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.

Вопрос

Целью расчета естественной циркуляции является опреде­ление количественных характеристик циркуляции: скорости ш₀ и кратности циркуляции и , а также недогрева до кипе­ния . Если полученные расчетом значения , и удовлетворяют рекомендациям, выработанным практикой, то можно определить истинную площадь проходного сечения опуск­ных труб для прохода в них воды в количестве при .

Расчет циркуляции выполняют для котла готовой конструк­ции после завершения теплового расчета.

На примере простейшего контура циркуляции, состоящего из одного ряда подъемных и одного ряда опускных труб (см. рис. 4.4), рассмотрим основной принцип расчета. Его выпол­няют методом последовательных приближений. В ходе расчета решаются два уравнения: основное уравнение циркуляции и уравнение материального баланса .

Основное уравнение циркуляции решается графоаналитиче­ским методом. Для этого задают три значения кратности цир­куляции в контуре и по формуле определяют три значения расхода воды в опускных трубах. Здесь расход пара, или паропроизводительность, , где Q – тепловосприятие обогреваемого подъемного ряда; – скрытая теплота парообразования при дaвлeнии в котле.

По уравнению (4.26), зная находят три значения недогрева воды до кипения в верхнем барабане .

 

 

Рис. 4.5. Гидравлические характеристи­ки подъемных (а),

опускных (б) труб и графическое решение уравнений

цирку­ляции применительно к однорядному контуру (в)

 

Для каждого определяют скорость воды в опускных тру­бах , где – принятая площадь сечения опуск­ных труб. Пользуясь уравнением (4.22), находят гидравлическое сопротивление в опускных трубах и строят графическую зависимость , которая называется гидравлической характеристикой опускных труб (Рис. 4.5, б).

Затем определяют три значения скорости циркуляции , где – расход воды в трубах обогревае­мого подъемного ряда; – площадь сечения труб подъемного ряда. Далее по уравнению (4.22) вычисляют три значения гид­равлического сопротивления в подъемных трубах или . При этом учитывается наличие пара в по­токе и его влияние на .

Теперь можно определить три значения движущего напора . Высота паросодержащей части труб подъем­ного ряда снимается с чертежа, если известна высота эконо-майзерного участка . Величины и определяют по спе­циальным методикам в зависимости от известных и (или ).

В конце расчета находят три значения полезного напора и строят график зависимости , который называется циркуляционной характеристикой подъем­ных труб (Рис. 4.5, а). Эта характеристика имеет падающий ха­рактер, так как с ростом количество пара, производимого в подъемных трубах при постоянном их обогреве, уменьшается, а следовательно, уменьшается и высота паросодержащей части труб , увеличивается плотность смеси и снижается движу­щий напор . Хотя с уменьшением паропроизводительности тоже уменьшается, однако снижается сильнее, чем , и значение с увеличением уменьшается.

Для решения основного уравнения циркуляции и уравнения материального баланса надо совместить графики, изображенные на рис. 4.5, а и 4.5, б (см. рис. 4.5, в). Тогда в точке пересечения М кривых и , называемой рабочей точкой, выполняются необходимые условия: и . Расчет окончен.

По этим данным можно определить кратность циркуляции , скорость циркуляции и расчетную площадь сечения опускных труб , необходимую для пропуска воды при .

В котлах имеется несколько подъемных рядов, замыкающих­ся на единый необогреваемый опуск. Это не меняет существа расчета. Вначале рассчитывают каждый подъемный ряд (как это делалось выше), а потом объединяют данные и строят еди­ную циркуляционную характеристику всех подъемных труб . Ее пересечение с кривой опреде­ляет единую рабочую точку М для многорядного контура цир­куляции. При этом создается возможность рассчитать значения К и для каждого подъемного ряда.

Вопрос

Сложный контур разбивается на ряд простых контуров, в которые объединяются трубы с близкими тепловыми и гидравлическими характеристиками.

- расчетные скорости циркуляции в i контуре.

Далее для каждого простого контура аналогичным методом строятся зависимости .

Так как данные контуры работают параллельно, суммарный полезный напор определяют суммированием расходов (скоростей) при =const. По суммарным расходам (скоростям циркуляции) строят зависимость .

- расчетные скорости циркуляции в i контуре.

.

41 вопрос

Значения величин К и сами по себе еще не определяют надежность циркуляции. Циркуляция будет надежной, если бу­дут отсутствовать опасные явления, которые затрудняют дви­жение воды в опускных и подъемных трубах и препятствуют охлаждению стенок труб изнутри движущейся средой. К таким явлениям относятся застой и опрокидывание циркуляции, при­водящие к нарушению движения воды и пароводяной смеси в подъемных трубах, расслоение потока пароводяной смеси в на­клонных парообразующих трубах, которое влечет за собой повышение температуры стенки трубы в местах скопления пара, предельно допустимое значение кратности циркуляции, кави­тация на входе в опускные трубы, вскипание воды в опускных трубах.

