КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Пульсация потока в элементах парового котла

При работе парового котла в переходных режимах и при постоянном режиме всегда имеет место колебание параметров: расхода топлива, переход с одного топлива на другой, включение и отключение горелок, изменение давления и расхода среды из-за работы питательных насосов, при повы­шении или снижении нагрузки, изменение температуры питательной воды, при включении или отключении ПВД и т. д. В конечном итоге все воз­мущения сказываются на расходе водного теплоносителя и могут вызвать общекотловые или межтрубные пульсации.

Пульсация потока в элементах парового котла

Общекотловые пульсации представляют собой колебания расхода сре­ды в ряде последовательно включенных элементов котла (контуры цир­куляции, экономайзер или пароперегреватель в барабанном котле, участ­ки между впрыскивающими пароохладителями или промежуточный па­роперегреватель в прямоточном котле) или во всем котле. В параллель­но включенных элементах котла расход среды изменяется синхронно. Общекотловые пульсации могут возникать при резких колебаниях рас­
хода топлива, воды и пара, давления в котле, при неустойчивой рабо­те системы регулирования основных параметров. Эти пульсации являют­ся затухающими (рис. 10.34, а), прекращаются после устранения возму­щения. Если амплитуда^ колебаний велика, то может произойти аварий­ный разрыв какой-либо трубы. Амплитуда колебаний зависит от ампли­туды возмущения, следовательно, основной путь борьбы с вредными по­следствиями общекотловой пульсации — уменьшение амплитуды и часто­ты возмущений.

Пульсация потока в элементах парового котла

Рис. 10.34. Характер затухающих колебаний (а) и автоколебаний (б) расхода среды в трубе элемента котла при нанесении возмущения параметром N.

Межтрубная (межвитковая) пульсация заключается в периодическом изменении расхода среды на входе и выходе трубы, причем колебания рас­хода на входном и выходном участках трубы находятся в противофазе. Ко­лебания расхода в данной трубе компенсируются колебанием расхода в дру­гих параллельных трубах элемента, т. е. эти колебания расхода охватывают практически все трубы элемента. Пульсации потока в параллельных тру­бах сдвинуты по фазе, поэтому общий расход среды через элемент котла и перепад давления в нем остаются почти постоянными. Межтрубная пуль­сация самопроизвольно не затухает, имеет автоколебательный характер. На рис. 10.34,6 показано изменение расхода среды на входе и выходе трубы после нанесения возмущения параметром N. В первом полупериоде рас­ход среды на входе трубы уменьшается до минимального значения, а затем возрастает до максимального значения во втором полупериоде. Расход сре­ды на выходе трубы, наоборот, увеличивается в первом полупериоде, а во втором — принимает минимальное значение. Температура металла стенки при снижении расхода возрастает, при увеличении — уменьшается, т. е. на­ходится в противофазе с расходом среды (рис. 10.34,6).

Межвитковые пульсации могут возникать в трубах с резким изменени­ем удельного объема среды: в испарительных поверхностях при ДКД и в зоне большой теплоемкости при СКД. При этом в металле труб возникают переменные температурные напряжения; критические тепловые потоки qKp резко падают; в горизонтальных трубах возможно периодическое (при ма­лых расходах) расслоение двухфазного потока с повышением температуры на верхней образующей; ухудшаются условия отвода теплоты от поверхно­сти трубы — все это резко ухудшает температурный режим трубы и может привести к ее аварийному разрыву Поэтому межтрубная пульсация в испа­рительных поверхностях нагрева и в ЗБТ не допускается.

Межтрубная пульсация может возникнуть в элементе, трубы которо­го имеют неоднозначную гидравлическую характеристику Следовательно, первое требование, предъявляемое к трубам для предотвращения межтруб­ной пульсации, — они должны иметь однозначные гидравлические характе­ристики или разверочные характеристики.

Пульсация потока в элементах парового котла

0 с, GjTc, G О Gx GHOMG2 G 0 Cr^G, G

Рис. 10.35. Определение допустимой крутизны гидравлической характеристики.

6)

В)

A)

Второе требование — о крутизне гидравлической характеристики.

На рис. 10.35 показаны три вида гидравлических характеристик: мно­гозначная (а), с пологим участком (б) и крутая однозначная (в). Номиналь­ный перепад давления Арнш одинаков во всех случаях (сделано для удоб­ства построения графиков, на самом деле Ариом для разных поверхностей различен). Допустим, в какой-то трубе началась пульсация, она вызывает дополнительные потоки среды вдоль коллекторов, статические давления в коллекторах также пульсируют и перепады давлений в трубах колеблются около среднего значения Арном ± 5Ар (рис. 10.35). Расход среды в тру­бах колеблется от Gi до G2. При неоднозначной характеристике (а) в этих пределах возможны большие изменения расходов G G2, что может

Привести к перегреву трубы. Эта характеристика недопустима. Вторая ха­рактеристика (рис. 10.35,6) такова, что на пологом участке изменение пе­репада давления от Арі до Ар2 вызывает существенное изменение расхода среды от Gі до G2. На графике заштрихован диапазон изменения расхода Сном і 5G, составляющей 1/3 от диапазона изменения перепада давления

((2 • SG) = А(2 • 5Ар)). Этот диапазон находится внутри участка G - f - G2.

