КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Гидравлическая разверка в элементах котла

Расчет гидравлической разверки можно вести по гидравлическим ха­рактеристикам, построенным для элемента, параметры которого соответ­ствуют данным для средней трубы и разверенной трубы, находящейся в наиболее опасном температурном режиме. Гидравлическая характеристика должна учитывать сопротивления трения Артр, местное Дрм, от ускорения потока Аруск нивелирный напор ДрНИв и сопротивление во входном ДрВх. к и выходном Дрвых. к коллекторах:

Ар = Артр + Дрм + Друск + Дрнив + Дркол? (10.67)

Где

Дркол — Дрвх. к Дрвых. к - С учетом (10.32), (8.88) перепад давления Ар запишем для элемента:

Дрэл = RnCt&n + ^ - „») + ДjC„ + Айл, (10.68)

/ ЭЛ

И разверенной трубы:

Q2

Ар г = R, G% + -1 (v - vA + АртШІВ + A (10.69)

/ T

Где vKi г>„ — удельный объем среды в конце и начале трубы, м3/кг.

(10.70)

Поскольку средняя труба и разверенная труба гидравлически имеют общие точки на входе и выходе панели, то они находятся под одним и тем же перепадом давления, т. е.

Др)л = Др,.

352

F

Поэтому после построения гид­равлических характеристик ДрЭл = /(G) и Арт = f(G) в пределах G от 2,5 до 150% от номинального зна­чения определяют Дрэл при Сэл = — Сном (рис. 10.26). По условию Дрт = Дрэл находят значение GT и рассчитывают коэффициент гидрав­лической разверки рг:

Рг — Gr/Gin.

Чтобы выявить влияние на гидравлическую разверку теплово­го потока, конструктивного выпол­нения труб, высоты панели и дру­гих факторов, необходимо каждый раз строить гидравлические харак­теристики. Удобнее проводить такого типа анализ не графически, а анали­тически. Для этого приравняем обе зависимости (10.68) и (10.69).

Гидравлическая разверка в элементах котла

0 / 0.025-G ном

1 ,5-Gh,

Рис. 10.26. К расчету гидравлической разверки по гидравлическим характери­стикам труб.

Получаем

О

6АрШ1В + 6Арк,

Язл^эл + jlivl*

RrVr + jsW-vl)

(10.71)

Где

5АРнпв = AplllB - Ар™в: 5Аркол = Арткоп - Ар™у (10.72)

Гидравлическая разверка зависит от конструктивного выполнения раз­меренной и средней труб (i?,r, Ryл, /) интенсивности их обогрева (уэл, vT, v™, пространственного расположения труб и направления потока (±Др£ив, ІДр-J, сопротивления в коллекторах (Дрк2л> АРкол)- Па нее влияют также Давление среды, энтальпия потока на входе в трубу и другие параметры.

Проведем анализ выражения (10.71) по следующим направлениям: го­ризонтальная поверхность нагрева; влияние нивелирного напора и сопро­тивления в коллекторах (коллекторного эффекта).

(10

Котельные установки

Для горизонтальной трубы нивелирный напор Др^|В — Др^1В — 0 и, соответственно, <!> Дрнив = 0.

Для вертикальных труб разность нивелирных напоров

5Др„„в = ДРн1Ш - ДРж. в - Рт<У#т - Р-упд^я-

Если принять, что Нт = Нзл = Н, то

5Аршв = (рт - рзл)дН = ~(рэл - рт)дН. (10.73)

Из (10.73) видно, что 6Арнив = 0 при рт = рэл. Это условие достаточно хорошо выполняется в некипящих экономайзерах и в выходных пакетах пароперегревателя, где удельный объем воды или пара мало зависит от температуры.

К этому же случаю можно отнести и многоходовые панели, для кото­рых разность нивелирных напоров мала по сравнению с гидравлическим сопротивлением.

