительно несложен. Компактность размещения оборудования не препятствует проведению текущего и аварийного ремонтов, а также осуществлению профилактических процедур – все узлы и детали доступны для обследования.

ПКЕЦ на российском рынке

На российском рынке паровых котлов, а также на всей территории СНГ чаще других можно встретить промышленные котлы с естественной циркуляцией, причем присутствует продукция как отечественных, так и зарубежных производителей. Котлы, произведенные в России, имеют в маркировке индекс «Е», отражающий принцип естественной циркуляции теплоносителя в этих моделях. По цене они более выигрышны в сравнении с зарубежными аналогами.
Паровые котлы серии «Е», выпускаемые ООО «ПТО» (Москва), – вертикально-водотрубные, с двумя барабанами, расположенными на одной вертикальной оси и соединенными между собой трубами диаметром 51 мм.
Котлы серии «Е» выпускаются в следующих модификациях, в зависимости от используемого топлива: Е 1,0-0,9 Г-З (Э) – для работы на природном газе, Е 1,0-0,9 М-З (Э) – для работы на мазуте, Е 1,0-0,9 Р-З (Э) – для работы на твердом топливе, Е 1,6-0,9 ГМН (Э) – для работы на газе или мазуте. Первая из групп цифр, следующая за индексом «Е», обозначает паропроизводительность (т/ч), вторая – давление пара в котле (МПа). Обозначение «Н» указывает на наличие в котле системы наддува.
Котлы серии «Е» предназначены для производства насыщенного водяного пара с рабочим давлением 8 атм. Этот пар потребляется различными предприятиями промышленности, транспорта, а также предприятиями сельского хозяйства для отопительных, технологических, хозяйственных и бытовых нужд.

 

Рис. 3. Паровой котел с естественной циркуляцией E-1,0 — 0,9 ГМ.

ГК «Комплексные системы» (Петербург) предлагает паровые котлы серии «КЕ» – со слоевыми механическими топками производительностью от 2,5 до 10 т/ч. Эти котлы предназначены для выработки насыщенного или перегретого водяного пара, который находит применение для технологических нужд промышленных предприятий, а также в системах отопления, вентиляции и ГВС.
Серия «КЕ» подразделяется на модификации «КЕ-С», снабженные слоевыми топочными устройствами, и модификации «КЕ-МТ», в которых имеется топка предварительного скоростного горения.
Котлы серий «ДЕ» предлагает промышленная группа «Генерация» (г. Березовский, Свердловская обл.). Они могут работать на различных видах топлива (газ, мазут) и имеют производительность от 4 до 25 т/ч. Предназначены для выработки насыщенного или слабоперегретого пара, используемого для технологических нужд предприятий, а также для отопления, вентиляции и ГВС. Серия «МЕ» отличается от предыдущей серии тем, что котлы этой серии имеют большую на 20 % поверхность нагрева и, соответственно, более высокий КПД. Котлы этой же серии предлагает и компания «Теплоуниверсал» (Петербург).
Из зарубежных производителей можно назвать итальянскую фирму Garioni Naval, поставляющую на Российский рынок промышленные модели марки GMT/HP 200–2000,  паропроизводительностью от 0,3 до 3,5 т/ч. Отличительная особенность котлов этой серии – величина рабочего давления получаемого пара, которая может меняться от 5 до 110 атм. Давление водяного пара в указанном диапазоне соответствует температуре теплоносителя от 152 до 318 °С, что позволяет применять котлы этой серии в различных отраслях промышленности.
Паровые котлы высокого давления с естественной циркуляцией типа НРВ (немецкая фирма BBS GmbH) имеют паропроизводительность от 0,3 до 8 т/ч. Водотрубные котлы этой серии способны производить насыщенный пар с рабочим давлением до 120 атм. Теплоноситель с такими параметрами обычно используется в химической, нефтехимической, пищевой, а также косметической промышленностях.
Представлены также паровые котлы низкого давления зарубежного производства. Так, фирма Viessmann (Германия) производит котлы марки Vitoplex 100-LS  производительностью 0,26–2,2 т/ч на жидком или газообразном топливе, с рабочим давлением в котле 7 атм.

Статья опубликована в журнале «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ» № 2(7)` 2011


вернуться назад

Читайте также:

Циркуляция естественная — Справочник химика 21

    Удельный вес, удельный объем. Из таблицы IV видно относительно большое изменение удельного веса воды при различных температурах, что имеет большое значение для естественной циркуляции воды в системе отопления. Разность удельных весов определяется разностью температур нагретой и охлажденной воды она создает в системе циркуляции естественное движение. Скорость циркуляции прямо пропорциональна разности удельных весов циркулирующей воды. [c.289]
    Земная жизнь как нельзя лучше использует эти особенности воды. При сезонных изменениях температуры реки и озера не промерзают до дна. Верхний слой, охладившись до 4°С и достигнув максимальной плотности, опускается на дно водоема, принося кислород его оби-тате.лям и обеспечивая равномерное распределение питательных веществ. Поднявшиеся к поверхности более теплые слои уплотняются при соприкосновении с приповерхностным воздухом, охлаждаясь до 4°С, и в свою очередь опускаются. Такое перемешивание происходит до тех пор, пока циркуляция естественно не прекратится и водоем не покроется плавающим слоем льда. [c.35]

    В зависимости от характера движения в выпарном аппарате упариваемых щелоков различают аппараты с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией. Естественная циркуляция упариваемых щелоков возникает в результате изменения удельного веса растворов в кипятильнике и испарительной (паровой) [c.15]

    Схема экспериментальной установки и измерений показана на рис. IV.9. Установка работает по замкнутому контуру. Циркуляция естественная. Исследуемая жидкость кипит внутри экспериментальной трубки 1, образующаяся парожидкостная смесь поднимается в рабочую емкость 5, где происходит ее сепарация. Пар направляется в конденсатор 7 змеевикового типа, конденсат из которого возвращается в рабочую емкость. Уровень жидкости в ней контролируется при помощи уровнемерного стекла 6. Жидкий продукт из рабочей емкости поступает в калориметр 2 для замера расхода, после которого предварительно подогретый до необходимой температуры промежуточным электронагревателем 10 поступает в экспериментальный участок. Охлаждение конденсатора и жидко- [c.153]

    Выпарные аппараты с естественной циркуляцией. Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой циркуляционной трубы I и обогреваемых кипятильных труб 2 (рис. 4.3.2). Если жидкость в кипятильных трубах нагрета до кипения, то в результате испарения ее части в этой трубе образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности жидкости. Таким образом, масса столба жидкости в циркуляционной трубе будет больше, чем в кипятильных трубах, вследствие чего произойдет упорядоченная циркуляция кипяшей жидкости по пути кипятильные трубы — паровое [c.409]

    Замораживание в морозильных камерах. При загрузке морозильных камер необходимо правильно размещать в них продукты и обеспечивать свободную циркуляцию (естественную или побудительную) воздуха. Для этого полутуши или четвертины мяса размещают на крюках кареток подвесных путей. Они не должны соприкасаться, так как помимо замедления процесса неизбежно их смерзание. [c.229]


    В результате проведенного исследования установлено, что закономерности теплообмена при кипении в условиях ограниченного межреберного пространства имеют ряд существенных особенностей. Наиболее важной из них является отмеченное увеличение плотности теплового потока при переходном кипении с ростом скорости циркуляции. Существенный рост тепловых потоков позволяет надеяться, что рационально организованная циркуляция (естественная и вынужденная) жидкости в межреберпом зазоре позволит увеличить теплосъем с оребренной поверхности по сравнению с рассчитанным по кривой кипения, полученной в условиях большого объема. [c.14]

    Подобное приспособление устроено, напр., в биполярных ваннах группы Toronto-Power. Для отдельных ячеек, не имеющих общей циркуляции, естественно можно применить тот же принцип, снабжая каждую ячейку поплавком и располагая трубопроводы для питающей воды, в которых должно быть только небольшое давление, вдоль всех ячеек, как, например, в установке Fauser. Для того, чтобы в закрытых ваннах на положение уровня не влияло газовое давление, поплавок должен находиться под тем же газовым давлением, какое имеется в ванне. Для этого поплавок может быть расположен внутри ванны, или газовое давление в последней должно поддержива-п>ся постоянным при помощи регулятора (см. выше). [c.55]


Отопление с естественной циркуляцией воды

Наипростейшее водяное отопление — это отопление с естественной циркуляцией воды. Циркуляция происходит за счет разной плотности воды при низкой и высокой температуре и продолжается при разнице в пределах 25 градусов.

Ускорить циркуляцию воды можно увеличением расстояния между котлом и отопительными приборами, поэтому котел целесообразно располагать в подвале, также при этом увеличится тяга в дымоходе. Хранить топливо тоже лучше в подвале.

Для двухэтажного дома наиболее приемлемые двухтрубные системы отопления. Они различаются разведением стоек и подводкой к отопительным приборам.

На рисунке: двухтрубная двухэтажная система отопления с естественной циркуляцией
1 — котел (котел), 2 — обратная линия с охлажденной водой, 3 — отопительный прибор, 4 — горячий трубопровод, 5 — расширительный бак, 6 — главный стояк,7-раковина, 8 — переливной трубопровод, 9 • вентиль на линии спуска системы,10 — ручной насос, 11 — вентили.

На схеме показана двухтрубная двухэтажная система отопления с верхней тупиковым разведением, с горячим теплопроводом в потолке или на чердаке и обратной линией 2 у пола. Горячая вода поступает из котла 1 по главному стояку 6 до преклонных трубопроводов 4, расположенных под потолком второго этажа или на чердаке. С наклонных трубопроводов по вертикальным стоякам горячая вода попадает в отопительные нагревательные приборы 3. Избыток воды, возникающей из-за ее расширения при нагревании, поступает в расширительный бак 5. А из отопительных приборов уже охлажденная вода поступает в котел.

Система функционирует при условии, что она полностью заполнена водой. Поэтому перед розжигом котла проверьте систему на наличие воды в расширительном баке. Заполнение системы водой производится непосредственно в котле.

Требования по монтажу оборудования, входящего в систему, следующие.

В индивидуальном жилом строительстве используют чугунные радиаторы, стальные гладкотрубные регистры, хотя они громоздки и не украшают интерьер.

Подводка (подключения) труб к отопительным приборам бывает разносторонним (входная труба с одной стороны, а выходящая из другого) и односторонней выходная труба подключены с одной стороны). Для индивидуальных систем отопления с естественной циркуляцией больше подходит разносторонняя подводка. Возможна и односторонняя: горячую воду подводят к верхней пробки радиатора, а отводят через нижнюю.