Следовательно, такая гидравлическая характеристика не препятствует раз­витию межтрубной пульсации. Третья, крутая, гидравлическая характери­стика допускает изменение расхода среды от G до G2, причем, Gi и G2 находятся внутри диапазона колебаний расхода ОНОм і 5G. В этом случае гидравлическая характеристика не «разрешает» осуществляться колебани­ям расхода, необходимым для межтрубной пульсации, и она не развивается, затухает.

Из проведенного анализа вытекает второе требование к гидравлической характеристике труб для предотвращения межтрубной пульсации: произ­водная dAp/dG должна быть не только положительной, но и удовлетворять неравенству

^/f,, (10.87)

Практически, крутизна гидравлической характеристики может оцениваться по отношению изменения перепада давления к перепаду расхода в элементе:

АР2 - Ар, С2-Сг

АР1 ■ Сг >2' (1(Ш)

Крутизна определяется по участку характеристики с наименьшим углом наклона. Приемлемые значения гидравлической разверки и пульсаций по­лучаются при крутизне не менее 2.

На развитие межтрубных пульсаций значительное внимание оказывает СООТНОШеНИе Дрэк и Дрисп : для предотвращения межтрубных пульсаций со­противление экономайзерного участка должно быть больше сопротивления испарительного участка:

^ 1. (10.89)

Это неравенство является жестким, завышенным. В действительно­сти, из-за инерционности системы, сил трения и местного сопротивления и других факторов заметная (по температурному режиму) пульсация не воз­никает при Држ/Др„сп ^ Ь, где L < 1. Величина L зависит от массовой скорости (расхода) среды, давления, недогрева воды на входе, теплового потока, гидравлического сопротивления, пространственного расположения элемента. Повышение массовой скорости снижает вероятность пульсаций; вероятность их возрастает с ростом тепловой нагрузки.

Расчетная массовая скорость при всех режимах работы котла должна быть больше граничной скорости (pw)fp9 меньше которой появляются меж­трубные пульсации. На основании опытных данных граничную массовую скорость в горизонтальном элементе рекомендуется определять по формуле

{pw)[р = 6,26 • 10~6(рш)"р • двн • 1 (10.90)

Где q — средняя тепловая нагрузка (на внутреннюю поверхность трубы), кВт/м, /, d — длина и внутренний диаметр трубы, м; (pw)"p — граничная массовая скорость.

Величина (pw)"p зависит от давления р и недогрева А/гНед среды, а так­же от гидравлического сопротивления начального участка трубы (до обо­грева), включая дроссельную шайбу, если она установлена:

£нач — £вх + + Л —- b •

Пульсация потока в элементах парового котла

Рис. 10.36. Зависимость граничной массовой скорости для горизонтального элемента при р = 16 МПа от гидравлического сопротивления на начальном участке трубы.

Из рис. 10.36 видно, что с увеличением сопротивления на входе £нач гра­ничная массовая скорость снижается. Если в какой-либо трубе и элементе возможно возникновение пульсации, то путем установки на входе дроссель­ной шайбы можно уйти из опасной зоны. Влияние недогрева Д/гнед на (рш)"р неоднозначно: с увеличением ДЛНед длина экономайзерного участка и Држ растут, что уменьшает вероятность пульсации, но гидравлическая характе­ристика становится менее крутой, что увеличивает вероятность пульсации. Оптимальная величина Д/гиел порядка 80 - г - 100 кДж/кг.

С повышением давления гидравлические характеристики становятся более стабильными, возможность возникновения межвитковых пульсаций снижается и величина граничной массовой скорости уменьшается. При сверхкритическом давлении межтрубные пульсации могут появляться при энтальпии среды на входе менее 2000-2100 кДж/кг и приращения энтальпии в элементе более 1400 кДж/кг.

В вертикальных трубах нивелирная составляющая изменяется, глав­ным образом, на испарительном участке за счет колебания хВыХ, но так как процессы идут не мгновенно, а протекают вовремени, то изменение Аршв запаздывает по сравнению с изменением расходов и хВЬ1Х, что усиливает пульсацию и увеличивает ее амплитуду. Поэтому в вертикальных трубах межтрубная пульсация более вероятна, чем в горизонтальных, и возникает при более высоких значениях граничной массовой скорости:

ОН* = C(pw)%, (10.91)

Где коэффициент С зависит от давления и энтальпии на входе (от недогре - ва). При р — 16 МПа значения коэффициента с увеличением недогрева до 160-200 кДж/кг увеличиваются примерно до 1,5, а затем снижаются (при = 400 кДж/кг С — 1,35). С ростом давления коэффициент С и (pw)r? уменьшаются.

