Паровые котлы ТЭС

Полная гидравлическая характеристика парообразующих труб и ее значение для оценки надежности циркуляции

Полная гидравлическая характеристика парообразующей трубы выражает зависимость полезного напора циркуляции от расхода и включает подъемное и опускное движение ра­бочей среды. Для ее построения рассмотрим сначала закономерности распределения плот­ности пароводяной смеси в парообразующей трубе в зависимости от скорости циркуляции при постоянной интенсивности обогрева.

На рис. 12.7 показано, что без учета отно­сительной скорости пара wr (ф={3) и трения в трубах Артр кривая рсм симметрична, опи­рается своей вершиной в точке, отвечающей скорости циркуляции Wo=0 и граничной плот­ности р". Это означает, что при нулевом рас­ходе воды труба заполнена только паром. Увеличение расхода воды при данном обогре­ве приводит к росту плотности пароводяной смеси, которая при больших w0 асимптотиче­ски приближается к своему предельному зна­чению р'.

Полная гидравлическая характеристика па­рообразующей трубы контура циркуляции для указанных выше условий (wr=0; Дртр=0) представляет собой зеркальное изображение

Кривой рсм (кривая 1 на рис. 12.8). Для этих условий ф=р.

По мере уменьшения скорости циркуляции w0 полезный напор симметрично увеличивает­ся и в пределе стремится к своему максималь­ному значению

(12.18)

На полезный напор циркуляции большое влияние оказывает относительная скорость пара. В зависимости от направления потока это влияние различно. В подъемном движении смеси wr уменьшает ср, увеличивает ром и по­тому уменьшает Snon, а в опускном, наоборот, увеличивает ср, снижает рсм и потому увели­чивает Snon (кривая 2). Однако наибольшее значение полезного напора циркуляции по ме­ре приближения к нулевой скорости циркуля­ции будет меньше, чем определенное по (12.18).

Силы трения всегда направлены против движения, в связи с чем в подъемном движе­нии потери напора на трение уменьшают 5П0л, а в опускном — увеличивают его (кривая 3).

Понятие нулевой скорости циркуляции условное, поскольку подъемная труба обогревается и потому вы­дает пар в количестве, отвечающем приобретенной теп­лоте. Для выработки пара она должна получать воду. Скорость поступающей в подъемные трубы воды, кото­рая восполняет расход пара при обогреве в отсутствие циркуляции, называется скоростью подпитки АУподп - Ско­рость подпитки означает, во-первых, малое количество воды, поступающей в парообразующую трубу снизу, и, во-вторых, предполагает возможность поступления в нее воды сверху. В этих условиях в парообразующей трубе возможно и подъемное и опускное движение. Об­ласть очень малых положительных н отрицательных скоростей циркуляции (заштрихованная область на рис. 12.8) обычно исключается из рассмотрения.

Правая ветвь полной гидравлической ха­рактеристики отвечает подъемному движению среды, левая — опускному (опрокинутому). Взаимное расположение ветвей характеристи­ки зависит от давления в контуре. При низком давлении велико влияние относительной ско­рости пара и потому левая ветвь характери­стики располагается на диаграмме выше лю­бой точки правой ветви (рис. 12.9,а). При высоком давлении, наоборот, относительная

Скорость пара невелика, меньше гидравличе­ское сопротивление и, следовательно, значи­тельная область левой ветви характеристики ориентируется ниже части правой ветви кри­вой, отвечающей малым скоростям циркуля­ции (рис. 12.9,6). На правой ветви характе­ристики можно выделить точку В, отвечаю­щую расходу воды при скорости подпитки (шр)подп. Ордината этой точки выражает по­лезный напор застоя 530СТ, при котором дви-

Жение среды практически прекращается и возникает явление застоя циркуляции. Застой циркуляции охватывает область очень медлен­ного движения воды в обогреваемой трубе вверх или вниз, однако пар движется только вверх, барботируя через столб находящейся в трубе воды. Застой циркуляции возникает в контуре с парообразующими трубами, вклю­ченными в водяной объем барабана, т. е. ни­же уровня в нем воды (рис. 12.10,а). При под­воде труб в паровой объем барабана (рис. 12.10,6) в условиях очень медленного движения в них воды полезный напор недо­статочен для преодоления сопротивления опускных труб и подъема среды до высшей отметки подъемных труб контура. В этих условиях в них образуется свободный уровень воды. Левая ветвь характеристики, описыва­ющая устойчивое опускное движение, имеет минимум в точке Б (см. рис. 12.9). Процесс перехода от подъемного движения к опускно­му проходит через нулевую скорость и носит название опрокидывания циркуляции. Ордина­та точки Б выражает полезный напор опроки­дывания при котором восходящее дви­жение в парообразующих трубах сменяется опускным.

Расстояние между горизонтальной линией ГД (рис. 12.9) и осью абсцисс выражает пе­репад давления в опускных трубах Ар0п= = который согласно уравнению (12.8)

Дает рабочую точку А диаграммы циркуляции. По мере увеличения этого перепада давления (линия Г'Д' на рис. 12.9) расход воды умень­шается, однако при низком давлении раньше

Рис. 12.12. Неравномер­ность тепловосприятия экранных труб, вызывае­мая шлакованием (а) и выходом из ранжира от­дельных труо экрана (б).