Разместить отопительные приборы надо так, чтобы обеспечить благоприятный тепловой режим, не нарушая интерьер. Холодный воздух попадает в помещение из щелей в окнах, поэтому отопительный прибор должен охватывать и перекрывать оконный проем. Лучше смонтировать несколько радиаторов с промежутком, чем один большой. Заводская группировки радиаторов имеет 7-8 секций. Коэффициент теплоотдачи радиатора при большем количестве секций упадет.

Расширительный бак 5 необходимо для восполнения потерь воды из-за утечки, испарения и т.д. Минимальный объем бака — в пределах 25-50 л. Это объем от места присоединения наклонных труб к главному стояку до уровня подключения переливной трубы. Для такого бака подойдет емкость с толщиной стенок не менее 0,5 мм. Бак должен быть оснащен крышкой на болтах. Главный стояк присоединяют к баку со стороны дна или сбоку. Штуцер или уваренная верхушка главного стояка должна возвышаться над дном бака на 60-100 мм. В таком случае частицы песка и ржавчины будут оседать на дно, не повреждая отопительные приборы и котел. Периодически бак нужно очищать от осадка.

Переливная труба 8 предохраняет его от переполнения. Трубу выводят в  раковину 7 или в специальный бак, где набирается вода из системы ее используют для подпитки системы. Многократные нагреватели такой воды выводят из нее часть солей.

Подкормка в системе осуществляется с помощью ручного насоса 10. Уровень воды в баке определяют по электронным сигнализаторами или используют сигнальную трубу, которая проходит параллельно с переливной и заканчивается над раковиной. На конце трубы устанавливают вентиль открывается при подпитке системы.

Бак на чердаке следует утеплить. Если морозы длительные, более 5 … 10 градусов, для предотвращения подмерзания следует соединить бак еще одной трубой с ближайшим стояком, соединенным с обратной линией. В бак эту трубу врезают чуть ниже сигнальной трубы. За счет этого в баке будет высокая температура воды. Эта труба также способствует интенсификации воды, что немаловажно для индивидуальных систем с естественной циркуляцией.

Отопительный чугунный котел 1 является основой всей системы отопления. Подбирают тип котла с тепловой мощностью, исходя из объема помещения по наружному обмеру. Например, для объема не более 460 куб. м достаточно котла с тепловой мощностью около 17 кВт, для объема 530 куб. м — 23 кВт.

Наиболее важные аспекты при монтаже и эксплуатации системы следующие.

Трубопроводы обратной линии, подключаемые к котлу, укладывают с уклоном 1:100, что способствует выходу воздуха и слива воды при опорожнении системы.

Запрещается установка на возвратной и подающей магистралях запорно-регулирующей аппаратуры.

Котел устанавливают в нежилом помещении высотой не менее 2 м, объемом не менее 8,5 куб.м.

Обязательная вентиляция помещения, что обеспечивает хотя бы трехкратный обмен воздуха в час. Естественная вентиляция, например, функционирует лишь при температуре выше +5 градусов на улице. Поэтому для ее пробуждения в морозное время года на конец вытяжной трубы закрепляют дефлектор (ветрозащитный устройство). В некоторых случаях для проветривания помещений достаточно форточного вентилятора.

Котел целесообразнее устанавливать на отдельный фундамент. Пол перед дверками нужно облицевать стальным листом по асбестовому картона.

Боковые стенки котла от кирпичных стен располагайте на расстоянии 0,4-0,5 м. Заднюю стенку — 0,2-0,5 м. Легковоспламеняющиеся стены облицуйте асбестом толщиной не менее 3 мм и стальным листом. Котел можно с трех сторон оградить кирпичной кладкой,, что по горизонтали выступает за стенки котла на 0,2-0,3 м, по вертикали — на 0,5 м выше уровня крышки.

Проход между фронтом котла и стеной должно быть не менее 1 м.

Каналы котла, трубопровода системы, отопительные приборы, расширительный бак необходимо периодически очищать и промывать.

Для предотвращения коррозии на лето   систему оставляйте с водой.

Схема отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома

Качественное отопление зданий жилого назначения в осенне-зимний период является главным фактором создания комфортных условий проживания. Состоит система теплоснабжения из источника тепла, труб и обогревательных агрегатов. В домах с индивидуальным отоплением и частном секторе более активно применяется отопительная система с естественной циркуляцией. Рассмотрим, какие бывают схемы теплоснабжения с естественной циркуляцией теплоносителя более подробно.

Часто можно встретить такие понятия, как схема самотечная и схема гравитационная система отопления – все это является синонимом схемы системы с естественной циркуляцией. Данные термины обозначают единый принцип построения системы – отсутствие насоса. Системы теплоснабжения с естественной циркуляцией иметь могут верхний розлив и нижний. Но схема отопления верхний розлив используется чаще.

В чем плюсы и минусы использования самотечной системы теплоснабжения?

Прежде чем рассмотреть схемы отопления в одноэтажных и двухэтажных домах с естественной циркуляцией, надо отметить, что самотечная система теплоснабжения может иметь плюсы и минусы.

Основными положительными сторонами таких систем отопления можно назвать:

  1. Экономичность. Для функционирования системы не требуются электронасосы.
  2. Независимость от электричества. Теплоснабжение осуществляется за счет наличия топлива в котле. Поэтому отключение электроэнергии не сказывается на работе отопительных приборов.
  3. Отсутствует вибрация и различные шумы, которые характерны при функционировании электрооборудования.
  4. Саморегуляция. Такая схема естественной циркуляции отопления обеспечивает подачу одинакового количества тепла на все радиаторы.
  5. Простота монтажа. Установку системы можно произвести и самостоятельно, даже не имея специальных навыков и знаний.
  6. Инерционность. Если котел отключить, тепло еще будет долго сохраняться в батареях и обогревать помещение.

Правда, и нагревается система, после возобновления работы котла, также будет очень долго. Что можно отнести к недостаткам. Объем воды в подобных системах раза в три больше, нежели в моделях с электронасосом. Трубы должны быть сделаны только из металла. Полимерные магистрали не выдержат высоких температур. Среди прочих минусов можно назвать и то, что системы с естественной циркуляцией отопления подходят лишь для малоэтажных сооружений.

Схемы отопления деревянных жилых сооружений

Надо отметить, что схема отопления в деревянном доме является непростой. Конечно, можно использовать электрические, воздушные и печные варианты. Но большинство пользователей останавливают выбор на водяных системах отопления.

Дом из дерева отличается большой теплоемкостью, поэтому для его прогрева понадобиться больше тепловой энергии.

Помимо этого схема отопления частного дома предполагает, что надо постоянно поддерживать комнатную температуру воды. Необходимо это для того, чтобы помещение не отсырело. При подобном устройстве отопления система состоит из теплонагревательного котла, магистрали и отопительных агрегатов. Конструкцию необходимо оснастить шаровыми кранами и терморегуляторами. Конечно, для отопления деревянного дома можно использовать и искусственную систему теплоснабжения, но схема отопления без насоса все же встречается чаще. Более детально о системе отопления с насосной циркуляцией мы уже писали здесь.

Схема отопления двухэтажной жилой постройки

Реализуется система отопления с естественной циркуляцией двухэтажного дома в двухтрубных и однотрубных системах. Принцип у них один – от котла вверх на максимальную высоту поднимается труба, а потом идет распределение теплоносителя по конструкциям отопления. Различие заключается в следующем: в двухтрубной системе отопления вода, которая уже остыла, собирается в другую трубу, которая заводится на вход обратки теплового котла. Что касается однотрубной системы, на вход обратки котла идет трубопровод от выхода последней батареи. Двухтрубная схема отопления с естественной циркуляцией – наиболее подходящий вариант для домов с двумя этажами.

От однотрубной двухтрубная система отличается лишь порядком подключения отопительных элементов. Перед каждой батареей рекомендуется ставить регулировочный бак. Для обеспечения нормальной циркуляции воды в двухэтажном доме всегда хватает расстояния между центром теплового котла и верхней точкой подающего трубопровода. Поэтому аккумулирующая емкость для обогрева может быть оборудована не на чердаке помещения, а на втором этаже.

Схема отопления одноэтажной жилой постройки

Однотрубная схема отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома является наиболее подходящей для таких сооружений. Состоит такая система из одной трубы и включает котел для нагрева, трубопроводную разводку, проводку и расширительный бак. Схема подобной системы отличается простотой. Поэтому ее установку можно провести и своими руками. По периметру жилого помещения пускается труба. Выбирать надо трубы большого диаметра – не меньше ДУ32.

Монтируется труба внутри жилого помещения. Со стороны подачи разводка должна быть выше, нежели там, где обратка возвращается к отопительному котлу. В закольцовку врезаются радиаторы либо конвекторы. Для этого применяются трубы с диаметром поменьше. Желательно на подводках установить дроссели и вентили. Также нелишним будет ивоздушник. Подобная схема позволяет обогревать помещение без использования вспомогательной арматуры.

В частном секторы широко применяют горизонтальную систему отопления, которая классифицируется на тупиковые и попутные системы движения воды. При тупиковой системе каждая из батарей располагается дальше от котла. Подобная система может быть легко разбалансирована. Поэтому настраивают ее очень долго. Надо отметить, что попутная система отопления схема которой предполагает больший расход труб по сравнению с тупиковой, используется преимущественно в простых системах теплоснабжения.

Выбирая попутную систему, надо учесть, что циркуляционные кольца должны быть одинаковыми.

Все радиаторы в системе работают как один. Сегодня очень часто используют гибкие шланги для отопления дома. Они служат для подсоединения обогревателей к системе теплоснабжения.

Причины отсутствия циркуляции воды

Часто пользователи одно- или двухэтажных домов сталкиваются с такой ситуацией, когда обогреватели начинают работать менее эффективно. Если нет циркуляции в системе отопления, на то могут быть свои причины.

Отсутствие циркуляции в системе теплоснабжения может быть вызвано:

  • Загрязнением системы. Батареи необходимо периодически промывать, иначе конструкция может забиться по всему диаметру. Если такое произошло, придется менять трубы.
  • Диаметр труб слишком маленький. А чем диаметр труб меньше, тем гидравлическое сопротивление больше. Это тоже может быть причиной того, что нет циркуляции в радиаторе отопления либо она есть, но очень слабая.
  • Завоздушиванием обогревателя. Для решения такой проблемы устанавливают краны Маевского.

Очень часто в системах теплоснабжения с естественной циркуляцией устанавливают насосы мокрого типа мощностью до 40-60 Вт. Более подробно о работе тепловых насосов для отопления можно прочитать здесь. Это один из вариантов, как улучшить циркуляцию воды в системе отопления дома. Помимо этого насосы могут помочь сэкономить до 25% затрат.