Примем, что Друск > ДРуск и ДРкол малы по сравнению с гидравличе­ским сопротивлением Дрг, тогда формула (10.71) для горизонтальных труб примет простой вид:

Гидравлическая разверка в элементах котла

Где rjr — коэффициент гидравлической неравномерности, показывает отно­шение коэффициентов сопротивления разверенной Яг и средней Rln трубы:

Для необогреваемых труб (перепускные трубы между поверхностями нагрева котла, опускные трубы в барабанном котле и т. д.) vln = vTn гидрав­лическая разверка зависит от коэффициента гидравлической неравномерно­сти. Труба, длина которой больше других, имеющая дополнительные гибы, с большей шероховатостью, у которой больше сварных соединений, имеет увеличенный коэффициент сопротивления RT > R^ и, соответственно, у нее г]Г > 1, а рТ < 1, т. е. расход срсды через такую трубу будет меньше, чем через другие.

При равномерном обогреве (qT — qT/q3n = 1) и при ї)г = 1 гидравличе­ская разверка отсутствует, т. е. рг = 1. Если же в какой-либо трубе /д > 1
(по конструктивному выполнению, из-за отложения примесей и т. п.), то в ней расход будет меньше (рг < 1, DT < чем в других, это, в свою оче­редь, вызовет более высокий нагрев среды в трубе (Д/іт > Д/цЛ> ^т > ^эл) и дальнейшее снижение расхода среды до установления равновесия в систе­ме (уменьшение расхода в трубе ведет к увеличению в других, т. е. к росту общего сопротивления). При равномерном обогреве труб из-за гидравли­ческой неравномерности расход среды по трубам и' температура ее будут различаться.

Гидравлическая разверка в элементах котла

0 Слабообогрева - 1 Сильнообогреваемая труба Vr емая труба

0

Рис. 10.27. Разверочные характеристики для горизонтальной панели.

Построим разверочные характеристики для горизонтальной поверхно­сти нагрева (примем t]r = 1, дДрКОл = 0, Друск = 0). Для разверенной Грубы г/т > 1. Такую трубу будем называть также сильнообогреваемой в отличие от слабообогреваемой, у которой r/T < 1.

Неравномерность обогрева даже при г]г = 1 приводит к изменению расхода среды в трубах. В разверенной трубе (г]т > 1, qT > q3n) сред­няя температура водного теплоносителя и его удельный объем vT больше средних величин (г>г > г>эл) по панели, соответственно, появляется гид­равлическая разверка (рг < 1) и расход DT < Д, л. Таким образом, тепло­вая неравномерность в элементе вызывает появление гидравлической раз­верки. Механизм (явление), отражающий эту взаимосвязь, называют теп- логыдравлыческой разверкой, а зависимость коэффициента гидравлической разверки от неравномерности тепловосприятия рГ = /(гут) — разверочной характеристикой.

При увеличении тепловой неравномерности энтальпия и удельный объ­ем среды в разверенной трубе vT растет:

К™ = Кх + AhT = hBX + pq. Ah3J} - hBX + ^ • Д/гэл;

Пп Г Г (10'76>

Д£т = AhT/2 = Ml. Д/Ьл = Mi. ^ . Д/гэл.

Расход среды через разверенную трубу GT влияет на энтальпию среды hT.

Рассмотрим три случая:

Б) Энтальпия hT находится в зоне большой теплоемкости (при СКД), где коэффициент /3 резко возрастает (рис. 10.28), а затем падает, при этом

А) На входе в панель существенный недогрев воды до температуры кипения (г>вх < vf) или до ЗБТ; в разверенной трубе /гт увеличивается с уменьшением расхода среды GT; при линейной зависимости удельного объ­ема воды от энтальпии (/3 = dv/dh = const) разверочная характеристика рг = /(г/г) монотонно-убывающая (рис. 10.27, кривая 1). Если величина (3 возрастает, то разверочная кривая 2 будет идти ниже кривой 1. Если сред­няя энтальпия воды в разверенной трубе будет меньше энтальпии кипения (ДКД) или в начале ЗБТ (СКД), то разверочная характеристика получается однозначной.