Наступает напор застоя и потому более ве­роятен застой циркуляции или свободный уро­вень в зависимости от способа подвода паро­водяных струй в барабан (рис. 12.9,а), а при высоком давлении раньше достигается напор опрокидывания и потому более вероятно опро­кидывание циркуляции (рис. 12.9,6).

Контуры циркуляции представляют собой системы параллельно включенных труб, кото­рые реально обогреваются по-разному. Неоди­наковый обогрев отдельных труб может вызы­ваться конструктивными особенностями систе­мы или условиями эксплуатации. Так, по конструктивным особенностям угловые трубы систематически получают примерно в 2 раза меньше тепла, чем срединные (рис. 12.11,а), в месте разводки труб у амбразур горелок на некоторой высоте часть труб оказываются за­тененными от воздействия прямого излучения факела (рис. 12.11,6). В эксплуатации, напри­мер, при сжигании твердого топлива и нару­шении топочного режима отдельные участки топочных экранов как по ширине, так и по вы­соте могут покрываться слоем шлака (рис. 12.12,а), через который трубам переда­ется существенно меньше теплоты из-за малой его теплопроводности. В ряде случаев из-за нарушения креплений возможен выход из ранжира отдельных труб экрана (рис. 12.12,6), которые оказываются более освещенными и получающими больше теплоты, а другие — затененными и получающими меньше теплоты.

Рис. 12.13. Влияние характера шлакования парообразую­щих труб на количество образующегося в них пара.

На рис. 12.13,а показана система параллельно включенных подъемных труб контура циркуляции, гео­метрические и конструктивные характеристики которых одинаковы. Предположим, что некоторые трубы систе­мы зашлакованы. Незашлакованные трубы работают в расчетном режиме, получают расчетное количество теплоты и выдают расчетное количество пара D (напри­мер, труба 1). Допустим, что труба 2 зашлакована только на верхней половине, но так, что в этой части трубы не образуется пар, а нижняя — получает поло­винное количество теплоты и потому труба в целом выдает пар D/2. В трубе 3 также образуется пар в ко­личестве D/2, но в отличие от трубы 2 она зашлакова­на только в нижней половине. Труба 4 зашлакована равномерно по всей высоте, но в такой степени, что выдает пар также в количестве D/2. И, наконец, труба 5 на всей высоте зашлакована настолько, что она не получает теплоты и потому D=0. Полагая обогрев всех труб по высоте равномерным, можно принять линей­ный характер приращения количества в них пара (рис. 12.13,6). Из этого же рисунка следует, что трубы с разным обогревом выдают разное количество пара я, следовательно, в них развивается различный движущий напор циркуляции; трубы незашлакованные выдают рас­четное количество пара и в них развивается наиболь­ший движущий напор: 5дв=Япарф(р'—p")g - Вместе с тем трубы, получающие одинаковое количество теп­лоты и потому выдающие равное количество пара (в приведенном примере D/2), но зашлакованные на различных участках, развивают не только меньший дви­жущий напор, но и различный по значению, так как при данном тепловосприятии труб и соответствующем рд пар будет заполнять трубы на разной высоте: трубу 3 только в ее верхней половине Я/2, трубу 4 по всей высоте Я, трубу 2 также по всей высоте, но с меньшей плотностью.

На рис. 12.14 приведены кривые полезных ■ напоров циркуляции для системы труб с раз­ным обогревом. Как было показано, в них развиваются различные движущие напоры циркуляции. Для такой системы характерно, что все подъемные трубы включены в общие коллекторы и работают они в общем для всех вынужденном перепаде давления Ар, равном 5пол (см. 12.8). Отсюда следует, что полезный напор циркуляции для всех труб контура оди­наков. Однако этот общий для всех труб кон­тура полезный напор при неодинаковом обо­греве подъемных труб отвечает разному рас­ходу циркулирующей в этих трубах воды. При наиболее слабообогреваемых труб (отдельные

Общем благополучии температурного режима основной массы труб из-за значительной не­равномерности обогрева в некоторых из них может проходить мало воды и в них возмож­ны нарушения циркуляции в виде появления застоя (или образования свободного уровня) или даже опрокидывания циркуляции.

Надежность циркуляции контуров проверя­ется по критериям надежности. Проверка от­сутствия нарушения циркуляции выполняется для труб с наименьшим обогревом (с учетом 10% запаса). Производят проверку: застоя циркуляции

5заст/5конт>1 j пол ' пол

Опрокидывания циркуляции

Sonp/SKOHT>U пол пол

Свободного уровня

/ рзаст А / О1 (5пол - ДА, у)/5

Где Арв. у — потеря на подъем смеси выше уровня воды в барабане /гв. у (см. рис. 12.10).

Перечисленные явления крайне опасны, так как застой циркуляции или свободный уро­вень приводит к прекращению движения воды в контуре циркуляции, а опрокидывание цир­куляции связано с переходом подъемного дви­жения в опускное, т. е. с прохождением ско­ростей через нулевое значение. Все эти режи­мы приводят к нарушению устойчивого отвода теплоты от внутренней стенки парообразую­щих труб и возможности их перегрева.

Для контуров с давлением р>11 МПа или местными тепловосприятиями обогреваемых труб <7>400 кВт/м2 еще производится провер­ка на предотвращение возможности появления в них ухудшенного теплообмена (см. § 10.3).