Освіта пара
Паровий котел працює при постійному тиску пара. При цьому різні типи парогенераторів мають різний рівень тиску. У зв'язку з цим важливо знати, як залежать ентальпія киплячої води, прихована теплота пароутворення, ентальпія насиченої і перегрітої пари від тиску. Зі збільшенням тиску аж до критичного (РКР = 22,13 МПа) ентальпія киплячої води безперервно зростає. Отже, з підвищенням тиску в котлі площа поверхонь нагріву, в яких відбувається попереднє нагрівання води, повинна збільшуватися. Прихована теплота пароутворення зі збільшенням тиску безперервно зменшується і при критичному тиску дорівнює нулю. Це вказує на можливість зменшення площі поверхонь нагріву, в яких з киплячої води утворюється насичена пара. Ентальпія сухого насиченої пари при зростанні тиску до 3,3 МПа збільшується, а потім падає. Отже, при виробленні насиченої пари недоцільно підвищувати його тиск за рівень 3,3 МПа.
Істотний вплив на надійність роботи котла надає процес кипіння, під яким розуміють освіту пара всередині об'єму рідини. Умови кипіння води в котлах складні і своєрідні. Як тільки температура води в поверхні нагріву котла досягає температури насичення, починається кипіння, яке носить спокійний характер. При цьому процес починається в шарах рідини, що стикаються з внутрішньою стінкою поверхні нагрівання. У міру збільшення температури стінки число діючих центрів кипіння зростає і процес кипіння стає все більш інтенсивним. Парові бульбашки поступово відриваються від поверхні і, проходячи крізь шар води, збільшуються в своєму обсязі. Це пояснюється тим, що температура в обсязі киплячій рідини трохи вище температури насичення (по досвідченим чанним на 0,2-0,4 ° С).
При форсуванні топки збільшується різниця температури стінки і температури насичення. При цьому температура насичення при постійному тиску в парогенераторі залишається незмінною. Підвищення різниці температур стінки і киплячої води призводить до збільшення кількості теплоти, що відводиться киплячою водою від стінки поверхні нагрівання. В кінцевому підсумку кількість вироблюваного котлом пара зростає. Однак відведення теплоти зі збільшенням температурного напору між стінкою і киплячою водою зростає до певної межі, після перевищення якого починає зменшуватися.
Температурний напір, у якому відвід теплоти від поверхні нагрівання до киплячої рідини досягає максимального, прийнято називати першим критичним значенням. Режим кипіння до моменту настання першого критичного значення називається бульбашковим.
У поверхнях нагріву котлів не допускають перевищення температурного напору понад першого критичного значення, щоб уникнути виходу поверхні нагрівання з ладу.
Поверхні нагрівання котла зазвичай виконують з труб, в яких на розвиток кипіння, крім зазначених факторів, впливають і такі, як швидкість руху рідини або пароводяної суміші і характер розподілу парової і рідкої фаз в трубах.
При русі рідини в вертикальних трубах розрізняють наступні режими течії: бульбашковий, снарядний, стрижневою і емульсійний.
Бульбашковий режим течії в вертикальних трубах спостерігається при помірному паросодержания і невеликій швидкості течії пароводяної суміші. Пузирки пара невеликі і досить разномерной розподілені по перерізу труби. При бульбашкової перебігу в горизонтальних трубах бульбашки пара розташовуються у верхній частині труби, а вода - в нижній її частині.
Снарядний режим течії спостерігається при збільшенні паросодержания в потоці. Для цього режиму характерно об'єднання дрібних бульбашок в великі, що нагадують за обрисами снаряди.
Стрижневою режим характеризується наявністю суцільного парового стрижня, що рухається по центру труби, з суцільною кільцевою плівкою, що прилягає до внутрішньої частини труби.
Емульсійний режим спостерігається при великій швидкості пара і високому тиску. Основна маса водяної плівки зривається бульбашками пара і несеться у вигляді крапель. На внутрішній стінці труби залишається тонка водяна плівка.
У горизонтальних трубах при малих швидкостях відбувається розшарування потоку. У верхній частині труби рухається пара, що має меншу щільність у порівнянні з водою, а в нижній частині - основна маса води.
При низькому тиску спостерігається снарядний режим течії. З підвищенням тиску до 3-4 МПа він переходить в снарядних-бульбашковий і при тисках 10 МПа в бульбашковий, який за певних умов може перейти в стрижневий, а потім в емульсійний.
Процес кипіння в трубах може також відбуватися при температурі води, меншою температури насичення. Це спостерігається при інтенсивному підводі теплоти, коли температура стінки вище температури насичення і кипіння відбувається в тонкому (прикордонному) шарі рідини. Однак утворення пари в пристенной області, потрапивши в ядро потоку, швидко конденсується. Таке кипіння називають кипінням в прикордонному шарі або кипінням недогріти рідини.
Дослідження процесу кипіння показали, що для бульбашкового режиму характерна висока інтенсивність тепловіддачі і можливість відведення з одиниці поверхні великих потоків теплоти, але не перевищують першого критичного значення температурного напору.