Гидравлическая разверка в элементах котла

Рис. 10.28. Зависимость параметра в от температуры (энтальпии) рабочей среды.

Зависимость рг == /(т? т) может быть однозначной (кривая 3 рис. 10.27) или неоднозначной (кривая 4): в зоне неоднозначности одной величине rjT соот­ветствуют три значения рг. При докритическом давлении при ftT = Ы коэф­фициент /3 изменяется скачком и разверочная кривая будет иметь ломаный характер, характеристика — неоднозначная.

В) В области перегретого пара разверочная характеристика однозначна (кривая 5 рис. 10.27).

Для вертикальной трубы с подъемным движением среды формулу для гидравлической разверки запишем в следующем виде (<5ДрК0Л = 0; Друск = 0):

(Рэл - Рт)9Н •йэл^эл^эл

Дэл^э. RjVJ

У/а - VTTB,

1 +

(10.77)

Рг

Где обозначено:

А

В

(10.78)

RjVJ '

(Рэл - РтЪН Яэл^эл^эл

Комплекс А характеризует отношение гидравлических сопротивлений и удельных объемов в элементе и разверенной трубе.

Комплекс В учитывает влияние разности нивелирных напоров в эле­менте и разверенной трубе на гидравлическую разверку. Для подъемного движения среды перед В стоит знак «плюс». В сильнообогреваемой тру­бе (rjT > 1) плотность среды рт меньше, чем в элементе: рт < рэл, ком­плекс В положителен, и, как видно из формулы (10.77), он увеличивает величину рг, расход среды в разверенной трубе будет больше (рис. 10.29, кривая 2) по сравнению с горизонтальной панелью. В слабообогревае - мой трубе (rjT > 1) рт < рэл, комплекс В отрицателен, что приводит к уменьшению расхода среды в этой трубе по отношению к горизонталь­ным элементам. Таким образом, при подъемном движении среды в верти­кальной панели нивелирный напор играет положительную роль: в сильно - обогреваемой трубе расход среды увеличивается, а в слабообогреваемой — уменьшается.

Вклад нивелирной составляющей в гидравлическую разверку зависит от расхода среды в элементе G3J]. При больших расходах среды Gm ком­плекс В уменьшается и разверочная характеристика вертикальных панелей приближается к характеристике горизонтальных панелей. С уменьшением расхода среды нивелирная составляющая играет большую роль (рис. 10.29, кривые 2 и 3).

При опускном движении потока перед комплексом В в (10.77) дол­жен быть знак «—» и влияние нивелирного напора становится обратным: в

Гидравлическая разверка в элементах котла

Рис. 10.29. Разверочные характеристики для вертикальной панели.

Сильнообогреваемых трубах расход среды уменьшается, а в слабообогрева - емых — усиливается (кривые 5 и 6). В этом случае нивелирный напор играет отрицательную роль. Панели с опускным движением делать не следует.

Интересно провести анализ разверочных характеристик в вертикаль­ных панелях (при докритичееком или сверхкритическом давлений, с прину­дительным движением среды или подъемные трубы контура циркуляции — ограничений нет) при малых средних расходах среды в элементе (пане­ли). При подъемном движении среды в слабообогреваемой трубе (кривая 7, рис. 10.29) с r/T = /fry (точка С) расход среды равен нулю (GT7 = 0). Это возможно при условии (рт > р1П):

1 + fa" - yf = о,

Яэп Ущ

Когда

{рт - pJgH - RnVnGi. (10.79)


В этой трубе будет застой движения среды (застой циркуляции). При ?7т < ?7т7 в выражении (10.77) для рг под корнем будет отрицатель­ное число. По графику (кривая 7, рис. 10.29) рг меняет знак на минус; это

Означает, что меняется направление движения среды — происходит «опро­кидывание» режима движения (опрокидывание циркуляции).