Естественная циркуляция — обзор

16.9.1 Введение

Тепловая гидравлика контура естественной циркуляции (NCL) является важным аспектом проектирования, эксплуатации и безопасности всех концепций Gen IV. Некоторые концепции полагаются на естественную циркуляцию для нормальных условий эксплуатации и ненормальных условий безопасности. Другие зависят от естественной циркуляции только для пассивных ненормальных условий безопасности. Целью пассивных систем безопасности с естественной циркуляцией является поддержание системы в безопасном отключенном состоянии в течение длительных периодов времени без необходимости вмешательства оператора или наличия электроэнергии.

Пассивные системы безопасности на основе естественной циркуляции предназначены для обеспечения конечного поглотителя тепла в случаях нарушения нормальной работы системы охлаждения реактора. В силу своей критической важности фундаментальное понимание свойств и характеристик гидродинамики естественной циркуляции, тепловых характеристик и термодинамики в сложном инженерном оборудовании энергосистем ядерных реакторов имеет важное значение. Для систем поколения IV, которые основаны на естественной циркуляции при нормальных рабочих режимах, необходимо также хорошо понимать свойства и характеристики в стационарных условиях.

Как правило, потоки с естественной циркуляцией, встречающиеся на атомных электростанциях, будут связаны с замкнутыми контурами, состоящими из трубопроводов, проточных каналов различной формы и нескольких компонентов оборудования. Петли, как правило, замкнуты, но выход из строя трубопровода, из которого состоит петля, может нарушить естественную циркуляцию и сделать систему непригодной для использования по назначению. Вторичная сторона парогенераторов (ПГ) для установок, использующих для нормальной работы естественную циркуляцию, характеризуется как НХЛ с пропускной способностью; ввод питательной воды из конденсатора и отбор пара на выходе из ПГ на питание турбин.Все эти системы будут иметь области, внутри которых поток протекает в параллельных каналах, таких как твэлы и пучки твэлов, в активной зоне и трубопроводах в ПГ и гексах.

Потоки с естественной циркуляцией вокруг контуров и потоки в параллельных каналах подвержены как отклонениям от установившегося режима работы, так и переходу в колебательные и, возможно, неустойчивые состояния. Таким образом, энергетические системы с ядерными реакторами поколения IV сочетают в себе тип потока жидкости и геометрию, которая, как известно, потенциально может привести к нежелательным состояниям.В частности, следует избегать нежелательных колебательных состояний при работе в установившемся режиме. Вся система и связанная с ней операционная оболочка спроектированы таким образом, чтобы избежать нестабильных состояний.

Обсуждения в следующих разделах будут сосредоточены на теплогидравлических свойствах и характеристиках течений в параллельных каналах и НКЛ. Будет кратко рассмотрена литература по общим аспектам аналитического, экспериментального, математического моделирования, методов численного решения и вычислительных аспектов этих течений.Эти аспекты, связанные с конкретными системами Gen IV, также будут обсуждаться.

Циркуляционные системы котлов: естественная циркуляция и принудительная циркуляция

Как для систем с паровыми барабанами, так и для систем с прямоточными парогенераторами (OTSG) мы должны иметь непрерывный поток воды по трубам, чтобы система могла непрерывно генерировать пар.

В системе OTSG вода проходит только один раз (один проход) через трубы котла, прежде чем преобразуется в пар и направляется в паротурбинную генераторную установку для производства электроэнергии.С другой стороны, в паровых барабанных системах вода должна пройти много раз (несколько проходов) по трубам, прежде чем она выйдет в виде пара.

В зависимости от двух основных типов циркуляции, которые обычно используются, паровые котлы высокого давления (ВД) можно классифицировать как:

Котлы с естественной или тепловой циркуляцией и
Котлы с принудительной или насосной циркуляцией

Котлы с естественной (или тепловой) циркуляцией

Согласно рис. 1(а), в сливном стакане (труба, по которой поток направлен вниз) пар отсутствует и участок трубы А-В не нагревается.Подвод тепла создает пароводяную смесь в сечении Б-С, обычно обозначаемом как стояк (труба, по которой поток направлен вверх). В связи с тем, что пароводяная смесь на участке ВС менее плотная (поскольку она более горячая) по сравнению с водой участка АВ, термосифонный эффект (гравитация) заставит воду течь вниз на участке АВ и вверх на участке ВС. к паровому барабану.

Типовая схема естественной и принудительной циркуляции

В котлах с естественной или тепловой циркуляцией скорость циркуляции сильно зависит от разности плотностей ненагретой воды и нагретой пароводяной смеси.Общая скорость циркуляции (расход) в системах с естественной циркуляцией в основном зависит от следующих факторов:
Высота котла — Более высокие котлы дают большую разницу давлений между обогреваемой и неотапливаемой секциями и, следовательно, производят больший расход.
Рабочее давление котла — Более высокое рабочее давление дает пар более высокой плотности, а также пароводяные смеси более высокой плотности. Это имеет тенденцию уменьшать общую разницу плотности между нагретыми и ненагретыми сегментами, поскольку плотность жидкой воды остается неизменной и не зависит от рабочего давления.Следовательно, более высокое давление снижает расход производимого пара.
Скорость подводимого тепла — Более высокая скорость подводимого тепла помогает снизить среднюю плотность в обогреваемой секции и тем самым увеличить общий расход.

Описание систем принудительной (или насосной) циркуляции

В систему замкнутого контура потока, указанную в разделе A-B на рис. 1(b), добавляется насос. Разность давлений, создаваемая насосом (напор насоса), помогает контролировать расход воды. В качестве дополнительного механизма управления также обычно используется устройство для снижения давления (отверстие или подобное).

Что такое естественная циркуляция? — Определение из Corrosionpedia

Что означает естественная циркуляция?

Естественная циркуляция – это способность жидкости в системе непрерывно циркулировать, при этом единственной движущей силой является разница в плотности.

В другом случае естественная циркуляция вызывается конвекционными потоками, возникающими в результате неравномерного нагрева воды в котле. Он может быть свободным или ускоренным и в основном используется в котлах и испарителях.

Испарители с естественной циркуляцией основаны на естественной циркуляции продукта, вызванной разницей в плотности, возникающей при нагреве. Испарители с естественной циркуляцией необходимы на очистных сооружениях, а также в химической и фармацевтической промышленности.

Corrosionpedia объясняет естественную циркуляцию

В котлах с естественной циркуляцией циркуляция воды зависит от разности плотности восходящей смеси горячей воды и пара и нисходящей массы относительно прохладной и беспаровой воды.Разница в плотности возникает из-за того, что вода расширяется при нагревании и, таким образом, становится менее плотной. В большинстве котлов имеется естественная циркуляция воды, в основе которой лежит принцип термосифона.

В котле со свободной естественной циркуляцией генераторные трубы устанавливаются почти горизонтально, с небольшим наклоном к вертикали. При установке генераторных труб под значительно большим углом наклона скорость циркуляции воды значительно увеличивается.Поэтому о котлах, в которых трубы от парового барабана к водяному имеют довольно крутой уклон, говорят, что они имеют естественную циркуляцию ускоренного типа.

Испарители с естественной циркуляцией очень просты и обычно используются там, где сточные воды имеют высокую вязкость, более высокое содержание отвердителей, нерастворенные твердые вещества, для продуктов, на которые воздействуют их собственные высокие температуры и более длительное остаточное время. Работа может быть непрерывной, периодической или полупериодической и не требует насосов для рециркуляции или перекачки промежуточного продукта.

Общая скорость циркуляции (расход) в системах с естественной циркуляцией в основном зависит от высоты, рабочего давления и тепловложения котла.

Естественная циркуляция | Определение и условия

Это явление имеет сходную природу с естественной конвекцией , но коэффициент теплопередачи не является объектом изучения. В этом случае объемный поток через контур является объектом исследования. Это явление скорее относится к гидравлической проблеме , чем к проблеме теплообмена.Однако в результате естественная циркуляция отводит тепло от источника и переносит его к теплоотводу и имеет первостепенное значение для безопасности реактора. Естественная циркуляция в замкнутом контуре

Условия, необходимые для естественной циркуляции

Аналогично естественная конвекция , естественная циркуляция по существу не действует на орбите Земли, а естественная циркуляция возникает по замкнутому контуру только при определенных условиях. Даже после того, как естественная циркуляция началась, устранение любого из этих условий приведет к прекращению естественной циркуляции .Условия естественной циркуляции следующие:

  • Наличие собственного ускорения. Естественная циркуляция может происходить только в гравитационном поле или при наличии другого собственного ускорения, например ускорения центробежной силы.
  • Наличие источника тепла и радиатора . Источник тепла и теплоотвод необходимы, поскольку естественная циркуляция создается разницей плотности жидкости, возникающей из-за разницы температур.Жидкость, попадая в источник тепла, получает тепло, становится менее плотной и поднимается за счет теплового расширения. Тепловое расширение жидкости играет решающую роль. Процесс в тепловом узле противоположный, тепловому узлу передается тепло, а жидкость уплотняется. Разница в плотности является движущей силой естественного циркуляционного потока. Для продолжения естественной циркуляции необходимо поддерживать разницу температур. Добавление тепла от источника тепла должно иметь место в высокотемпературной области. В низкотемпературной области должен существовать непрерывный отвод тепла радиатором.В противном случае температуры со временем выровнялись бы, и дальнейшей циркуляции не произошло бы.
  • Правильная геометрия . Наличие и величина естественной циркуляции также зависят от геометрии задачи. Наличие градиента плотности жидкости в гравитационном поле не обеспечивает существования естественных конвекционных течений. Естественная циркуляция в замкнутом контуре, заполненном жидкостью, создается путем размещения радиатора в контуре на высоте выше источника тепла.Циркулирующая жидкость отбирает тепло от источника и переносит его к стоку. Поток может быть однофазным или двухфазным, при котором пар течет вместе с жидкостью. Для продолжения естественной циркуляции необходимо поддерживать разницу температур. Добавление тепла от источника тепла должно иметь место в высокотемпературной области. В низкотемпературной области должен существовать непрерывный отвод тепла радиатором. В противном случае температуры со временем выровнялись бы, и дальнейшей циркуляции не произошло бы.В двухфазном потоке возможна естественная циркуляция, но поддерживать поток обычно сложнее.
  • Контактирующие жидкости . Две области должны быть в контакте, чтобы сделать возможным поток между областями. Если путь потока затруднен или заблокирован, естественная циркуляция невозможна.

Естественная циркуляция – Расход

Расход естественной циркуляции в контуре в установившихся условиях определяется из баланса между движущей и силами сопротивления .Движущая сила возникает из-за разницы в плотности между горячим и холодным ответвлениями контура. Напор, необходимый для компенсации потерь напора, создается градиентами плотности и изменениями высоты.

