3. Природна циркуляція води в парових котлах і опалювальній системі. Точка роси і заходи боротьби з нею.

Вода — найпростіша стійка у звичайних умовах хімічна сполука водню з киснем. Хімічна формула — Н₂0. Найбільшою щільністю вода володіє при 4°С (точніше 3,98°С) — 1000 кг/м³. Теплоємність у неї вище, ніж в інших рідких і твердих тіл, і в межах температур від 0 до 100°С при атмосферному тиску дорівнює 1 ккал/(кг °С). На відміну від інших рідких і твердих тіл, зі збільшенням температури до 120°С та відповідному тиску теплопровідність води збільшується, а при температурі вище 120°С - зменшується.

Вода, як і всяка рідина, підкоряється гідравлічним законам. Вона майже не стислива, тому має здатність передавати тиск, що давить на неї, в усі сторони з однаковою силою. Це закон Паскаля, на якому ґрунтується дія гідравлічного преса, за допомогою якого проводять випробування котлів.

Якщо кілька посудин різної форми, місткості і висоти з'єднати внизу між собою, то у всіх вода встановиться на однаковому рівні, незалежно від того, стоять вони вертикально або похило (закон сполучених посудин). У котельнях на цьому законі заснована робота водовказівних приладів на парових котлах, деаераторных баках, баках - мірниках.

Перехід води з рідкого стану в газоподібне називається паротворенням, а з газоподібного в рідке - конденсацією.

Випар — це перехід речовини з рідкого стану в газоподібне (пара). Воно відбувається з відкритої поверхні при будь-якій температурі і залежить від атмосферних умов. При підведенні тепла температура рідини та інтенсивність випару її збільшуються, і при певній температурі рідина закипає.

Кипіння — це процес інтенсивного випару рідини не тільки з її вільної поверхні, але й по всьому обсязі усередині пухирців, що утворяться при цьому, пари. Для підтримки кипіння до рідини необхідно підводити теплоту. Температура рідини при цьому залежить від підтримуваного в системі тиску: з його підвищенням вона збільшується. При підтримці постійного тиску (за рахунок скидання пари) температура залишається рівній температурі кипіння. Підведення тепла в цьому випадку приводить до еквівалентного збільшення виробітку пари.

Температура кипіння води при атмосферному тиску дорівнює 99,1°С (округл. приймають 100°С). Кожному значенню тиску відповідає своя температура кипіння. Залежність її від тиску і параметра пари наведені в табл. 2.

Кількість тепла, який необхідно повідомити воді для перетворення її з рідкого стану в пароподібне при температурі кипіння, називається схованою теплотою паротворення.

Ентальпія (тепломісткість) визначає працездатність робочого тіла і процесів, що протікають, чисельно дорівнює кількості тепла, переданого робочому тілу в процесі його нагрівання:

і = Cp t,

де i - ентальпія, ккал/кг;

Ср — питома теплоємність газу при постійному тиску, ккал/до °С

t — температура, °С.

З формули видно, що при підвищенні температури фізичного тіла його ентальпія, а отже, і працездатність збільшуються.

У відкритій посудині ентальпія киплячої води складе близько 100 ккал (420 кдж). Прихована теплота паротворення води при атмосферному тиску дорівнює 539 ккал (2260 кдж). Отже, ентальпія (тепломісткість) пари при атмосферному тиску складе: 100 + 539 = 639 ккал (420 + 2260 = 2680 кдж).

Пара буває насичена і перегріта. Насиченою у теплоенергетиці називається пара, отримана при кипінні води, що має з нею однакову температуру при тому ж тиску. Вона буває вологою насиченою, тобто, що має в собі вологу, привнесену в пару в результаті розриву оболонок парових пухирців, і сухою насиченою - без цієї вологи.

Величина, що визначає кількість сухої пари в 1 кг вологої пари у відсотках, називається ступенем сухості пари і позначається буквою х (ікс). Для сухого насиченої пари х = 1.

При ступені сухості х = 0,97 ступінь вологості обчислюється в такий спосіб: 1 – х = 0,03; отже, у вологій парі втримується 97% сухого насиченої пари і 3% вологи. Вологість насиченої пари в парових казанах повинна бути в межах 1-3%. Відділення часток води від пари називається сепарацією, а пристрої, призначені для цієї мети, - сепараторами. Пара, температура якої для певного тиску перевищує температуру насиченої пари, вважається перегрітим. Різниця температур між перегрітою і сухою насиченою парою при тому ж тиску йменується перегрівом пари. Перегріта пара має велику перевагу перед насиченим, тому що він конденсується тільки після зниження його температури до температури насиченої пари, що дуже важливо при подачі пари по паропроводах від котла до споживачів.

Крапкою роси називають температуру, до якої потрібно остудити повітря або продукти згоряння, щоб водяна пара, що втримується в них, досягла стану насичення і виділилася у вигляді роси. Це одна з характеристик вологості повітря. Температура крапки роси продуктів згоряння газу становить 53 - 56°С. Волога, що виділяється, викликає корозію металу. Щоб попередити корозію труб, економайзерів і конвективних поверхонь нагрівання котлів, у котельнях установлюють рециркуляційні лінії з насосами, за допомогою яких у зворотний трубопровід підмішується гаряча вода, щоб підігріти вхідну в котел воду до температури на 5-10°С вище крапки роси продуктів згоряння.