В панелях с опускным движением среды аналогичная картина может происходить в сильнообогреваемых трубах при малых расходах среды (кри­вая 6, точка jD, рис. 10.29).

При т/т > /fa в разверенной трубе (рэл-рт)дН > R^v^G^ т. е. развив­шийся' в ней нивелирный напор «потянет» расход среды вверх, произойдет опрокидывание движения.

Из этого следует, что в прямоточных и барабанных котлах надо внима­тельно анализировать режимы работы панелей при малых расходах среды (пуск, останов, работа на малых нагрузках) на предмет возможного застоя или опрокидывания движения среды в разверенных трубах, чтобы избежать повышения температуры металла труб и их разрушения.

Гидравлическая разверка в элементах котла

Рис. 10.30. Изменение скорости потока и давления по длине раздающего (а) и соби­рающего (б) коллекторов.

Коллекторный эффект — влияние гидродинамических процессов в коллекторах поверхности нагрева на гидравлическую разверку — обуслов­лен не только изменением сопротивления трения и местного сопротивле­ния по длине коллектора, но и изменением давления по ходу среды. Так, по длине раздающего коллектора (рис. 10.30) по мере отбора среды зме­евиками панели расход среды уменьшается, скорость потока также изме­
няется от максимального значения tuBX на входе в коллектор до нуля у противоположного торца коллектора. При этом динамический напор потока переходит в статическое давление, максимальное приращение статического давления Арст будет в сечении, где w = 0 и составит величину

По ходу среды Дрст растет от нуля до Др^кс (рис. 10.30, а). В то же время увеличивается и гидравлическое сопротивление Дрг — Дртр + 4-Дрм. Следовательно, в раздающем коллекторе давление по ходу среды р£ол определяется как результат действия этих факторов:

РІЛ = РІ + Др* - ДрР. (10.80)

В собирающем коллекторе (рис. 10.30,6), наоборот, скорость потока w возрастает по ходу среды до максимального значения на выходе wBblx; ста­тическое давление уменьшается, его максимальное изменение имеет место на выходе из коллектора:

Дрмакс =

Гидравлическое сопротивление Дрг по ходу среды в коллекторе увеличи­вается. В результате давление в собирающем коллекторе рскоп будет равно величине:

Ркол = Рвых + (АРст + Ар?)макс " АРст " АРп (10-81)

Где (Дрст + АРр)Макс — максимальное значение изменения статического дав­ления и гидравлического сопротивления на выходе из собирающего коллек­тора. Сумма рсвык + (ДРст + Ар?)макс представляет собой давление среды в торце коллектора, где w — 0.

Изменение давления в коллекторах зависит от места присоединения к ним подводящих и отводящих труб: трубы могут быть подсоединены с одного или с обоих торцов коллектора; по длине коллектора (одна труба или несколько). Учитывая, что подвод труб к раздающему коллектору и отвод от собирающего могут быть различно выполнены, наблюдается большое разнообразие в схемах движения потоков в поверхностях нагрева паровых котлов. Три часто встречающиеся схемы представлены на рис. 10.31: схемы Z - и П-образные с торцевым подводом и отводом среды и схема с двумя подводами и отводами по длине коллекторов. С учетом графиков рис. 10.30, на рис. 10.31 показано изменение давления в раздающих и собирающих коллекторах (ркол, Ркол)- Змеевики (трубы) панели работают при перепаде

Гидравлическая разверка в элементах котла

Рис. 10.31. Изменение давления в коллекторах при схемах Z (а), П (б) и равномерном по длине коллекторов (в) подводе и отводе среды в панелях котла.