Тепловая приводная головка

Тепловая приводная головка представляет собой силу, вызывающую естественную циркуляцию . Это вызвано разницей в плотности между двумя телами или областями жидкости. Рассмотрим два равных объема жидкости одного и того же типа. Если два объема имеют разную температуру, то объем с более высокой температурой также будет иметь меньшую плотность и, следовательно, меньшую массу.Известно, что плотность газов и жидкостей зависит от температуры, в общем случае уменьшаясь (из-за расширения жидкости) с повышением температуры. Поскольку объем при более высокой температуре будет иметь меньшую массу, на него также будет действовать меньшая сила тяжести. Эта разница в силе тяжести, действующей на жидкость, приводит к тому, что более горячая жидкость поднимается, а более холодная опускается. Тепловая приводная головка может быть легко рассчитана с использованием разницы гидростатических давлений: результирующая скорость потока.

Плотность воды как функция температуры

Плотность воды как функция температуры

Сила гидравлического сопротивления

Как было написано, Расход естественной циркуляции , В, в контуре, в установившемся режиме условий определяется из баланса между движущей силой и силами сопротивления. Подобно трению в трубе, общие потери давления пропорциональны квадрату расхода и, следовательно, их можно легко интегрировать в уравнение Дарси-Вейсбаха .Инженеры часто используют коэффициент потери давления , PLC . Отмечается K или ξ (произносится как «xi»). Этот коэффициент характеризует потерю давления конкретной гидросистемы или части гидросистемы. Его можно легко измерить в гидравлических контурах. Коэффициент потери давления может быть определен или измерен как для прямых труб, так и для местных (незначительных) потерь . Поскольку коэффициент трения Дарси является функцией скорости (в числе Рейнольдса), то расчет коэффициента потери давления представляет собой итеративный процесс.

Естественная циркуляция в реакторостроении

Естественная циркуляция в замкнутом контуре

В реакторостроении естественная циркуляция является очень желательным явлением, поскольку она может обеспечить охлаждение активной зоны реактора после потери ГЦН (например, после потеря внешнего питания – LOOP). В реакторах PWR конструкция станции предусматривает перепад высот , h , примерно 12 метров между осевой линией парогенератора и осевой линией активной зоны реактора.Компоновка системы должна обеспечивать возможность естественной циркуляции после потери потока, чтобы обеспечить охлаждение без перегрева активной зоны. Кроме того, соединительный трубопровод от корпуса реактора до парогенераторов должен быть неповрежденным, свободным от препятствий, таких как неконденсирующиеся газы (например, паровые карманы). Таким образом, естественная циркуляция гарантирует, что жидкость будет продолжать течь до тех пор, пока температура реактора выше температуры радиатора, даже если питание насосов не подается.

RCP обычно не являются «системами безопасности», как они определяются. После потери ГЦН (например, после отключения внешнего электроснабжения – LOOP) реактор должен быть немедленно остановлен, так как ГЦН медленно останавливаются до нулевого расхода. Тогда достаточный и безопасный отвод остаточного тепла обеспечивается естественной циркуляцией потока через реактор. При отсутствии принудительного течения теплоноситель в активной зоне начинает нагреваться. Повышение температуры теплоносителя вызывает уменьшение плотности теплоносителя, что приводит к перемещению теплоносителя в парогенератор.Следует отметить, что естественной циркуляции недостаточно для отвода тепла, выделяющегося при работе реактора на мощности.

Современные конструкции реакторов используют естественную циркуляцию, очень важную функцию безопасности . Многие пассивные системы безопасности в современных конструкциях реакторов работают без использования каких-либо насосов, что обеспечивает повышенную безопасность, целостность и надежность конструкции при одновременном снижении общей стоимости реактора.

Индикаторы естественной циркуляции

В реакторах PWR можно использовать различные параметры для индикации или проверки наличия естественной циркуляции.Это зависит от типа установки и системы установки. Например, для PWR можно использовать следующие выбранные параметры:

  • В идеале расход можно измерить в каждом из контуров.
  • ΔT ( T Горячий – T Холодный ). Разница температур между горячими и холодными ветвями должна составлять 25-80% от значения полной мощности и либо быть постоянной, либо медленно снижаться. Это указывает на то, что остаточное тепло отводится из системы с достаточной скоростью для поддержания или снижения температуры ядра.
  • Температуры горячих и холодных ног должны быть постоянными или медленно снижаться. Опять же, это указывает на то, что тепло отводится, и нагрузка остаточного тепла снижается, как и ожидалось.
  • Давление пара парогенератора (давление на вторичной стороне) должно соответствовать температуре системы теплоносителя реактора, и это подтверждает, что парогенератор отводит тепло от теплоносителя СТР.

Специальный номер: Естественная циркуляция в атомных электростанциях с водяным охлаждением, IAEA-TECDOC-1474.МАГАТЭ, 2005 г. ISBN 92–0–110605–X.

%PDF-1.4 % 6571 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 6571 122 0000000016 00000 н 0000002815 00000 н 0000003045 00000 н 0000003198 00000 н 0000044679 00000 н 0000044841 00000 н 0000044928 00000 н 0000045016 00000 н 0000045119 00000 н 0000045363 00000 н 0000045425 00000 н 0000045602 00000 н 0000045664 00000 н 0000045855 00000 н 0000045981 00000 н 0000046043 00000 н 0000046192 00000 н 0000046254 00000 н 0000046406 00000 н 0000046468 00000 н 0000046795 00000 н 0000046857 00000 н 0000047039 00000 н 0000047101 00000 н 0000047271 00000 н 0000047333 00000 н 0000047507 00000 н 0000047569 00000 н 0000047772 00000 н 0000047834 00000 н 0000047896 00000 н 0000048007 00000 н 0000048069 00000 н 0000048243 00000 н 0000048414 00000 н 0000048476 00000 н 0000048676 00000 н 0000048738 00000 н 0000048884 00000 н 0000048946 00000 н 0000049132 00000 н 0000049194 00000 н 0000049388 00000 н 0000049450 00000 н 0000049593 00000 н 0000049655 00000 н 0000049717 00000 н 0000049826 00000 н 0000049888 00000 н 0000050102 00000 н 0000050164 00000 н 0000050368 00000 н 0000050430 00000 н 0000050540 00000 н 0000050636 00000 н 0000050698 00000 н 0000050834 00000 н 0000050896 00000 н 0000051039 00000 н 0000051101 00000 н 0000051163 00000 н 0000051340 00000 н 0000051402 00000 н 0000051502 00000 н 0000051602 00000 н 0000051664 00000 н 0000051794 00000 н 0000051856 00000 н 0000052000 00000 н 0000052062 00000 н 0000052124 00000 н 0000052312 00000 н 0000052373 00000 н 0000052473 00000 н 0000052587 00000 н 0000052648 00000 н 0000052782 00000 н 0000052843 00000 н 0000052980 00000 н 0000053041 00000 н 0000053177 00000 н 0000053238 00000 н 0000053299 00000 н 0000053413 00000 н 0000053474 00000 н 0000053602 00000 н 0000053733 00000 н 0000053794 00000 н 0000053957 00000 н 0000054018 00000 н 0000054188 00000 н 0000054249 00000 н 0000054399 00000 н 0000054460 00000 н 0000054521 00000 н 0000054628 00000 н 0000054689 00000 н 0000054802 00000 н 0000054863 00000 н 0000054923 00000 н 0000055030 00000 н 0000055090 00000 н 0000055153 00000 н 0000055384 00000 н 0000055441 00000 н 0000055758 00000 н 0000055974 00000 н 0000056603 00000 н 0000057016 00000 н 0000057240 00000 н 0000057728 00000 н 0000057946 00000 н 0000058521 00000 н 0000058730 00000 н 0000059590 00000 н 0000069608 00000 н 0000069764 00000 н 0000083269 00000 н 0000102909 00000 н 0000114596 00000 н 0000003264 00000 н 0000044654 00000 н трейлер ] >> startxref 0 %%EOF 6572 0 объект > эндообъект 6573 0 объект `Dz-#_m_}g) /U (0Frp9acwie^!+) /П-44 /В 1 /Длина 40 >> эндообъект 6574 0 объект > эндообъект 6691 0 объект > поток ‘W-+u_%ģAyWQj|ԮՅT]E\CxɗD8260I.j/MNLeV|hhW6yt֏&[email protected] ~(KPVy-O,!&ɨڇ5Ћ_b?&q8!8Y,6%ɜezICwmAKٙR蔔S’N5cQ|K䀗lSl6[~z4g’ABxVhq.kVS`4;1aj|/f.vh̽G -0`Nw

3 типа обращения В котле

Циркуляция в котле:

Виды циркуляции воды в промышленных паровых водотрубных котлах:

Циркуляцию воды в котле можно разделить на три различных типа систем.

  1. Естественная циркуляция
  2. Контролируемая циркуляция
  3. Комбинированная циркуляция

Естественная циркуляция в котле:

Питательная вода котла, перекачиваемая насосами питательной воды котла высокого давления, сначала достигает экономайзера. Здесь температура питательной воды котла близка к температуре насыщения, соответствующей ее давлению.

Температура насыщения означает температуру, при которой начинается испарение воды при данном давлении. Ее также называют температурой кипения воды. Питательная вода проходит через экономайзер, нагревается дымовыми газами и поступает в паровой барабан.Паровой барабан действует как сосуд под давлением и отделяет пар и воду от пароводяной смеси.

Обычно уровень воды в паровом барабане поддерживается на уровне около 50%. Это означает, что паровой барабан наполовину заполнен водой, а оставшиеся 50% над уровнем воды содержат пар. Вода внутри барабана стекает вниз по угловым трубам и распределяется по нижнему коллектору к водяным стенам.

Опускные трубы находятся снаружи топки котла, а водяные стены внутри топки. Вода поднимается по водяным стенкам, трубы подвергаются воздействию печного тепла.Когда вода поднимается вверх по трубам, часть воды превращается в пар и продолжает подниматься вверх в виде смеси пара и воды.

Теплота, поглощаемая водяной стенкой, представляет собой скрытую теплоту парообразования с образованием смеси пара и воды.

Отношение веса воды к весу пара в смеси, покидающей поверхность поглощения тепла, называется коэффициентом циркуляции. Эта смесь непрерывно поднимается, пока не достигнет парового барабана. Отделенный пар из парового барабана направляется на турбину.

Значение коэффициента циркуляции варьируется от 6 до 30 в промышленных котлах. Коэффициент циркуляции для коммунальных котлов высокого давления составляет от 6 до 9. Коэффициент циркуляции выше, поскольку разница в плотности между паром и водой велика.

В промышленных котлах среднего давления используется более высокая степень циркуляции. Эти котлы должны реагировать на быстрые изменения нагрузки.

Циркуляция в этом случае происходит по принципу термосифона. Нижний угол содержит относительно холодную воду, тогда как стояк содержит пароводяную смесь, плотность которой сравнительно меньше.

