КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Гидравлическая характеристика вертикальных труб

В вертикальных трубах при расчете полного сопротивления необходи­мо учитывать нивелирный напор:

Ар = Арг + Аруск - f ДрН|1В.

Для упрощения решения задачи примем, что Дрм = 0 и Аруск = 0. Тогда сопротивление будет включать в себя две составляющие — сопротивление грения Дртр и нивелирный напор Дрнив:

Ар = Артр + Ар нив - (10.53)

Сопротивление трения парогенерирующей трубы представим как сум­му сопротивления на экономайзерном и испарительном участках:

Ар = Дрэк + Дрисп + Дрнив,

Или, с учетом (10.32), (10.33) и (8.14,г):

Ар = Rl1Kv3KG2 + R{1 - l, K)vyicnG2 + рдН, (10.54)

Где Я — высота панели (разность отметок выходного и входного коллекто­ров).

Сопротивление трения зависит от длины трубы I, нивелирный напор — от высоты панели Я. Эти величины совпадают только в случае одноходо - вой вертикальной панели (I = Н). Влияние нивелирного напора здесь самое большое. С увеличением длины трубы I при той же высоте Я (горизонталь­ная навивка, меандровая навивка, многоходовые панели) доля нивелирного напора в общем сопротивлении уменьшается и при I Я гидравлическая характеристика такой панели приближается к характеристике горизонталь­ной трубы.

Прежде всего рассмотрим изменения параметров среды по высоте од - ноходовой вертикальной трубы с подъемным движением среды (рис. 10.14) (пример — подъемные трубы контура циркуляции барабанного котла). На входе в трубы энтальпия среды /гвх, давление рвх; равномерный обогрев тру­бы с тепловым потоком q. При подаче воды с недогревом до кипения в трубе появляется экономайзерный участок 1ЭК и испарительный /исп = I — /ж. Эн­тальпия среды линейно повышается от hBX до Лвых, приращение энтальпии Ah = Лвых —/гвч. Давление среды по высоте трубы уменьшается на величину Ар = Дрф + Дрнин - В сечении (точке) закипания воды 1-1 давление рт/3 = — рвх — (дрнив + дРф)эк- рис. 10.14 показано изменение энтальпии воды на линии насыщения h (p) по высоте трубы: с уменьшением давления h'(p) также уменьшается. В сечении 1-1 /?,(/) — //'(р13).

Если принимать давление среды по высоте трубы постоянным и рав­ным рвх, то была бы постоянной и hf(pBX). В этом случае закипание воды произошло бы в сечении 2, а длина экономайзерного участка 12~2 была бы больше 1ЭК. Таким образом, действительная длина экономайзерного участ­ка 1ЗК меньше, чем в случае неучета изменения давления по высоте трубы. Так как Ар зависит от расхода среды G, то и разность 12~2 — 1ЭК должна зависеть от G.

Определить действительную длину экономайзерного участка /эк можно из следующих формул:

По тепловому балансу экономайзерного участка

Qil3K = ед., - /г. х) - GAh! нед, (10.55)

Где величина недогрева рассчитывается по недогреву на входе в трубу Д^нсд ~ h'{pBX) — Л-вх и снижению энтальпии насыщения из-за уменьшения давления Ah^ea-

Д/&? = f + Ар""в)ж. (10.56)

Тогда

А/С = К, ~ hBx = А/1внХед - (Ю.57)

Длина экономайзерного участка

L3K = GAh'HJqi. (10.58)

Сопротивление на экономайзерном участке

(Артр + Арнив)эк = ШэкУэкС2 + Рэкд1ж = (Rv3kG2 + рзкд)1ж. (10.59) Подставляем формулы (10.57) и (10.59) в (10.58):

1Ж = § Д/Сд - § ■ + Рэк5)'эк.

Отсюда

GAh»lJqi Ah™ Іш =------ ^---------------------- =--------------- . (10.60)

1 + % ■ + ржд) | + + рхд)

При постоянном давлении в трубе 1ЭК пропорциональна расходу G, при учете изменения давления рост 1Ж при увеличении расхода G замедляется.