Давления Арзм, равном разности давлений в раздающем и собирающем коллекторах:

РІП - Ркол = АРзм - Арэл + ДРст - АРп (10.82)

Где Ap3J] — общий перепад давления в элементе котла;

Арэл = Кх - Рвь«; (10.83)

АРст ~~ разность изменения статического давления в раздающем и собира­ющем коллекторах; Артг — разность изменения гидравлического сопротив­ления в коллекторах.

Величины Артст и Артг зависят от расположения трубы по длине коллек­торов, следовательно, и перепад давления Дрзм будет различным для разных труб. В Z-схеме (рис. 10.31, а) максимальный перепад давления приходится на правые трубы, в них будет и максимальний расход среды; в левых тру­бах перепад давления и расход среды минимальны. В П-схеме (рис. 10.31, б) различие перепадов давления по трубам существенно сглажено.

При подводе среды радиальной трубой (перпендикулярно оси коллек­тора) теплоноситель расходится в коллекторе в две стороны от подводящей труби, скорость его уменьшается в два раза, а сопротивление и динами­ческий напор — в 4 раза. Если подводящих труб две (рис. 10.31, в), то максимальная скорость уменьшится в 4 раза, а сопротивление и динамиче­ский напор -- в 16 раз. Аналогичная картина наблюдается и в собирающем коллекторе при отводе среды трубами по длине коллектора. В этой схеме давление среды по длине коллекторов мало изменяется и расход среды по змеевикам будет более равномерным.

Следовательно, для снижения влияния коллекторного эффекта на гид­равлическую разверку лучше делать рассредоточенный подвод и отвод сре­ды по длине коллектора, а при вынужденном (конструктивно) торцевом подводе и отводе — П-схему.

В коллекторах экономайзеров скорость воды мала, поэтому коллектор­ный эффект обычно не учитывают. В испарительных поверхностях прямо­точного котла или котла с многократной принудительной циркуляцией со­противление в коллекторах мало по сравнению с полным гидравлическим давлением, и им можно пренебречь. В раздающих коллекторах контуров естественной циркуляции течет вода и Дркол — 0; в собирающих коллекто­рах идет пароводяная смесь с большой скоростью, поэтому для уменьшения влияния коллекторного эффекта отвод делается 3-4 трубами радиально даже из коллектора небольшой длины, в этом случае 5АрК0Л = 0. Конструктивное выполнение пароперегревателей может быть различным. Если подвод и от­вод пара выполняется рассредоточенным по длине коллектора, то даже при большой скорости пара можно принимать Аркол = 0. Часто входной (или выходной) коллектор сочленяется с впрыскивающим устройством, при этом подвод пара к последующей (от предыдущей) поверхности будет торцевым. Такая же схема получается, если коллектор используют для переброса па­ра с левой стороны газохода в правую и наоборот. В этих случаях надо рассчитывать 8АрК0Л. Промежуточные пароперегреватели выполняются с малым гидравлическим сопротивлением, что достигается за счет уменьше­ния скорости пара в змеевиках и коллекторах, при этом сопротивление в коллекторах вносит существенный вклад в общее сопротивление пакета и его необходимо учитывать.

Потери на ускорение потока Аруск обычно малы сами по. себе, а при расчете гидравлической разверки берется их разность в разверенной трубе и элементе. Поэтому влияние Аруск на гидравлическую разверку может быть заметным только в ЗБТ, в остальных случаях им можно пренебречь.

Гидравлическая разверка в элементах котла

Влияние конструктивных факторов рассмотрим на примере шайбова - ния трубы и выполнение так называемой ступенчатой трубы. Шайбование на входе трубы существенно уменьшает разверку, особенно при неблаго­приятных разверочных характеристиках. Путем установки в трубах шайб с разными диаметрами (с разными коэффициентами сопротивления) мож­но выровнять расход среды в них (для простоты не рассматриваем влия­ния Др„ив, Аркол, Друск):

(10.84)

Гидравлическая разверка в элементах котла

(10.85)

На входе

= ивх. Дроссельная шайба в разверенной трубе должна

Иметь приведенный коэффициент сопротивления:

_ £эл _ Дт^т ~ Дэл^эл

SU! Sui

В нашем упрощенном примере получается, что приведенные коэффи­циенты сопротивления шайб обратно зависят от удельных объемов: чем больше удельный объем в разверенной трубе vT, тем меньше гидравличе­ское сопротивление шайбы в ней.

