Основные термины, определения и обозначения
Циркуляция в контуре возникает за счет разности удельных весов воды (в опускных трубах) и пароводяной смеси (в подъемных трубах). Опускные трубы обычно выносятся за пределы газохода.
Тепловосприятием циркуляционного контура называется полное количество тепла, им воспринимаемое.
Тепловая нагрузка - количество тепла, воспринимаемого единицей поверхности нагрева циркуляционного контура.
Рис. 18.1. Схема циркуляции фронтового экрана:
Нэк - экономайзерный участок; Нпар - паро содержащая часть трубы; Нпол - полезная высота подъемной трубы; Ндо - высота начального необогреваемого участка подъемной трубы; Нпо - высота конечного необогреваемого участка подъемной трубы; Ноп - высота опускных труб; Hi - высота первого обогреваемого участка подъемной трубы; Hi - высота второго (вертикального) участка подъемной тру бы; Нз - высота третьего участка подъемной трубы; h - расстояние от высшей точки трубы до у ровня воды в барабане
В простейшем контуре (рис. 18.1) циркуляция или движение воды наступает под действием разности весов столба воды в опускных необогревае - мых трубах и пароводяной смеси в подъемных обогреваемых трубах. Эта разность весов называется движущим напором циркуляции.
Рдв =нпарё(р'-рн),
Где РдВ - движущий напор, Па;
І / з
Р - плотность воды при давлении пара в котле, кг/м ;
Ндар - высота паросодержащей части трубы, м;
/ З
Рн - плотность пароводяной смеси, кг/м.
При установившемся режиме работы котла движущий напор идет на преодоление суммы внутренних сопротивлений в опускных и подъемных трубах:
РДВ =ЕАРоп +ЕАРпод-
Избыточная часть движущего напора после преодоления внутренних сопротивлений в подъемной трубе называется полезным напором циркуляции:
Полез ДВ / I п '
Отсюда Рполез =ХАРоп-
То есть полезный напор циркуляции равен сумме сопротивлений в опускной трубе.
Движущие и полезные напоры, отнесенные к единице высоты трубы, называются удельными движущими и полезными напорами.
Под влиянием движущих напоров в котельных трубах развиваются определенные скорости движения воды.
Общее количество воды, которое проходит через сечение каждого контура, во много раз превышает количество поступающей в котел питательной воды, а следовательно, и паропроизводительность котла.
Отношение количества воды, проходящей через циркуляционный контур (G4), к его паропроизводительности (D) называется кратностью циркуляции:
Кратность циркуляции - это число обменов, необходимых для полного испарения воды, движущейся в контуре при заданных Р и t.
Примерные значения кратности циркуляции (Кц): для котлов низкого давления Кц = 150-200; для котлов среднего давления Кц = 30-70; для котлов высокого давления Кц = 8-10.
Так как кратность циркуляции воды в паровом котле высока, то питательная вода, поступающая в барабан, лишь незначительно охлаждает воду, находящуюся в нем. Однако, несмотря на это, температура котловой воды в барабане всегда меньше температуры насыщения при давлении в барабане котла, т. е. вода получается недогретой до кипения.
Количество тепла, которое необходимо подвести к 1 кг воды для того, чтобы довести ее до состояния насыщения, называется недогревом до кипения. Недогрев до кипения зависит от давления в рассматриваемой точке контура. При вступлении воды в обогреваемую трубу кипение начинается в ней не сразу, а на некотором расстоянии от входа. Та часть подъемной котельной трубы, в которой отсутствует кипение, называется экономайзерной частью трубы Нэк (рис. 18.1).
Точка, в которой начинается кипение в подъемных трубах, называется точкой закипания.
Экономайзерный участок состоит из двух частей: необогреваемой и обогреваемой (рис. 18.1):
Нэк Ндо Н0(5.
Часть котельной трубы, в которой движется пароводяная смесь, называется паросодержащей частью (Нпар). Она также может состоять из двух частей: обогреваемой и необогреваемой.