Эта разница в плотности является движущей силой смеси. Циркуляция происходит с такой скоростью, что движущая сила и сопротивление трения уравновешиваются.

По мере увеличения давления разница в плотности воды и пара уменьшается. Таким образом, имеющийся гидростатический напор не сможет преодолеть сопротивление трения для потока, соответствующего минимальному требованию охлаждения труб с водяными стенками.

Поэтому естественная циркуляция ограничена котлом с рабочим давлением в барабане около 175 кг/см2.

#2. Контролируемая циркуляция в котле:

Если рабочее давление котла составляет от 180 кг/см2 до 200 кг/см2, то циркуляция в котле должна поддерживаться механическими насосами для преодоления потерь на трение. Для регулирования потока через различные трубки используются диафрагмы.

#3. Комбинированная циркуляция в котле:

Эта циркуляция в котле применима к котлам, работающим при критическом давлении. В этой системе фазовое превращение отсутствует, т.е. вода непосредственно превращается в пар при данных давлении и температуре.Как правило, рабочее давление этой системы составляет 260 кг/см2

[PDF] Схема циркуляции пара/воды — Скачать PDF бесплатно

Скачать схему циркуляции пара/воды…

Хельсинкский технологический университет Факультет машиностроения Энергетика и защита окружающей среды Публикации Технология паровых котлов Электронная книга Espoo 2002

Проектирование циркуляции пара/воды Себастьян Тейр, Антто Кулла

Хельсинкский технологический университет Факультет машиностроения Энергетика и защита окружающей среды

Таблица содержание Введение………………………………………….. …………………………………………. ……………………………3 Котлы большого объема ……… …………………………………………. …………………………………………. …………..3 Котлы кожухотрубного типа…………………….. …………………………………………. ………………………………………….3 Жаротрубные котлы .. …………………………………………………………………………………….. ………………………..4 Водотрубные котлы ………………………….. …………………………………………. …………………………………………. …….6 Введение……………………………………………… …………………………………………. ………………………………..6 Котлы с естественной циркуляцией… …………………………………………. …………………………………………………………….6 Общие ………………………………………… …………………………………………. …………………………………………. .6 Принцип естественной циркуляции ……………………………………………… …………………………………………. ……………..6 Преимущества и недостатки ………………………………… …………………………………………. …………..7 Конструкция с естественной циркуляцией ………………………….. ……………………………………………………… …………….8 Введение…………………………………………… …………………………………………. ……………………………8 Коэффициент циркуляции ……. …………………………………………. …………………………………………. …………8 Движущая сила естественной циркуляции ………………………….. …………………………………………. …….9 Водосборники ……………………………………………………………… …………………………………………. …10 Настенные трубы ………………………………………… …………………………………………. ……………………………11 Заголовки……….. …………………………………………. …………………………………………. ……………12 Кипение в вертикальных трубах испарителя …………………………. ……………………………………………12 Кризис теплообмена ………………………………… …………………………………………. ……………………………12 Оптимизация конструкции с естественной циркуляцией…………………. …………………………………………. …….13 Специальное исполнение ………………………………… …………………………………………. ………………………..13 Котлы с принудительной или принудительной циркуляцией ………………………….. …………………………………………………………………14 Общие сведения ……. …………………………………………. …………………………………………. …………………………..14 Принцип принудительной циркуляции………………… …………………………………………. …………………………..14 Распределение потока между параллельными стояками ……. …………………………………………. …………..15 Типы котлов ……………………………. ……………………………………………….. ……………………………15 Котлы Lamont ……………. …………………………………………. …………………………………………. ……15 Котлы с регулируемой циркуляцией …………………………………. …………………………………………. …….16 Преимущества и недостатки ………………………………… …………………………………………. ……….16 Прямоточные котлы………………………………………….. …………………………………………. ……………..17 Общие ………………………………………… …………………………………………. …………………………………………. ….17 Типы прямоточных котлов………………………………. …………………………………………. …………….17 Общие …………………………… …………………………………………. ………………………………………….17 Дизайн Бенсона ……… …………………………………………. …………………………………………. ………..17 Конструкция Sulzer ……………………………. …………………………………………. ………………………………18 Конструкция Рамзина……….. …………………………………………. …………………………………………. ……………..18 Трубы со спиральной стенкой ……………………………………………………………………….. ………………………………………….19 Многопроходная конструкция……. …………………………………………. …………………………………………. ……………..19 Преимущества и недостатки ………………………………… …………………………………………. …………….19 Эксплуатация ……………………………….. …………………………………………. ………………………………………….20 Производство и применение прямоточных котлов …………………………………. ……………………………20 Интернет-ссылки ……….. …………………………………………. …………………………………………. …………….21 Циркуляционные котлы ……………………………. …………………………………………. ………………………..21 Общие сведения ………………….. …………………………………………. ……………………………………………………. 21 Ссылки ………………………………………………………. …………………………………………. ……………………………22

ii

Введение Как представлено в В предыдущей главе котлы можно классифицировать по способу сжигания, по применению или по типу циркуляции пара/воды. В этой главе описываются различные типы циркуляции пара/воды в котлах. Циркуляция пара/воды для приложений, перечисленных на рисунке 1 в разделе «Другие» (т.е. атомная, солнечная и электрическая). [1]

паровых котлов Большой объем

Тюбик воды

Другие

Другие

Опорная трубка

Натуральная циркуляция

Солнечные

газовая трубка

Assisted / Принудительная циркуляция

Electric

Shell

один раз на

Атомная

Комбинированная циркуляция

Рисунок 1: Типы паровых котлов в зависимости от циркуляции пара/воды.

Котлы большого объема Кожуховые котлы Паровой котел может быть либо котлом большого объема (кожуховым), либо водотрубным.Котлы кожухотрубного типа представляют собой котлы, устроенные аналогично кожухотрубному теплообменнику (рис. 2). В котлах большого объема (кожуховых) горелка или колосник находится внутри большой трубы, называемой камерой. Камера окружена водой в сосуде под давлением, который выполняет функцию внешней стенки котла. Таким образом, вода поглощает тепло и часть воды превращается в насыщенный пар. Дымовые газы продолжаются из камеры в дымовую трубу, так что они все время находятся внутри труб.В настоящее время жаротрубный

Рисунок 2: Котел кожухотрубного типа: Höyrytys TTKVЖаротрубный котел [Hoyrytys]. 3 Котлы

являются наиболее используемым типом котлов большого объема. Также к котлам большого объема можно отнести электрические котлы, в которых вода нагревается с помощью электродного источника. Однако сегодня котлы большого объема используются только для мелкомасштабного производства пара и горячей воды, и в целом они больше не используются в крупномасштабной промышленности. [1]

Жаротрубные котлы Современные жаротрубные котлы используются в установках, требующих умеренного давления и умеренной нагрузки.Как следует из названия, основная конструкция жаротрубного котла состоит из труб, в которых сжигается топливо и транспортируются дымовые газы, расположенных в сосуде под давлением, содержащем воду. Обычно котлы этого типа адаптированы для работы на жидком или газообразном топливе, таком как нефть, природный газ и биогаз. Жаротрубные котлы используются для подачи пара или теплой воды в небольших установках. [2] Жаротрубные котлы обычно состоят из цилиндрических камер (1-3), в которых происходит основная часть горения, и дымогарных труб.В большинстве случаев жаровые трубы расположены горизонтально (дымовые трубы расположены над камерами).

1. Камера поворота 2. Камера сбора дымовых газов 3. Открытая топка 4. Жаровая труба 5. Седло горелки

6. 7. 8. 9. 10. 11.

Рис. 3: Паровой котел Höyrytys TTK жаротрубный [ Хойритыс].

Жаровые трубы Люк Люк Люк для очистки Выход пара Вход воды

12. 13. 14. 15. 16.

Выход дымовых газов Продувочный люк Выход и циркуляция Ножки Изоляция

Рис. трубный водогрейный котел с рисунка 2 [Хойритис].4

Жаротрубные котлы обычно имеют трубы диаметром 5 см или больше. Они обычно прямые и относительно короткие, так что горячие газы сгорания испытывают относительно небольшой перепад давления при прохождении через них. Путь дымовых газов проходит от горелок/решетки через одну из камер к другому концу камеры. Там дымовые газы поворачивают в обратном направлении и возвращаются через дымовые трубы, а затем попадают в дымовую трубу (рис. 4).

1. Поворотная камера 2.Камера сбора дымовых газов 3. Открытая топка 4. Жаровая труба 5. Седло горелки 6. Люк 7. Жаровые трубы

8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

Водяное пространство Паровое пространство Выход и циркуляция Выход дымовых газов Продувочный люк Главный люк Люк для очистки Выход основного пара

16. 17. 18. 19. 20. 21.

Блок контроля уровня Вход питательной воды Выход хозяйственного пара Блок предохранительного клапана Ножки Изоляция

паровой котел с жаротрубными трубами Höyrytys TTK на рис. 3 [Hoyrytys].В жаротрубных котлах содержится достаточно большое количество воды, поэтому в котле хранится значительное количество тепловой энергии. Это также допускает колебания нагрузки, когда требуется большое количество пара или горячей воды за относительно короткий период времени, как это часто бывает в технологических процессах. Жаротрубные котлы могут выдержать много злоупотреблений и невнимания и при этом функционировать на должном уровне. Срок службы жаротрубных котлов составляет 25 лет и более. Известно, что котлы старше 75 лет все еще находятся в эксплуатации.Постоянное техническое обслуживание и тщательная очистка воды имеют большое значение для обеспечения длительного срока службы этих котлов. В настоящее время жаротрубные котлы в основном используются в качестве котлов центрального отопления, промышленных отопительных котлов и других небольших парогенераторов. Жаротрубные котлы больше не используются для производства электроэнергии из-за их верхних пределов (давление пара 4 МПа и массовый расход пара около 50 кг/с). Ограничение давления пара основано на том факте, что при повышении давления пара в котле требуются более толстые жаровые трубы и камеры – таким образом повышается цена котла.В результате этого типы котлов, в которых внутри труб находится пароводяная смесь, имеют более низкую стоимость при той же паропроизводительности и давлении. Теплотрубные котлы могут достигать теплового КПД около 70 процентов. Существуют также специальные типы жаротрубных котлов, такие как шотландские морские котлы и топочные котлы, но они, однако, не будут здесь обсуждаться далее. Остальная часть этой главы посвящена основным типам водотрубных котлов. 5

Водотрубные котлы Введение В отличие от котлов большого объема, в водотрубных котлах смесь воды и пара находится внутри труб и нагревается внешним пламенем горения и дымовыми газами.Водотрубные котлы классифицируются по способу циркуляции воды/пара: с естественной циркуляцией, с принудительной или вспомогательной циркуляцией, прямоточные и комбинированные циркуляционные котлы. Все котлы для производства электроэнергии в настоящее время являются водотрубными котлами.