При расчете паровых котлов необходимо обеспечить беспульсацион - ный режим работы поверхностей нагрева во всем диапазоне нагрузок — от растопочных (пусковых) до номинальных. Следовательно, уже при пуске прямоточного котла должен быть обеспечен такой расход среды через испа­рительные поверхности нагрева и зону больших теплоемкостей й выбрано давление в элементах таким образом, чтобы (pw)nyCK > (pw)^. Практиче­ски это означает, что при пуске котла давление в этих поверхностях нагрева близко к номинальному, а расход среды составляет не менее 30% от номи­нального расхода.

Пример.

Р = 16 МПа; вертикальная панель; Д/іНед — 80 кДж/кг; I — 10 м; d = 0,020 м; q = 500 кВт/м2; £вх = 80.

Решение: (pw)"p = 300 кг/(м2-с);

(pw)»р = 6,26 • 10"6 • 300 • 500 • ^ = 469'5 кг/(м2 ' с)' (pw)*р - 1,23 • 469,5 - 577, 5 кг/(м2 • с). Отсюда, если принять, что при пуске (pw)n = 0, $(piu)H0M, (pw)n = то

(рш)ІЮМ - 577, 5/0, 3 - 1925 кг/(м2 • с).

10.7. Пример. Расчет теплогидравлической разверки в трубах ширмового пароперегревателя

Задачи расчета: определить гидравлическую разверку в трубах ширмы, расход и температуру пара в трубах.

Исходные данные:

А) конструктивные данные (рис. 10.37, а):

— высота ширмы (обогреваемая) Н°б = 7,8 м; полная высота труб ширмы Нш = 8,1 м; ширина ленты Сл = 0,825; расстояние между лентами ДС — 0,12 м; диаметр труб d х s = 32 х б мм; лучевоспринимающая поверхность jFJj m = 513 м2; количество ширм пш = 20; число труб в ширме птр = 24; шаг труб Si = 34,5 мм;

Б) из теплового расчета ширмы:

— давление (среднее) рш — 26,0 МПа; температура и энтальпия пара на входе t = 430°С, hi = 2809 кДж/кг; тепловосприятие пара Ahlu — = 217,7 кДж/кг; расход пара = 257 кг/с; средняя массовая скорость пара в ширме (элементе) (pw)cр = (pw)эл = 1705 кг/(м2-с); средний воспринятый тепловой поток

Qcp = Д/іш Dm/Fn, m = 217, 7 • 257/513 - 109 кВт/м2.

Для решения поставленной задачи проводится сопоставление режимов работы трех труб ширмы: средней (элемент), внутренней и наружной (лобо­вой). Принимаем, что воспринятый тепловой поток на лобовой трубе равен <7лб = 1, 3<7ср, а на внутренней - qBH =0, Sqcp.

Расчет теплогидравлической разверки

1. Коэффициент неравномерности тепловосприятия

Vf = Яяб/qcp = 1,3; V? = 1; r? TBH - qm/qcp = 0, 8.

2. Расчетная длина труб:

— полная длина средней трубы (элемента)

/эл = 2# - 2 ■ 0,5 • Сл + Сл + АСЛ =

- 2 • 8,1 - 2 • 05 • 0,825 + 0,825 + 0,12 - 16,32 м;

— обогреваемая длина элемента

I* - /1Л - 2(#ш -- #°б) - 16, 32 — 2 • 0,3 — 15, 72 м;

— другие трубы (аналогично):

' /лб = 17,97 м; 1*1 - 17,37 м;

1ви = 14.67 м; С 14,07 м:

УТР.7

~77777

120 825

825

Пульсация потока в элементах парового котла

Рт 1,05- 1,0- 0,95- 0,9

Н-

0,8 1 1,2 б)

Ут

Пульсация потока в элементах парового котла

А)

І ДЛШ, кДж/кг

Ч-

4-

Пульсация потока в элементах парового котла

Ч-

0.8 1 1.2 в)

Vr

Рис. 10.37. К расчету теплогидравлической разверки в ширме.