Участок h паровыводящей трубы, расположенный выше уровня воды в барабане котла, хотя и содержит пароводяную смесь, но в расчет движущего напора циркуляции не вводится, так как не участвует в создании циркуляции.
Иначе говоря, из труб, входящих в паровое пространство барабана, полезной высотой является высота паросодержащей части трубы до уровня воды в барабане котла.
Скорость, с которой вода поступает в подъемные котельные трубы, называется скоростью циркуляции WG, м/с.
Wn =------ 5--- .
0 fnp'3600
Где fn - сечение подъемных труб, м2;
Р' - плотность воды, кг/м3 (при температуре и давлении в котле, т. е. p' = f(p; t).
При полной нагрузке котла WG < 0,3 м/с. При нагрузках (по топливу) меньше 50 % W0 < 0,2 м/с.
Плотность пароводяной смеси рн, кг/м, определяется давлением, паросодержанием смеси и относительной скоростью пара:
Рн = ф(Р; X; W), где X - паросодержанпе в смеси, %; W - относительная скорость пара, м/с.
Относительная скорость пара в пароводяной смеси, движущейся вверх, имеет место вследствие разности удельных весов пара и воды, в результате чего пузырьки пара движутся быстрее воды.
В котлах низкого и среднего давления, при одинаковом паросодержании, относительная скорость пара намного выше, чем в котлах высокого давления, вследствие большей разности удельных весов пара и воды у первых, чем у вторых.
Для котлов низкого и среднего давления удельный вес пара в 40-180 раз меньше удельного веса воды, а для котлов высокого давления только лишь в 5-13 раз меньше.
Высокая относительная скорость пара в котлах низкого и среднего давления уменьшает долю сечения трубы, занятую паром. Это приводит к увеличению плотности пароводяной смеси рн и уменьшению полезного напора циркуляционного контура.
С повышением давления величина относительной скорости пара уменьшается и, следовательно, влияние ее на величину полезного напора весьма незначительно.
Если тепловосприятие контура возрастает, то увеличивается паросодер - жание смеси и уменьшается ее удельный вес, а движущий напор циркуляции возрастает. Полезный напор при этом будет также увеличиваться, но только до некоторого предела, после которого он будет снижаться. Последнее обстоятельство объясняется тем, что с увеличением движущего напора циркуляции (при возрастании тепловой нагрузки трубы) повышается скорость циркуляции и, следовательно, в трубу будет поступать большее количество воды. Это значит, что в системе с естественной циркуляцией имеет место авторегулирование питания, т. е. поступление воды в трубу пропорционально ее тепловой нагрузке. Однако с увеличением скорости циркуляции будет возрастать гидравлическое сопротивление подъемного контура £дРп. Поэтому начиная с некоторой скорости циркуляции полезный напор начнет уменьшаться.
Основными параметрами, определяющими условия циркуляции в трубе, являются так называемые приведенные скорости пара и воды.
Приведенной скоростью пара или воды в котельной трубе называется скорость, которую имел бы пар или вода, если бы они двигались в том же количестве (в котором находятся в смеси) по всему сечению трубы. Приведенные скорости пара и воды соответственно обозначаются через W" и W('!.
При расчете циркуляции большое значение имеет циркуляционная характеристика трубы.
Циркуляционной характеристикой трубы называется зависимость развиваемого ею полезного напора от расхода воды при постоянном обогреве.
Котельные агрегаты в общем случае имеют несколько циркуляционных контуров с большим количеством параллельно включенных труб.
Циркуляционным контуром называется замкнутая кольцевая система, состоящая из ряда последовательно расположенных труб, по которым движется вода и пароводяная смесь.
Звеном контура называется каждая последовательно расположенная трубная часть его.
Участком называется отдельная часть звена, которая имеет неодинаковую конфигурацию или тепловую нагрузку по сравнению со всей длиной зве-
Циркуляционные контуры могут быть простыми (или независимыми) и сложными (или зависимыми).
В простом или независимом контуре все звенья его составляют только один контур.
В сложном или зависимом контуре отдельные звенья его являются общими для нескольких контуров.