Котлы с естественной циркуляцией Общие положения Естественная циркуляция является одним из старейших принципов циркуляции пара/воды в котлах. Его использование сократилось за последние десятилетия из-за технологических достижений в других типах циркуляции. Принцип естественной циркуляции обычно реализуется на малых и средних котлах.Обычно перепад давления для котла с естественной циркуляцией составляет около 5-10 % от давления пара в паровом барабане, а максимальная температура пара колеблется от 540 до 560 °С. Принцип естественной циркуляции Циркуляция воды/пара начинается с бака питательной воды, откуда подается питательная вода. Насос питательной воды (рис. 6) повышает давление питательной воды до требуемого давления в котле. На практике конечное давление пара должно быть ниже 170 бар, чтобы естественная циркуляция работала должным образом.Затем питательная вода предварительно нагревается в экономайзере почти до температуры кипения воды при текущем давлении. Для предотвращения закипания питательной воды в трубах экономайзера температура экономайзера специально поддерживается примерно на 10 градусов ниже температуры кипения. Из экономайзера питательная вода поступает в паровой барабан котла. В паровом барабане вода хорошо смешивается с имеющейся в паровом барабане водой. Это снижает термические напряжения внутри парового барабана.

Superheaters

Peam Brum

Steam Brum

Economizer

SeedComers

Грязевая барабана

Испаритель (Rises Turbes)

Рисунок 60005

Рисунок 6: Принцип натуральной циркуляции

Насыщенная водная вода, следующая из паровой барабанчики через пусковые трубки к грязевому барабану (жатке).Обычно есть пара сливных труб, которые не нагреваются и расположены вне котла. 6

Название «грязевой барабан» основано на том факте, что часть примесей в воде оседает, и эту «грязь» затем можно собрать и удалить из барабана. Насыщенная вода продолжается от коллектора к стоякам и частично испаряется. Подъемные трубы расположены на стенках котла для эффективного охлаждения стен топки. Подъемные трубы иногда также называют генераторными трубами, потому что они эффективно поглощают тепло водно-паровой смеси.Подъемные трубы образуют испарительный блок в котле. После стояков пароводяная смесь возвращается в паровой барабан. В паровом барабане происходит разделение воды и пара: насыщенная вода возвращается в трубы опускного стакана, а насыщенный пар поступает в трубы пароперегревателя. Целью этого разделения является защита внутренней части труб пароперегревателя и турбины от осаждения примесей. Пар из парового барабана поступает в пароперегреватель, где нагревается выше точки насыщения.После последней ступени пароперегревателя пар выходит из котла. Такой тип циркуляции называется естественной циркуляцией, так как в контуре отсутствует водяной циркуляционный насос. Циркуляция происходит сама по себе из-за разницы в плотности воды/пара между стояками и стояками. [4] Преимущества и недостатки Котлы с естественной циркуляцией (NC) имеют следующие преимущества по сравнению с другими типами циркуляции: • • • • • •

Котлы NC более устойчивы к загрязнениям питательной воды, чем водотрубные котлы других типов. внутреннее потребление электроэнергии по сравнению с другими типами водотрубных котлов.Котлы NC имеют простую конструкцию. Поэтому инвестиционные затраты низкие, а надежность котла высокая. Котлы NC имеют широкий диапазон частичной нагрузки, практически даже 0-100 % имеют функцию удержания в состоянии ожидания, что означает «тепло при полном давлении». Котлы NC имеют постоянную площадь теплообмена, не зависящую от нагрузки котла, так как барабан отделяет три теплообменника — экономайзер, испаритель и пароперегреватель — друг от друга. Котлы NC имеют более простое управление технологическим процессом из-за большого объема воды/пара, который действует как «буфер» при небольших изменениях нагрузки.

Котлы с естественной циркуляцией имеют следующие недостатки по сравнению с другими типами циркуляции: • Котлы

NC имеют высокий коэффициент циркуляции (от 5 до 100), что приводит к большим габаритам испарителя по количеству воды, циркулирующей в стенных трубах. может быть до 100 раз больше массового расхода вырабатываемого пара. Это увеличивает потребность в пространстве и стали. • Для котлов NC требуются большие диаметры (большой объем) всех труб, по которым течет пароводяная смесь.Это связано с тем, что меньший диаметр труб вызовет падение давления, и, следовательно, для адекватной разницы давлений потребуются более мощные котлы. • Котлы NC требуют более точных размеров по сравнению с котлами других типов. 7

• • • •

Котлы NC довольно медленны в ситуациях запуска и «останова» (также при значительных изменениях нагрузки) из-за большого объема пароводяных труб (примерно в 5 раз больше объем воды/пара однократного проходного котла). Котлы NC подходят только для докритических уровней давления (практически для давления пара в паровом барабане ниже 180 бар).Это связано с отсутствием разности плотностей сверхкритического пара и, следовательно, с отсутствием движущей силы. Котлы NC имеют проблемы с более частым повреждением труб из-за относительно большого диаметра труб котла. Котлы NC чувствительны к колебаниям давления. Внезапное падение или повышение давления вызывает увеличение скорости испарения, и, таким образом, уровень воды в паровом барабане также повышается. Это может привести к попаданию воды в трубы пароперегревателя и проблемам с циркуляцией воды, что приведет к повреждению труб.Для котлов NC требуется паровой барабан, который является очень дорогой частью котла.

Конструкция с естественной циркуляцией Введение В следующих главах основное внимание уделяется некоторым вопросам проектирования котлов с естественной циркуляцией: В этой главе будут использованы графики и фотографии котла-утилизатора Andritz (рис. 7, производства Foster Wheeler), который представляет собой тот же котел, который был представлен в раздел о котлах-утилизаторах. [3] Коэффициент циркуляции Коэффициент циркуляции является одной из важных переменных при проектировании нового котла.Он определяется как массовый расход воды, подаваемой в парогенерирующие трубы (лимперы), деленный на массовый расход образующегося пара. Таким образом, имеет смысл определять коэффициент циркуляции только для водотрубных котлов: U=

m& стояки m& питательная вода

(1)

Рисунок 7: Конструкция циркуляции питательной воды котла-утилизатора с использованием барабана с естественной циркуляцией [3].

Изменения коэффициента циркуляции зависят от уровня давления в котле, поэтому котлы высокого давления имеют низкий коэффициент, а котлы низкого давления имеют высокий коэффициент соответственно.Другими параметрами, влияющими на коэффициент циркуляции, являются высота котла, теплопроизводительность котла и разница в размерах труб между стояком и нисходящими трубами. Для некоторых применений с естественной циркуляцией определение коэффициента циркуляции очень сложно. Коэффициент циркуляции варьируется от 5 до 100 для котлов с естественной циркуляцией. Коэффициент циркуляции котлов с принудительной циркуляцией обычно составляет от 3 до 10. Для котлов типа La Mont нормальные значения 8

составляют от 6 до 10, для котлов с регулируемой циркуляцией от 4 до 5 соответственно.После прохода котлы генерируют тот же массовый расход пара, что и подаваемый в котел, таким образом, их коэффициент циркуляции равен 1. Движущая сила естественной циркуляции Движущая сила естественной циркуляции основана на разнице плотностей пароводяной смеси в стояке и в стояке. нисходящие трубы, из которых вертикальные трубы представляют собой смесь с более низкой плотностью, а нисходящие трубы представляют собой смесь с более высокой плотностью. Рабочее давление можно определить следующим образом: ∆pd = g ⋅ (H испарителя − H кипения)⋅ (ρ dc − ρ r )

(2)

, где g — ускорение свободного падения (9,81 м/с2) , высоты согласно рисунку 8 [м], а ρ dc − ρ r разница в средней плотности между нисходящей (dc) и подъемной (r) трубами [кг/м3], который является наиболее сложным для определения параметром .Условия в паровом барабане таковы, что H3O находится там в виде насыщенной воды. Будет небольшое увеличение давления воды из-за гидростатического давления, когда вода движется. Рис. 8: Представление высоты вниз в водосточных трубах. Таким образом, вода является параметром движущей силы. переохлажденный в коллекторе (грязевом барабане) после сливных труб. Следовательно, в стояках вода должна быть сначала нагрета до температуры испарения (кипения), прежде чем она сможет испариться.Высота кипения, т. е. высота, на которой вода имеет достаточно высокую температуру для кипения, может быть рассчитана с использованием коэффициента циркуляции и энтальпии воды/пара: 3)

где h” — энтальпия [кДж/кг] насыщенного пара, h’ энтальпия насыщенной воды (при давлении парового барабана), U — коэффициент циркуляции, ∆h — вызванное изменение энтальпии повышением давления испарения (из-за переохлаждения воды в нисходящих трубах).

9

Сливные трубы Сливные трубы имеют относительно большой диаметр, поскольку все количество воды для испарителя проходит через сливные трубы до того, как она попадет в стенные трубы (подъемные трубы). Обычно количество сливных труб составляет от одной до шести. Сливные трубы расположены вне котла, чтобы вода не испарялась, что может уменьшить движущую силу естественной циркуляции (уменьшить среднюю плотность в сливной трубе). Если сливные трубы должны быть размещены внутри конструкции котла, тепловая нагрузка на сливные трубы должна быть строго ограничена, чтобы предотвратить закипание воды в сливных трубах.Возможное кипение в нисходящих трубах усложняет циркуляцию, поскольку пузырьки пара поднимаются вверх и, таким образом, увеличивают потери давления.

Рис. 9: Фотография сливных труб парового барабана [3].

Идеальная сливная труба должна быть как можно короче, а скорость потока транспортируемой воды как можно выше. На Рисунке 9 и Рисунке 10 показаны примеры сливных труб в котле-утилизаторе.

Рис. 10: Фотография сливных труб парового барабана [3].

10

Стеновые трубы Потеря давления, вызванная стеновыми трубами (или стояками, испарительными трубами) котла с естественной циркуляцией, должна быть на низком уровне из-за принципа естественной циркуляции.Так, вертикально установленные стояки в котлах с естественной циркуляцией имеют больший диаметр, чем стояки в котлах с принудительной циркуляцией. Все котлы с естественной циркуляцией должны иметь вертикальное расположение стенных труб из-за принципа циркуляции. Существуют различные варианты резкости подъема: В консервативных котлах с вертикальной топкой стенки труб располагаются в прямом вертикальном направлении. Рис. 12: Фотография стенки топки [3]. (Рисунок 11 и Рисунок 13). В угловых трубчатых котлах (Eckrohr) стеновые трубы расположены в виде слегка возвышающихся или горизонтальных стенных трубных блоков.Этот конкретный котел имеет высоту топки 40 м. Диаметр водяных трубок около 60 мм. Все трубы стояка сварены вместе и образуют газонепроницаемую панельную конструкцию, трубчатую стенку. Поскольку котел является котлом-утилизатором, пол имеет небольшой уклон (рис. 12 и рис. 14), чтобы поддерживать расплав, и, следовательно, его конструкция отличается от конструкции угольных котлов (имеющих клиновидный пол для сбора золы). .