3. Расчетные коэффициенты: — конструктивной нетождественности

V? = С/С = 17, 37/15,72 = 1,1; 77? = 1: Г]Г = - L4- 07/15,72 = 0,895:

— гидравлического сопротивления

*г — sbx пов + А ok + Z вых 5

Где коэффициенты сопротивления принимаются по справочной литературе (Нормы гидравлического расчета парового котла и др.):

— вход в трубу £вх = 0,7; выход из трубы £Вых = 1,1; трения А0 = 1,5 г/м; поворотов £ПОв = 0,2 (на 90°); £ПОв = 0,3 (на 180°);

*лб = 0, 7 + 2 ■ 0,2 + 1,5 ■ 17,97 + 1,1 = 29,155; гэл = zcp =і 0,7 + 2 • 0, 2 + 1,5 • 16,32 + 1,1 = 26,68; zBH = 0,7 + 0,3 + 1, 5 • 14,67 + 1,1 = 24, Ю5;

— гидравлической нетождественности

R/f = глб/гэл = 29,155/26,68 = 1,093; ,

Vr = 1;

77™ = 24,105/26,68 = 0,903;

4. Принимаем (предварительно) отношение средних удельных объемов пара в трубах

^эл/Чб = 0,984; УЭЛ/УВН = 1,012.

После определения температуры пара в рассчитываемых трубах это отношение необходимо уточнить.

5. Гидравлическая разверка в вертикальном ширмовом пароперегрева­теле может оцениваться с достаточной точностью по формуле

- м *м0,5

РгІ - Г}ГІ ' Vi J '

Т. к. значения ДрКол, 6Артв и Аруск малы по сравнению со средним пере­падом давления в ширме.

^(щ'0'984)0,5 = °-949; = = (оТШ'1'012)0,5 = 1'059-

Строим разверочную кривую рГ = /(г/г) — см. рис. 10.37,6.

10.7. Пример. Расчет теплогидравлической разверки в трубах 373 Расчет расхода и температуры пара в трубах ширмы

6. Расход пара по трубам:

— массовый расход:

{pw)i = p(pw)3 л;

(pw)лб = 0,949 • 1705 = 1618 кг/(м2 • с);

(pw)3л = 1705 кг/(м2 • с);

(ргу)вн = 1,059 • 1705 = 1805,7 кг/(м2 • с);

— расход пара:

Di = (pw)i • /о, где /о = 7Trf2H/4 = 7Г • 0,02 . % = 0,000314 м2;

Df = 0,000314 • 1618 = 0,508 кг/с; D;р = 0,000314 • 1705 = 0,535 кг/с; = 0,000314 • 1805,7 = 0,567 кг/с.

7. Коэффициент тепловой разверки

= ^чї/РП

Pf = 1,3.1,1/0,949 = 1,505; р™ = 1 -1/1 = 1; р»» - 0,8-0,895/1,059 = 0,677;

8. Лучевоспринимающая поверхность средней трубы (элемента)

F3n = 2 • Si - lfn = 2-0,0345 • 15,72 = 1,07 м2.

(Проверка F3n = ^л. ш/(пшпгр) = 513/(20 • 24) = 1,07 м2.)

9. Тепловосприятие средней трубы (элемента)

Q3n = qBF3л = 109 • 1,07 = 116, б кДж/с (кВт).

10. Тепловосприятие пара в трубах:

— в элементе:

Д/гэл = Qn/Dyjt = 116, 6/0, 535 = 218 кДж/кг (сравните: Д/?,ш = 217, 7 кДж/кг; различие — за счет округления чисел);

— в лобовой трубе:

Д/глб = pf Д/Ьл = 1, 505 • 218 = 328 кДж/кг;

— во внутренней трубе:

ДЛВ„ = р™ ДДЭЛ = 0,677 • 218 = 147, 5 кДж/кг.

11. Энтальпия пара на выходе из труб ширмы:

— средняя труба:

Лср = hi+ Д/Ьл = 2809 + 218 = 3027 кДж/кг;

— лобовая труба:

Ллб = 2809 + 328 = 3137 кДж/кг;

— внутренняя труба:

Лвн - 2809 + 147,5 = 2956,5 кДж/кг.

12. Температура пара на выходе из труб ширмы (определяем при давле­нии 26 МПа по таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара):

— средняя труба Щ — 470°С;

— лобовая труба = 498°С;

— внутренняя труба = 45б°С.

Строим графики Ah = f{r}T) и t2 — f{r}T)см. рис. 10.37,в и 10.37,г. Проводим анализ полученных данных.

Рекомендация: рассчитать температуру стенки лобовой трубы:

— в среднем сечении толщины стенки и определить толщину стенки по условиям ее прочности (сталь — 12Х1МФ);

— наружной поверхности и сравнить с допустимой по окалинообразо­ванию (575°С).

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

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 …

Подбор мощности твердотопливного котла.

Наиболее важным параметром, от которого зависит удобство и комфорт использования котла, является его мощность. Неправильно подобранная мощность грозит Вам целым рядом проблем и неудобств. Самой распространенной ошибкой является недостаточная мощность

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@inbox.ru
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.