Co je přirozená cirkulace?

Potrubí kotle na výrobu páry, ohřívané zvenčí horkými zplodinami spalování, musí být zevnitř nepřetržitě chlazeno vodou nebo směsí páry a vody pohybující se v potrubí.

Když se takový pohyb zastaví (stagnace) nebo se dokonce sníží rychlost, může dojít k neuspokojivému odvodu tepla ze stěn potrubí a v důsledku toho k vyhoření kovového potrubí.

Nepřetržitý pohyb vody a směsi páry a vody prostřednictvím spouštěcích a stoupajících potrubí, které se nacházejí v blízkosti kolektorů vody a páry a vody, se nazývá přirozený oběh. Proces přirozené cirkulace je charakterizován takovými pojmy, jako je cirkulační okruh, rychlost cirkulace, rychlost cirkulace, přihřívání k varu atd.

Podívejme se na práci těch nejjednodušších cirkulační okruh. Schéma nejjednoduššího okruhu s přirozenou cirkulací vody a směsi páry a vody je na Obr. 4.4. Uzavřený cirkulační okruh se skládá ze dvou řad potrubí: levé řady 4, teplem vyhřívaný, v jehož trubkách vaří voda a vzniká směs páry a vody, a pravá nevyhřívaná řada 2, jehož trubky jsou naplněny vodou ve stavu blízkém varu. Do kolektorů jsou zavedeny řady potrubí: horní pára-voda 1 a nižší voda 3.

Rýže. 4.4. Schéma nejjednoduššího cirkulačního okruhu

V levé vyhřívané řadě trubek se vlivem varu vody tvoří směs páry a vody, jejíž hustota je menší než hustota vody v pravé nevyhřívané řadě. V důsledku toho v letadle I – I, procházející spodním kolektorem, vlevo je tlačen sloupcem směsi plnící ohřívané trubky a vpravo sloupcem vody plnícím neohřívané potrubí. Vytvořený tlakový rozdíl neboli hnací tlak způsobí pohyb v okruhu. Ve vyhřívaných trubkách levé řady 4 směs páry a vody bude stoupat a v nevyhřívaných trubkách pravé řady 2 voda začne padat. V okruhu bude zavedena přirozená cirkulace vody a směsi.

Na Obr. 4.4 je uvedena výška spodních trubek. Stoupající trubky mají dvě charakteristické výšky: počáteční, nazývanou výška sekce ekonomizéru, a následující, nazývaná výška sekce obsahující páru. V sekci ekonomizéru vyhřívané řady se voda pohybuje nahoru a ohřívá se a vaří. Proto se výška sekce ekonomizéru stoupacích trubek často nazývá výška bodu varu.

Směs páry a vody, pohybující se nahoru, vstupuje do sběrače páry a vody, kde se pára odděluje od vody. Oddělená voda se mísí s kontinuálně dodávanou napájecí vodou a směřuje do pravého pruhu a pohybuje se po něm dolů. Výsledkem je kruhový pohyb. Kruhový pohyb v okruhu neboli cirkulaci zajišťuje hnací tlak, což je rozdíl tlaku vytvářený sloupcem vody ve svodech a sloupcem směsi pára-voda ve stoupačkách. Výraz pro hnací tlak je podobný výrazu pro přirozený tah (gravitaci) a má tvar Pa,

Při rovnoměrném kruhovém pohybu se hnací tlak vynakládá na překonání odporu ve stoupajícím a klesajícím potrubí, proto

Část hnacího tlaku mínus hydraulický odpor ve stoupacích potrubích se nazývá užitečný tlak

která se vynakládá na překonání odporu ve svodech. Z (4.19) a (4.20) vyplývá, že

Rovnice (4.21) se nazývá základní cirkulační rovnice,

Hydraulický odpor ve svodech lze určit podle vzorce

U zvedacích trubek lze hodnotu určit podle vzorce (4.22), ale s nahrazením a za a. Znáte-li a , můžete vypočítat užitečný tlak.

Nyní se na příkladu provozu zvedacích trubek seznámíme s rychlostí cirkulace.

V ustáleném provozním režimu kotle voda vstupuje do potrubí zvedací řady ze spodního sběrače vody a směs páry a vody vystupuje z potrubí. Průtok páry generované v potrubích, kg/s, je několikanásobně menší než průtok vody, kg/s, vstupující do potrubí zvedací řady. Poměr průtoku vody cirkulující v potrubí zvedací řady k průtoku páry vytvořené v potrubích této řady se nazývá cirkulační rychlost řádek

Zvedací řady mají různé vytápění, vstupuje do nich různé množství vody a vzniká různé množství páry. Proto má každá zvedací řada svůj vlastní cirkulační poměr. V řadách umístěných blíže topeništi se vytváří více páry, takže rychlost cirkulace v nich je menší než ve slabě vyhřívaných řadách.

Kromě koncepce cirkulační rychlosti řady existuje koncepce celkové cirkulační rychlosti celého kotle

Fyzikální význam rychlosti cirkulace spočívá v tom, že ukazuje počet úplných otáček vody v okruhu, dokud se zcela nepromění v páru. Poměr oběhu řádků umístěných v blízkosti topeniště = 4 ÷ 10; pro celý kotel = 40 ÷ 60.

Zastavme se u pojmu rychlost oběhu. Rychlost oběhu se nazývá rychlost vody na vstupu do potrubí zvedací řady. Proto m/s,

Hodnota určuje spolehlivý provoz zvedacích trubek. Pokles je nebezpečný: vede ke snížení odvodu tepla ze stěn potrubí pohybující se vodou. V lodních kotlích by rychlost cirkulace měla být = 0,3 ÷ 1,5 m/s. Vyšší hodnoty platí pro stoupací potrubí s vysokým tepelným zatížením.

Důležitou vlastností oběhu je přihřívání k varu, který probíhá v bubnech, ve stoupacích potrubích a v sekci ekonomizéru. Uvažujme přitápění až var v horním bubnu, se kterým voda vstupuje do svodů, J/kg nebo kJ/kg.

Z Obr. 4.4 je vidět, že napájecí voda vstupuje do vodní dutiny parovodního bubnu, obvykle z ekonomizéru. Lze tedy určit jeho entalpii (za ekonomizérem). Obvykle se voda v ekonomizérech nezahřívá k varu, takže – (125 ÷ 350) kJ/kg, kde je entalpie vroucí vody při tlaku v horním bubnu.

Ze zvedacích trubek vstupuje do vodní dutiny horního bubnu směs páry a vody. V tomto případě bubliny páry vyplouvají na povrch a pára se shromažďuje v parní dutině nad odpařovacím zrcadlem. Vroucí voda oddělená ze směsi s entalpií je smíchána s vodou přicházející z ekonomizéru a odváděna do svodů. V důsledku toho do svodů vstupuje směs vroucí a nevroucí vody, která má podohřev k varu rovný

tedy = 3 ÷ 6 kJ/kg.

Jak se voda pohybuje spádovými trubkami, její tlak se zvyšuje o množství hydrostatického sloupce vody, takže při pohybu vody směrem dolů se zvyšuje přihřívání k varu.

Datum přidání: 2017. 06. 13 ; zobrazení: 1891 ;