Рис. 13: Фотография монтируемой передней стенки печи [3].

Рисунок 14: Фотография стенки печи [3]. Рисунок 11: Фотография водопроводных труб [3]. 11

Коллекторы Слово «коллектор» (рис. 15) используется в котельной технике для всех коллекторных и распределительных труб, включая грязевой барабан (рис. 16). Важнейшим конструктивным параметром жаток является диаметр. Он определяется расходом и количеством трубок, подсоединенных к коллектору (здесь количество стояков). Конструкция коллектора представляет собой миниатюрную версию простого парового барабана (диаметр меньше, чем у паровых барабанов).Однако в коллекторах обычно нет внутренних устройств, кроме отверстий в котлах с принудительной циркуляцией и прямоточных. Коллекторы малого диаметра изготавливаются из трубы с приваренными передней и торцевой пластинами, а коллекторы большого диаметра изготавливаются из гнутых стальных пластин по аналогии с паровыми барабанами.

Рисунок 15: Фотография коллектора экономайзера [3].

Кипение в вертикальных испарительных трубах Процесс кипения в вертикальной вертикальной трубе начинается с однофазного течения воды в самой нижней части испарителя.При передаче тепла от печи вначале образуются пузырьки пара. Непрерывный теплообмен увеличивает содержание пара в смеси. При кольцевом кипении пароводяной смеси стенка трубы все еще покрыта водяной пленкой, но по мере увеличения паросодержания вода может находиться в трубе только в виде тумана. Это состояние называется состоянием тумана/капли (рис. 17).

Рис. 16: Грязевой барабан и коллекторы [3].

Кризис теплообмена Процесс кипения можно рассматривать и с точки зрения теплообмена.Тепловой поток в печи, создаваемый процессом горения, чрезвычайно высок. Существует критическое значение, которого может достичь тепловой поток, что приводит к резкому снижению теплопередающей способности трубы. Это называется выходом из пузырькового кипения (DNB), высыханием, выгоранием, критическим тепловым потоком или кризисом теплоотдачи (рис. 18). Явлением, ответственным за эту проблему, является переход от кольцевого состояния кипения к

Рис. 17: Различные типы потока воды/пара во время процесса кипения [1].12

туманное/капельное состояние. В туманном/капельном состоянии стенка котла больше не покрыта водой. Это высыхание вызывает резкое падение коэффициента теплопередачи со стороны воды. Критический тепловой поток зависит от рабочего давления, качества пара, типа трубы, диаметра трубы, профилей потока и наклона трубы. Чтобы конструкция котла была приемлемой, критический тепловой поток для стен топки всегда должен быть на порядок больше, чем тепловой поток, генерируемый в камере сгорания. Оптимизация дизайна естественной циркуляции Ниже приведены некоторые из основных методов, используемых для оптимизации естественной циркуляции.Все методы приводят к увеличению движущей силы:

Рис. 18: Высыхание в трубе испарителя.

1. Увеличить высоту топки или поднять паровой барабан на более высокий уровень. 2. Увеличить плотность в нисходящих трубах за счет повышения эффективности разделения пара в паровом барабане, закачивая питательную воду в паровой барабан в виде недонасыщенной жидкости или минимизируя осевой поток в паровом барабане. 3. Уменьшить плотность в стояках за счет повышения температуры в нижней печи. Особые конструкции Существует несколько особых применений принципа естественной циркуляции, которые в настоящее время не рассматриваются в этой электронной книге, но их можно найти в других местах в сети.Этими конкретными типами котлов являются: •

Котлы с естественной циркуляцией с двумя барабанами (Рис. 19) • Консервативные котлы с вертикальной топкой • Котлы с угловой трубой или котлы Eckrohr

Рисунок 19: Котел-утилизатор с двумя паровыми барабанами [Andritz].

13

Котлы с принудительной или принудительной циркуляцией Общие положения В отличие от котлов с естественной циркуляцией, принудительная циркуляция основана на внутренней циркуляции воды/пара с помощью насоса. Циркуляционный насос – основное отличие котлов с естественной и принудительной циркуляцией.В наиболее распространенном типе котлов с принудительной циркуляцией, котле Ламонта, принципы принудительной циркуляции в основном такие же, как и для естественной циркуляции, за исключением циркуляционного насоса. Благодаря циркуляционному насосу уровень рабочего давления котла с принудительной циркуляцией может быть несколько выше, чем у котла с естественной циркуляцией, но поскольку разделение пара и воды в паровом барабане основано на разнице плотностей пара и воды, эти котлы не либо подходит для сверхкритического давления (> 221 бар).Практически максимальное рабочее давление для котла с принудительной циркуляцией составляет 190 бар, а перепад давления в котле составляет около 2-3 бар. Принцип принудительной циркуляции Циркуляция воды/пара начинается с бака питательной воды, откуда подается питательная вода. Насос питательной воды повышает давление питательной воды до требуемого давления в котле. На практике конечное давление пара ниже 190 бар, чтобы пар постоянно оставался в докритической области. Затем питательная вода предварительно нагревается в экономайзере почти до температуры кипения воды при текущем давлении.Паровой барабан обычно такой же, как и в котлах с естественной циркуляцией.

Рис. 20: Принцип принудительной/вспомогательной циркуляции. Используются те же обозначения, что и на рис. 6, за исключением циркуляционного насоса, отмеченного стрелкой.

В котлах с принудительной/вспомогательной циркуляцией циркуляционный насос (рис. 20) обеспечивает движущую силу для циркуляции пара/воды. Так как насос обеспечивает циркуляцию, трубы испарителя могут располагаться практически в любом положении. Допускаются большие потери давления, поэтому испарительные трубы в котлах с принудительной циркуляцией дешевле и имеют меньший диаметр (по сравнению с испарительными трубами с естественной циркуляцией).Затем насыщенная вода поступает из парового барабана по сливным трубам в грязевой барабан (коллектор). Обычно есть пара сливных труб, которые не нагреваются и расположены вне котла. Коллекторы, распределяющие воду по трубам испарителя, снабжены дросселями (ограничителями расхода) для каждой стенки трубы для максимально равномерного распределения воды. Вода продолжает поступать в стояки, где испаряется. 14

Пар отделяется в паровом барабане и проходит через пароперегреватели, как в котлах с естественной циркуляцией.Такой тип циркуляции называется принудительной циркуляцией из-за наличия в контуре водяного циркуляционного насоса. Циркуляция пара/воды осуществляется насосом и не зависит от разницы в плотности, как при естественной циркуляции. Распределение потока между параллельными стояками Плавное распределение потока от коллектора к стоякам предотвращает перегрев стояков. В котлах с принудительной циркуляцией (в этом контексте к этой группе относятся прямоточные котлы и котлы с комбинированной циркуляцией) вода/пар проталкивается насосом через испарительные трубы.Потеря давления сильно определяет распределение воды между несколькими параллельно соединенными трубками. Трубы с наибольшей долей пара (наибольшая потеря давления) получают, таким образом, наименьшее количество воды (т.е. недостаточно охлаждающей воды). Отмечено, что гладкую воду Рис. 21: Схема дроссельной заслонки для водораспределения между трубами проще всего практиковать в трубах с дроссельными заслонками (дросселями, ограничителями расхода), расположенными на входе каждой стояковой трубы (Рисунок 21). Они дают дополнительные потери давления в каждой трубе, и, таким образом, пропорциональные различия в потерях потока между параллельными трубами становятся незначительными.Размер отверстий определяется отдельно для каждой вертикальной трубы, чтобы обеспечить плавное распределение потока между параллельными стояками (испарительные трубы). Другая возможность заключается в размещении трубок малого диаметра в качестве мундштуков в каждой вертикальной трубе и, таким образом, увеличении потерь давления. Однако трубки с отверстиями являются более распространенной практикой. Типы котлов Котлы Ламонта Наиболее распространенным типом котлов с принудительной циркуляцией является тип Ламонта, названный в честь инженера, разработавшего этот тип котла. В котлах этого типа насос обеспечивает циркуляцию пара/воды.Рабочее давление остается ниже 190 бар, поскольку при более высоком давлении доля теплоты испарения становится слишком низкой. Направление стенки трубы не ограничено для типа Lamont. Потеря давления в стенных трубах составляет 2-3 бар. Области применения котлов Lamont: • •

Котлы, изготовленные по индивидуальному заказу, где размеры котла определены, напр. зданием, где будет размещаться котел. Парогенераторы-утилизаторы (HRSG) и котлы с отдельными камерами сгорания 15

Котлы с регулируемой циркуляцией Принцип регулируемой циркуляции также известен как тепловая насосная циркуляция.Разработан в основном в США и является одной из модификаций котла Lamont. В котлах этого типа насос просто способствует циркуляции пара/воды. Преимуществом котлов с регулируемой циркуляцией является меньшая потребность в энергии насосов, поскольку для циркуляции частично используется принцип естественной циркуляции. Котлы с регулируемой циркуляцией используются для высоких докритических давлений до 200 бар и обычно для относительно больших котлов. Преимущества и недостатки К преимуществам котлов с принудительной циркуляцией (FC) относятся: • • • • •

В котлах FC могут использоваться трубы меньшего диаметра, чем в котлах с естественной циркуляцией, благодаря более эффективной (насосной) циркуляции.Котлы FC подходят для различных размеров электростанций. Котел FC также дает больше свободы для размещения поверхностей теплопередачи и может быть сконструирован практически в любом положении (таким образом, принудительная циркуляция очень распространена в HRSG: котлах на парогазовых электростанциях). Котлы FC имеют низкий коэффициент циркуляции (3-10). Циркуляция воды ненадежна при разнице плотности, потому что циркуляционный насос обеспечивает циркуляцию при работающем котле.

