Паровые котлы ТЭС

Влияние коллекторов на распределение рабочей среды по трубам

Коллекторы (рис. 11.21) различают вход­ные или распределительные 1, в которые по­ступает рабочее тело и далее распределяется

По параллельным трубам, выходные или соби­рающие 2, в которых собирается рабочее те­ло и затем выдается в следующий элемент парового котла, и промежуточные или смеси­тельные 3, предназначенные для выравнивания нетождественности работы труб.

Смесительные коллекторы наибольший эф­фект дают при однофазном потоке (паре или воде). Их широко применяют для выравнива­ния нетождественности работы змеевиков па­роперегревателей.

Влияние входных и выходных коллекторов на работу поверхностей нагрева различно. Большое значение эти коллекторы имеют для пароперегревателя в зависимости от способа подвода пара во входной коллектор и отвода из него пара через выходной коллектор. В не­которых конструкциях применялся сосредото­ченный торцевой подвод и отвод пара.

В схеме г, например (рис. 11.22), при рас­пределении по змеевикам осевая скорость па­ра во входном коллекторе wBX снижается, в соответствии с чем падает скоростной напор wxр,/2 (рис. 11.22, а), переходя в статиче­ское давление Д/Л, а к выходу собирающего коллектора, наоборот, статическое давление Ар^ понижается. Из рис. 11.22, б следует,

Что крайние левые змеевики, например, рабо­тают/: перепадом давления, равным Д/?зм-|- - f - Ар**Ц - Ар^, т. е. большим, чем крайние правые, имеющие перепад давлений Арзш. Раз­личие в перепаде давлений в змеевиках, а сле­довательно, и их нетождественность равны сумме статических напоров во входном и вы­ше i!* bb"t

Ходном коллекторах, т. е. Ар™-{-'Ар™. Такое различие относится не только к крайним змее-

В других схемах с сосредоточенным тор­цевым подводом и отводом пара достигаются более благоприятные результаты, однако не­тождественность работы системы параллель­ных труб остается еще значительной. Так, например, при сосредоточенном торцевом под­воде и отводе пара по схеме П (рис. 11.23) условия входа пара аналогичны схеме г и по­этому характер распределения статического давления вдоль раздающего коллектора со­храняется, т. е. давление увеличивается по ходу среды. В собирающем коллекторе стати­ческое давление падает к выходу.

Из рис. 11.23 следует, что крайние левые змеевики находятся в ; перепаде давления Д/>™+ДАм. а крайние правые Д/?зм + Д/£7Раз- личие в перепадах давления крайних левых и правых змеевиков определяется разностью статических напоров во входном и выходном коллекторах Арвх — Дл"™.

Г г ст Г ст

Поскольку удельный объем среды после обогрева в змеевиках больше, чем до обогре­ва, влияние собирающих коллекторов на рас­пределение среды по параллельным змееви­кам существеннее для любой гидравлической системы.

Уменьшить влияние коллекторов можно увеличением Дрзм либо уменьшением Дрст в коллекторах. Однако и то, и другое нецеле­сообразно, так как первое требует повышения рабочего давления в котле и увеличения соб­ственного расхода, а второе — увеличения раз­меров коллекторов и расхода металла на них.

Уменьшить влияние скоростного напора можно заменой торцевого подвода и отвода пара (рис. 11.24,а и б) подводом и отводом посредине коллектора (рис. 11.24,в), при ко­тором осевая скорость уменьшается в два, а скоростной напор — в четыре раза. Лучшие результаты достигаются рассредоточением подвода пара в распределительный коллектор
и отвода пара из собирающего коллектора. Уже при двух подводящих и отводящих тру­бах (рис. 11.24,г) осевая скорость и скорост­ной напор снижаются соответственно в 4 и 16 раз. В современных котлах с перегревате­лями свежего пара, включенными между не­сколькими подводящими и несколькими отво­дящими трубами, коллекторы оказывают не­большое влияние на распределение пара. В промежуточных пароперегревателях, у ко­торых сопротивление змеевиков относительно невелико, а сопротивление коллекторов из-за большой скорости пара в них, наоборот, зна­чительно, влияние коллекторов может оказать­ся существенным. В экономайзерах ввиду ма­лого удельного объема воды осевая скорость в коллекторах незначительна, в связи с чем не возникает вопроса о влиянии скоростного напора. В прямоточных котлах и котлах с многократной принудительной циркуляцией сопротивление парообразующих змеевиков ве­лико, поэтому влиянием изменения давления по длине коллекторов также пренебрегают.

11.6. пульсация потока

В эксплуатации паровой котел всегда под­вержен. воздействию возмущений, вызываю­щих нарушение установившегося режима, при котором возможно возникновение пульсирую­щего расхода рабочей среды. Такими возму­щениями являются: изменение обогрева, дав­ления, расхода и температуры питательной воды. Различают общекотловые и межвитко - вые пульсации.