Застой и опрокидывание циркуляции возникают из-за нерав­номерного обогрева подъемных труб, находящихся в одном и том же ряду. Неравномерность обогрева может быть вызвана различными причинами: односторонним отоплением, неодинаковым загрязнением труб и др. Циркуляционная характеристика трубы со слабым обогревом отличается от циркуляционной ха­рактеристики всего ряда (рис. 4.6). Положение рабочей точ­ки М' обеспечивает достаточ­ный для охлаждения стенки расход воды в подъемном ря­ду и в слабо обогреваемой трубе. Однако если по какой-либо причине гидравлическое сопротивление в опускных тру­бах возрастет (например, вода вскипит), гидравлическая ха­рактеристика опускных труб займет положение и рабочая точка сместится в положение , то при новом полезном напоре расход воды в слабо обогреваемой трубе 2 будет равен нулю . В трубе наступит застой циркуляции. В неподвижной воде ухудшается охлаждение стенок трубы и удаление образующегося на стенках пара. Это может вызвать перегрев стенки и разрушение целостности трубы.

 

Рис.

 

В слабо обогреваемых трубах при некоторых условиях мо­жет возникнуть опускное движение потока или смена опускного движения подъемным и наоборот. Такое неустойчивое движе­ние недопустимо, так как оно не обеспечивает охлаждения ме­талла труб. Это явление называют опрокидыванием циркуляции.

Из рис. 4.6 следует, что для нормальной работы подъемных труб необходимо снижать сопротивление опускных труб, чтобы рабочая точка находилась в положении, близком к М' (то есть справа и по возможности в нижней части графика). Для этого опускные трубы всегда делают из труб большого диаметра: 57 или 114 мм.

Расслоение потока пароводяной смеси происходит в горизон­тальных и наклонных к горизонту подъемных трубах. При этом пар собирается и движется в верхней части трубы, вода – в нижней (лотковое течение). Процесс охлаждения стенки трубы в районе верхней образующей нарушается и становится реальной угроза перегрева металла трубки. Возможно пульсирующее движение потока в таких трубах, когда их стенки попеременно омываются то водой, то паром. Это вызывает опасные цикличе­ские знакопеременные напряжения в металле, приводящие к раз­рушению стенки. Поэтому в котлах с естественной циркуляцией надо проверять угол наклона подъемных труб к горизонту: он должен быть не менее 25–30°.

Предельно допустимое значение кратности циркуляции в подъемном ряде К 4. При этом структура потока смеси в подъемных трубах такова: пар движется в ядре потока, а вода по стенкам трубы. При К < 4 количество пара в трубах уве­личивается и его становится так много, что водяная пленка, текущая по внутренним стенкам труб, утоняется, ее непре­рывность нарушается, и в пленке начинается интенсивное на­капливание солей, приводящее к накипеобразованию, что недопустимо.

На предельно допустимое значение кратности циркуляции следует проверять наиболее нагруженные в тепловом отношении трубы (ряды).

Кавитация (воронкообразование) на входе в опускные трубы возникает при снижении уровня воды в пароводяном барабане и снижении подпора на входе в опускные трубы из-за возник­новения вихревой воронки. Для того чтобы кавитация не воз­никла, уровень воды над входным сечением опускных труб должен быть не менее 100 мм (см. рис. 4.4).

Вскипание воды в опускных трубах может привести к росту их гидравлического сопротивления и уменьшению поступления воды в нижний коллектор. При этом подъемные трубы, более нагруженные в тепловом отношении, «забирают» воду из ниж­него коллектора, а приток воды к слабо обогреваемым трубам приостанавливается, и в них наступает застой. При очень бур­ном вскипании воды в опускных трубах и во всем котле обра­зуется большое количество пара, вследствие чего быстро подни­мается уровень воды в пароводяном коллекторе (набухание уровня). Вместе с паром, выходящим из коллектора, захваты­вается большое количество воды, которая может попасть в па­роперегреватель и даже в паровую турбину.

Вскипание воды возникает при резком увеличении отбора пара из котла и падении давления в нем. Чтобы избежать нару­шения циркуляции в судовых котлах, отраничивают скорость снижения давления при отборе пара из котла: она не должна превышать (3 ÷ 6) 10^–3 МПа/с. Недопустимо и резкое повыше­ние давления в котле, при котором прекращаются кипение и циркуляция. Скорость повышения давления на 20–30% может превышать допустимую скорость снижения давления.

В судовых котлах отношение сечения опускных труб к се­чению подъемных труб рекомендуется сохранять в пре­делах 0,3–0,5.

Вопрос