Котлы с принудительной циркуляцией имеют следующие недостатки по сравнению с другими типами циркуляции: • • • • •

• •

• • •

Котлы FC имеют ограничения по размещению циркуляционного насоса, так как он должен располагаться вертикально ниже парового барабана.В противном случае насыщенная вода может закипеть (кавитировать) в циркуляционном насосе. Котлы FC имеют более высокое внутреннее потребление электроэнергии. Циркуляционный насос обычно потребляет около 0,5-1,0 % электроэнергии, вырабатываемой рассматриваемой регулируемой циркуляционной установкой. Котлы FC нуждаются в более высоком уровне качества воды, чем котлы на основе естественной циркуляции. Для котлов FC требуется массовый расход 1000-2000 кг/(м2с) для максимального уровня давления. Котлы FC подходят только для докритических уровней давления (практически для рабочих давлений ниже 190-200 бар).Это связано с отсутствием разности плотностей сверхкритического пара, что является принципом работы разделения пара и воды в паровом барабане. Для котлов FC требуется циркуляционный насос и дроссельные заслонки, что увеличивает капитальные затраты котла. Котлы FC чувствительны к колебаниям давления. Внезапные падения или повышения давления вызывают увеличение скорости испарения, и, таким образом, уровень воды в паровом барабане также повышается. Это может привести к попаданию воды в трубы пароперегревателя и проблемам с циркуляцией воды, что приведет к повреждению труб.Котлы FC требуют контроля и регулирования взаимодействия между насосом питательной воды и циркуляционным насосом, что затруднительно в установках с регулируемой циркуляцией. Требуется паровой барабан, который является очень дорогой частью котла. Надежность котлов FC ниже, чем у котлов с естественной циркуляцией, из-за возможного засорения дросселей и отказов в работе циркуляционного насоса.

16

Прямоточные котлы Общие положения Прямоточный (или универсальный, работающий под давлением) котел может быть упрощен как длинная труба с внешним обогревом (Рисунок 22).В котле нет внутренней циркуляции, поэтому коэффициент циркуляции для прямоточных котлов равен 1. В отличие от других типов водотрубных котлов (естественная и регулируемая циркуляция), прямоточные котлы не имеют парового барабана. Таким образом, длина испарительной части (где насыщенная вода выкипает в пар) не фиксируется ни разу через котлы. Прямоточные котлы также называют универсальными котлами под давлением, потому что они применимы для всех давлений и температур. Однако прямоточные котлы обычно представляют собой котлы больших размеров с высоким докритическим или сверхкритическим давлением пара.Большой современный энергоблок (около 900 МВтт) на основе прямоточной конструкции может иметь высоту более 160 м при высоте топки 100 м.

Q

Рисунок 22: Упрощенный принцип работы прямоточного котла

Проточный тип котла является единственным типом котла, подходящим для сверхкритического давления (в настоящее время оно может достигать 250-300 бар). В настоящее время доступный диапазон температур для однопроходного типа составляет 560–600 °C. Потери давления могут достигать 40-50 бар. Прямоточные котлы нуждаются в передовых системах автоматизации и управления из-за их относительно небольшого объема воды/пара.У них также нет буфера для изменения мощности, как у других типов водотрубных котлов. Типы прямоточных котлов Общие сведения Существует три основных типа прямоточных котлов: конструкции Бенсона, Зульцера и Рамзина. Дизайн Бенсона Самый простой и распространенный дизайн — это дизайн Бенсона (Великобритания, 1922 г.). В котлах Бенсона точка полного испарения (где вся вода превратилась в пар) зависит от прямоточного котла конструкции Бенсона. мощность котла (рисунок 23). Температура перегретого пара регулируется соотношением массовых расходов топлива и 17

воды.Конструкция Benson используется на крупнейших электростанциях Финляндии, например, на электростанциях. Мери-Пори, Хаапавеси и ИВО Инкоо. Конструкция Sulzer Однотрубный котел Sulzer был изобретен в Швейцарии компанией Gebrüder Sulzer Gmbh. В котле Sulzer используется специальный сосуд высокого давления, называемый бутылкой Sulzer, для отделения воды от пара (Рисунок 24). Пар свободен от воды после бутылки. Поэтому точка испарения в котле Sulzer всегда находится на бутылке и, следовательно, постоянна. Первоначально бутыль использовалась для отделения примесей (концентрированных солей и т.) от пара. Другой типичной особенностью котлов типа Sulzer является управление потоком воды каждой трубы, выходящей из определенного коллектора, с помощью отдельного. Рисунок 24: Конструкция прямоточного котла Sulzer. Разделительный флакон отмечен стрелкой. отверстия для каждой трубки. Конструкция «Рамзин» Котел «Рамзин» — российская конструкция, которая известна змеевиковым расположением испарительных труб, окружающих топку (рис. 25). Из-за наклонных и изогнутых водяных труб конструкция котлов Рамзина сложна и, следовательно, дорога.Наклонная конструкция печи в настоящее время также иногда используется в конструкциях Sulzer и Benson.

Рисунок 25: Прямоточный котел Рамзин.

18

Трубы со спиральной стенкой В прямоточных котлах используется специальная конструкция водяных труб. Они называются трубками со спиральными или нарезными стенками (рис. 26). Нарезы в трубе увеличивают смачивание стенки, т.е. улучшают контакт между стенкой трубы и пароводяной смесью и, таким образом, улучшают коэффициент внутренней теплопередачи. Трубка с нарезной стенкой также более устойчива к пересыханию.Из-за более сложного процесса изготовления спиральных труб, спиральностенные трубы дороже обычных труб с гладкими стенками. Гладкостенные трубы используются в конструкциях с наклонными стенками (как в котлах Рамзина).

Рис. 26: Эскиз трубы со спиральной стенкой

Многоходовая конструкция Для получения высокого массового потока, необходимого для эффективного охлаждения трубы, нижняя часть печи может быть разделена на два последовательных потока воды. Эти два параллельных пути образованы чередованием труб первого и второго хода вокруг печи.Как показано на рисунке (Рисунок 27), вода из экономайзера поднимается по трубам первого прохода к выпускным коллекторам, где вода смешивается и направляется в стояки. Из стояков пароводяная смесь направляется в трубы второго прохода, откуда собирается и смешивается в коллекторе второго прохода. Затем пароводяная смесь поступает в коллекторы 3-го прохода, из которых состоит остальная часть испарителя. Используя два прохода, нижняя часть печи фактически имеет удвоенный массовый расход воды по сравнению с верхней частью.Благодаря коллекторам разница температур между отдельными трубками уменьшается.

Рисунок 27: Конструкция многоходовой печи

Преимущества и недостатки Прямоточные (ОТ) котлы имеют следующие преимущества по сравнению с другими типами циркуляции: •

Котлы ОТ могут использовать трубы меньшего диаметра, чем котлы на основе парового барабана из-за отсутствие у них внутренней циркуляции. • Котлы OT имеют надежную внешнюю циркуляцию воды (зависит от насоса технологической питательной воды) 19

Спиральные (рифленые) водостенные трубы более устойчивы к высыханию, чем гладкие испарительные трубы.• Котлы OT не имеют внутренней циркуляции (коэффициент циркуляции = 1), поэтому для внутренней циркуляции не требуется регулирования или проектирования. • Котел OT является единственным котлом, способным работать при сверхкритическом давлении, поскольку в нем нет необходимости разделения пара в зависимости от плотности (баллон Зульцера не используется для сверхкритических значений пара). • Котлы ОТ не используют паровой барабан, что снижает затраты котла.

Прямоточные (OT) котлы имеют следующие преимущества по сравнению с другими типами циркуляции: • • • • •

OT котлы требуют высокого уровня регулирования воды, так как пар/вода проходит непосредственно через котел в турбину.Котлы OT требуют сложного регулирования из-за небольшого объема воды/пара (отсутствие буфера для изменения производительности), отсутствия парового барабана и того факта, что массовые потоки топлива, воздуха и воды прямо пропорциональны выходной мощности котла. Для котлов ОТ требуется большой массовый расход 2000-3000 кг/(м2с) в стенных трубах топки. Трубы со спиральными стенками дороже труб с гладкими стенками из-за более сложного производственного процесса. Котлы ОТ не имеют буфера мощности из-за отсутствия парового барабана и их прямоточного характера.

Эксплуатация Основным отличием прямоточных котлов традиционно является точка полного испарения в трубопроводе. Однако работа в диапазоне сверхкритического давления устраняет это явное различие между состояниями воды и пара, и, таким образом, котлы Sulzer и Benson одинаково работают при сверхкритическом давлении. Тем не менее, разработка привела к постоянной точке испарения также и для котлов Benson (благодаря улучшенному управлению процессом), и в настоящее время рабочие характеристики прямоточных котлов очень похожи.Сегодня самые большие эксплуатационные различия между типами Benson и Sulzer заключаются в системе управления и процедурах нагрева. В целом, все прямоточные котлы нуждаются в определенных специальных мерах по процедуре разогрева и работе на малой мощности. Производство и использование одноконтурных котлов В настоящее время котлы Benson в основном производятся компаниями, входящими в группу Babcock (Deutsche Babcock и др.). Котлы Sulzer в основном производятся (по лицензии) компаниями ABB Combustion Engineering, Mitsubishi, EVT, Andritz и др.Котлы Рамзин можно найти в России. Большая часть новых мощностей обычных паровых электростанций основана на прямоточном принципе, поскольку он допускает более высокое давление пара и, следовательно, более высокую эффективность использования электроэнергии. Котел Sulzer можно найти, например. на электростанции Наантали на юго-западе Финляндии (также на электростанции Муссало). Котел электростанции Мери-Пори, расположенной в западной Финляндии, основан на котле Бенсона. Также на электростанциях Inkoo и Haapavesi используются котлы конструкции Benson. 20

Интернет-ссылки Вот список ссылок на интересную литературу о прямоточных котлах: • • • • • •

Siemens-Westinghouse: публикации и ссылки BENSON Siemens-Westinghouse: котлы Benson BOOSTER Co.Ltd: О прямоточном котле Mitsubishi Прямоточные котлы Babcock & Wilcox Company: Технология сверхкритических (прямоточных) котлов (PDF) Foster-Wheeler: Прямоточный сверхкритический котел (PDF)

Комбинированные циркуляционные котлы Общие сведения Этот котел Тип представляет собой комбинацию котлов с регулируемой циркуляцией и прямоточных котлов. Котлы с комбинированной циркуляцией (прямоточные с наложенной рециркуляцией) могут использоваться как при докритическом, так и при сверхкритическом давлении пара.На рис. 28 показан упрощенный принцип комбинированной циркуляции. Когда мощность горения составляет от 60 до 100 %, котел работает как прямоточный котел. При нагрузке ниже 60 % комбинированные циркуляционные котлы работают как котлы с принудительной циркуляцией, чтобы поддерживать адекватный поток воды/пара в стенных трубах. Самым большим преимуществом котлов комбинированного циркуляционного типа является снижение потребности в энергии насосов, так как режим работы меняется в зависимости от загрузки мощности. Основными недостатками являются затруднительное взаимодействие между насосом питательной воды и циркуляционным насосом, а также высокий уровень, необходимый для очистки воды (как это требуется для прямоточных котлов).

Рисунок 28: Упрощенный принцип комбинированной циркуляции (сгорание)

Основным производителем котлов этого типа является ABB Combustion Engineering и другие компании с лицензией ABB CE. Однако Mitsubishi является практически единственной компанией-пользователем лицензии за пределами США.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.