Пример. Оценим длину экономайзерного участка /2~2 и 1ЭК для усло­вий: диаметр трубы dm = 30 мм, тепловой поток qi = 20 кВт/м; AhlxQR = = 100 кДж/кг; давление р = 16 МПа. Справочные данные: X/d = 0,8 м-1*

</ = 0,001693 м3/кг, р = 590,5 кг/м3; dh'/dp = 4,06 •

1lcl

= 4,06 • Ю-5 кДж-м-с2/кг2. Решение:

GA/інед ^ 100 41 20

При G = 1 кг/с /2~2 = 5м

Д = А =------------------- М--------- = g ^ 10_5

(Зіогіу

Принимаем г'эк = V; рэк = р':

Rvr - 8 • 105 • 0, 001693 - 1, 35 • 103 1/м2 • кг; ржд = 590,5 • 9, 81 ~ 5, 79 • 103 кг/(м2 • с2);

Определяем комплекс:

К =■- Rv1KG2 + рэкд - 1,35 • 103 • G2 - Ь 5,79 • 103; при G — 1 кг/с

К = 7,14 • 103, кг/(м2 - с2);

J ________________________ 5__________________________

О эк — —

1 + • 4,06 • 10-5(1,35 • 103 • G2 + 5,79 ■ 103)

5'G - 5 -4,93 м.

1 + G • 2,03 • 10-3(1,35 • G2 + 5, 79) 1 + 0,014 При G = 0,1 кг/с

1ш = ЇТЇЇ^ЖЇ = 4995 М'

Расчеты показывают, что снижение давления по высоте трубы из-за сопротивления трения и нивелирного напора практически не сказывается на длине (высоте) экономайзерного участка 1ЗК. Для горизонтальной трубы комплекс К еще в несколько раз меньше (нет р1К - д). Поэтому расчеты и анализ гидравлической характеристики будем вести без учета изменения 1ЭК.

Схема изменения параметров среды по высоте трубы при опускном движении среды представлена на рис. 10.15. Давление среды по ходу ее движения (сверху вниз) растет за счет нивелирного напора и уменьшается за счет сопротивления трения:

Ар = АрТр - ДрниВ; (10.61)

Арвых = Арвх - Ар = рвх + Дрнив - Артр. (10.62)

Соответственно, энтальпия насыщения h'(p) также увеличивается сверху вниз, в точке закипания h'(pTm3) = h(lTt3) длина экономайзерного участка 1ЗК = 1Ъ3. Если принять энтальпию насыщения постоянной по высо­те трубы h'(l) = h!(pBX), то длина экономайзерного участка будет меньше: 12~2<1Ж (рис. 10.15).

Следует обратить внимание на различия в изменении параметров среды при подъемном и опускном движении: — при подъемном движении давление и энтальпия насыщения по хо­ду среды уменьшаются; следовательно, если в необогреваемую тру­бу подавать среду с Ah**д = 0 (hBX = h'(pBX)), то в ней начнет­ся вскипание воды с энтальпией испарения Д/г„сп — hBX - h'(p) =

— h'(pBX) - h'(p) — • Ар. Вскипания в необогреваемой трубе не будет, если Д/Сел > - рвы0 или Д/7,»д = ^ • Др;

— при опускном движении давление и энтальпия насыщения по ходу 'среды увеличиваются; поэтому при подаче на вход воды с Д/г„еД — = 0 вскипания воды не будет, наоборот, появится величина недогрева

Ah^(p) = h'(p) - h'(pBX) = - Ар; максимален недогрев на выходе

Из трубы AhnЈ(рвых) = • (Рвых —Рвх)- С учетом недогрева на входе в трубу Д/г„еД суммарный недогрев на выходе трубы (внизу) Д/г^д равен

А/С = ДСд + АЛ££(р. ых). (10.63)

Таким образом, длины экономайзерного и испарительного участков в вертикальной трубе практически такие же, что и в горизонтальной трубе. Поэтому гидравлическое сопротивление трения в вертикальной трубе мож­но принимать таким же, как и в горизонтальной, и, следовательно, для его Расчета справедливы зависимости, полученные в § 10.2, в том числе и учи­тывающие влияние местного сопротивления и сопротивления ускорения. Нивелирный напор рассчитывается по формуле (8.91):

Др, тв - рдН = (р' - Тр(р' - р"))дН. (10.64)

Для парогенерирующих труб эту величину можно представить как сум­му нивелирных напоров на экономайзерном Арэ*ив и испарительном Ар участках:

Др„нв = Д^з + ДРн^"'

Где

= р'дНэк; (10.65,а)

{р'-р"))дНтп. (10.65,6)

Истинное паросодержание на испари­тельном участке изменяется от нуля до максимального значения на выхо­де из трубы (рвых. В качестве пер­вого приближения среднеинтеграль - ное значение Трисп можно заменять на среднеарифметическое

^исп - ^вых/2.