Ступенчатая труба (когда трубы па­нели выполняются из участков с разным внутренним диаметром) изменяет распре­деление по длине трубы потерь на трение, а в месте изменения диаметра появляет­ся дополнительное местное сопротивление. Уменьшение диаметра на выходном участ­ке приводит к увеличению его сопротивле­ния и уменьшает гидравлическую разверку; использование малого диаметра на входном участке усиливает разверку, поэтому сту­пенчатая труба выполняется с увеличением диаметра по ходу рабочей среды.

(10.86)

Расчет разверочных характеристик за­ключается в определении по изложенным в данном параграфе формулам коэффициен­тов гидравлической разверки рг, конструк­тивной нетождественности г}к и нерав­номерности теплово сприятия ?7Т, а также температуры рабочей среды на выходе из разверенной трубы

/for)-

Расчет завершается построением раз­верочных кривых

Рг = /Ы

Пример разверочных характеристик представлен на рис. 10.32. В сильнообогре - ваемых трубах (т7т > 1) с увеличением коэффициента rjT расход среды рг падает, температура среды tBblx растет. Чем больше общее среднее тепло­восприятие элемента Д£Эл> тем круче идут кривые рг — /(77т) и £Вых = /(г/т). Следовательно, увеличение прироста энтальпии в элементе (увеличение по­верхности нагрева или теплового потока) неблагоприятно воздействует на гидравлическую и тепловую разверки.

Разверочные характеристики используют для общего анализа условий работы поверхности нагрева, влияния различных факторов на ее работу. В частности, по известной величине допустимой температуры среды £доп можно определить допустимое значение г)*оп (рис. 10.32) и сравнить его с реальным значением rjT. Должно быть г]т ^ г]*оп. Если же поверхность

Нагрева только проектируется, то вели­чина г]*оп закладывается в проект как необходимое требование, которое долж­но быть обеспечено условиями рабо­ты и конструкцией поверхности нагре­ва. Можно решить и обратную задачу: по известной величине rjT определяются значения pn pq, tTBblx.

Разверочные характеристики ис­пользуют для анализа температурного режима металла труб. Для этого на за­висимости trBblK = f(rjT) строят дополни - 1 ^лоп^ г)т тельные графики: зависимости темпера­

Туры стенки на внутренней поверхности Рис. 10.33. Пример зависимостей трубы t™9 на наружной - t"cr и средней £ых = fM и *ст = /(т7г). П0 толщине стенки tcЈ от неравномер­

Ности тепловосприятия (рис. 10.33). По допустимой температуре наружной поверхности трубы (££т)доп (или средней температуры (^с?)доп) определяется допустимое значение (?7у0П)меТ'

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Электрокотел — оптимальное решение для безопасного отопления

Нельзя подвести газопровод или пользоваться централизованным отоплением? Тепло и горячую воду все равно можно получить! Gazovyy-kotel.ua предлагает оптимальное решение – мощные и доступные электрокотлы.

Требования к котельной (топочной) на твердом топливе: основные нюансы от специалистов компании Статус 24

Проектирование и сборка составляющих для системы обогрева должна быть четко согласовано со строительными стандартами к отопительным помещениям.

ТТ котлы, электричество и тепловой насос, как альтернатива газу.

Тарифы на центральное отопление постоянно растут, оплата этой коммунальной услуги отнимает большую часть платежей семьи. Отличным выходом может стать выбор альтернативного источника тепловой энергии, который должен стать энергосберегающим, недорогим и …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.