Общекотловые пульсации представляют собой колебания расхода рабочей среды в от­дельных трубных элементах, контурах и агре­гате в целом. Они возникают под воздейст­вием резких колебаний указанных выше пара­метров. В параллельных трубах в подобных сечениях параметры потока изменяются син­хронно. Общекотловые пульсации являются затухающими (рис. 11.25,а); они прекращают­ся после устранения возмущения.

Пульсации расхода могут достигать харак­терного для данных условий уровня колеба­ний и самопроизвольно не прекращаться (рис. 11.25,6). Это означает, что через отдель­ные трубы расход воды (гг>рв) сначала возра­стает до максимального, затем снижается и, пройдя среднее значение, достигает минималь­ной величины (иногда отрицательной), после чего снова возрастает. Далее процесс повто­ряется. При этом в других парообразующих

Щий характер, но он сдвинут по фазе. Следо­вательно, периодическое увеличение расхода воды через одни трубы связано с периодиче­ским снижением его через другие при сохра­нении общего перепада давлений между кол­лекторами. Это явление, получившее название межвитковой пульсации, может происходить даже при постоянном общем расходе через параллельные и совместно работающие трубы.

Период пульсаций в прямоточных котлах иногда составляет десятки секунд и даже ми­нуты. При значительной амплитуде колебаний расхода воды и указанном периоде пульсация может представлять большую опасность для парообразующих труб, так как в периоды ма­лого расхода вследствие ухудшенного тепло­обмена и колеблющейся температуры стенки (кривая ґст) металл подвергается напряже­ниям усталостного характера. В горизонталь­ных трубах может возникать расслоение пото­ка и периодически выход верхней образующей на перегрев также с образованием трещин усталостного характера.

Межвитковая пульсация характеризуется периодом пульсаций % и амплитудой А (см. рис. 11.25).

Для межвитковых пульсаций установлены следующие закономерности:

Межвитковые пульсации могут возникать в отдельных трубах парообразующей поверх­ности даже при неизменном тепловом и гид­равлическом режимах котла;

Пульсации расхода среды сдвинуты по фа­зе в параллельных трубах таким образом, что суммарный расход и параметры среды на вы­ходе из поверхности нагрева остаются неиз­менными;

Амплитуда пульсаций расхода на входе в трубу значительно выше амплитуды на вы­ходе из нее, а периоды пульсаций одинаковы;

Максимальному расходу воды на входе со­ответствует минимальный расход пара на вы­ходе— сдвиг фаз на 180°;

В режиме межвитковой пульсации давление в парообразующих трубах колеблется с перио­дом, равным периоду колебаний расхода среды.

Поскольку основной причиной возникнове­ния межвитковых пульсаций является измене­ние физических свойств рабочей среды в зоне начала парообразования, с повышением дав­ления вероятность их возникновения умень­шается. При СКД пульсации встречаются ре­же и амплитуда их меньше, но по своему ха­рактеру пульсации расхода при ДКД и СКД близки.

Пульсации расхода уменьшаются с ростом массовой скорости из-за увеличивающегося при этом гидравлического сопротивления на экономайзерном участке. Граничная массовая скорость в горизонтальных трубах, при кото­рой возникают пульсации, зависит от давле­ния р, тепловой нагрузки q, длины обогревае­мой части I и внутреннего диаметра d:

(11.42)

Где (дар) о — граничная массовая скорость при давлении 10 МПа, определяемая по графикам для заданных значений дросселирования на входе и недогрева; kp — поправочный коэффи­циент на давление.

В вертикальных трубах (витках) нивелир­ная составляющая перепада давления Дрнив уменьшает вероятность возникновения пульса­ций и потому снижает (&ір)гр:

(аур)вгр=с(т>р)ггр, (11.43)

Где (®p)rrp — граничная массовая скорость в такой же горизонтальной трубе, см. (11.42); с — коэффициент для вертикальных труб,

Определяемый по графикам, с— =

(юр)ггР

—f(A/BX; р) Д/вх — недогрев до кипения сре­ды на входе; р — давление.

Подъемно-опускные и слабонаклонные эле­менты, у которых Дрнив не превышает 10% полного, рассчитывают, как и горизонтальные, с увеличением (wp)гр на 20%. При большем вкладе нивелирной составляющей расчет ве­дется, как и для вертикальных каналов. Дей­ствительная массовая скорость должна быть больше граничной: (wр)Раб> (®Р)гр-

В тех случаях, когда условия по граничной массовой скорости не выдерживаются, увели­чивают гидравлическое сопротивление эконо - майзерного участка установкой дроссельных шайб. Дроссельные шайбы устанавливают на входе в трубы. Расчет дросселирования, ис­ключающего пульсационные режимы в прямо­точных котлах, необходимо вести для мини­мальных значений wp. Полученная по усло­виям предотвращения межвитковой пульсации степень дросселирования одновременно устра­няет неустойчивость гидравлической характе­ристики змеевиков.