(10.66)

Проведем графический анализ зави­симости Дрнив от расхода среды G.

На рис. 10.16, а показана зави­симость энтальпии среды от расхода среды. При G —> оо h —> hBX. С умень­шением расхода энтальпия растет и достигает значения Ы при Gь а за­тем вода начинает испаряться. При расходе G2 энтальпия среды на вы­ходе h — h", насыщенный пар на­чинает перегреваться. Таким образом, при G ^ Gі имеем поток однофазной среды, при G2 ^ G ^ G есть эко - номайзерный и испарительный участ­ки, при G < G2 появляется еще уча­сток перегрева пара. Относительная доля (рис. 10.16,6) экономайзерного участка 1зк/1 с уменьшением расхода при G < G падает, испарительного участка 1иси/1 при G — G-^-G2 растет, а при G < G2 — падает; доля участка перегрева при G < G2 увеличивается от нуля до 1 (при G = 0).

В соответствии с этим ходом изменения фазового состава потока будет изменяться и истинное паросодержание Тр: при G > G Тр — 0; при G < Gі
■{р непрерывно растет, стремясь к Тр = 1 при G = 0. Нивелирный напор при подъемном движении Др"ив на участке однофазного потока G > G равен величине р'дН, а при G = 0 (Тр = 1) Др"ив = Между этими

Крайними значениями Др„ив плавно изменяется с большим увеличением при малых расходах (рис. 10.17). При опускном движении среды график

Зависимости Др„"в = f(G) отличается от графика, симметричного Др"ив (пунктирная линия на рис. 10.17). Это связано с тем, что при опускном движении коэффициент С > 1 (при подъемном — С < 1), (роп > (ри при одинаковом значении х и Др£"в по абсолютной величине меньше Др"ив при одинаковом расходе среды. С увеличением расхода среды это различие уменьшается.

Полученные графики используем для построения гидравлических ха­рактеристик вертикальных труб. На рис. 10.18 показана зависимость Дрг (для примера взята однозначная зависимость) и Аршв от расхода среды для одноходовой трубы с подъемным движением, а на рис. 10.19 — с опускным Движением среды. Видно, что суммарная гидравлическая характеристика при подъемном движении остается однозначной, а при опускном появляет - ся зона многозначности (wp < wpmm), когда одному перепаду давления Ар
отвечает два расхода среды. Следовательно, при опускном движении потока нивелирный напор ухудшает гидравлическую характеристику.

При построении гидравличе­ской характеристики двухходовых труб (U-, П-образные) необходимо иметь в виду, что во втором ходе энтальпия среды выше, чем в пер­вом, испарительный (а затем и пе- регревательный) участок появляет­ся сперва во втором ходе, следова­тельно, средняя плотность среды во втором ходе р2 всегда ниже, чем в первом рх: р2 < Рі - В зависимости от последовательности ходов (подъ­емный — опускной или наоборот) суммарный нивелирный напор бу­дет иметь разный знак. При П-об - разной компоновке (рис. 10.20) подъемно-опускная схема движения потока и нивелирный напор будет равен

ДРнив :=Pl9H~ Р2УН = (Pi - Po)fJH-

Так как рг > р2, то ДРннв > 0- При G —> 0 средняя плотность на обоих участках стремится к плотности пара, а разность р} — р2 — к нулю. С другой стороны, при G —> ос в обеих ветвях будет вода, и разность рг —ро
также стремится к нулю. Следовательно, зависимость Арутв = /(G) имеет максимум при каком-то значении G (рис. 10.20). Полная гидравлическая характеристика Ар = Арг + Арнив может иметь зону многозначности.

Для [/-образной схемы последовательность движения обратная: опуск­ная-подъемная. Нивелирный напор при этом

Арнив = - РідН + р2дН =-- ~(-р1- р2)дН,

Величина его отрицательна (рис. 10.21). Гидравлическая характеристика [/-образной системы (рис. 10.22) многозначна в широком диапазоне рас­ходов среды.

Таким образом, обе схемы двухходовой трубы имеют значительный диапазон неоднозначности, что накладывает существенные ограничения на допустимые значения расхода среды.

Аналогично можно построить гидравлические характеристики N-об­разных и более сложных многоходовых систем.

Гидравлические характеристики труб в вертикальных панелях только с подъемным давлением, при горизонтально-подъемном выполнении змееви­ков, при подъемно-опускном движении с 1/Н > 10 и нечетном числе ходов при нижнем расположении раздающего коллектора, как правило, однознач­ны. В остальных случаях они могут быть многозначными.