КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Гидравлические характеристики контура циркуляции

Контур циркуляции состоит из последовательно включенных элемен­тов. Суммарная гидравлическая характеристика контура представляет собой сумму перепадов давления в этих элементах, взятых при одном и том же расходе Gu.

Гидравлическая характеристика опускных труб. В современных паровых котлах опускные трубы делаются без обогрева, с хорошей тепловой изоляцией, поэтому их теплообмен с окружающей сре­дой близок к нулю и не учитывается. В этом случае температура воды в опускных трубах ton и энтальпия hon по высоте изменяться не будут. Поскольку hon близка к энтальпии насыщения, плотность воды роп будем считать равной р'. При hon = const Аруск = 0.

Вода в опускные трубы попадает из барабана с энтальпией hon, давле­ние в паровой части барабана ръ (рис. 11.3). Под воздействием гидростати­ческого столба воды (нивелирного напора) давление в барабане повышается и на входе в опускные трубы нивелирный напор составит

&1%а=р'дН„, (11.11)

А в нижнем коллекторе —

Ар™в = р'дНоп. (11.12)

Скорость вертикального движения воды в барабане мала, поэто­му Ар** = 0. На входе в опускные трубы скорость воды резко возрастает, что требует затраты энергии на ускорение потока. С учетом местного со­противления (сопротивления входа) потери давления на входе в опускные трубы составят ■

АРвх = Др» + Др» = р'^ + = (1+ (11-13)

Давление на входе в опускные трубы рвх будет равно

Рвх = р6 + Дйв - Арвх. (11.14)

Давление в нижнем коллекторе рнк составит

Рнк =Р6 + р'дНоп - А' (11.15)

Где

W2

А р*оп = Дрвх + АрГ + Ар»- = z0np>~f, (11.16)

Где Zon — суммарный коэффициент сопротивления в опускной трубе.

По уравнению состояния энтальпия воды на линии насыщения Ы од­нозначно зависит от давления. Поэтому по высоте опускных труб энталь­пия насыщения h/on будет изменяться эквидистантно изменению давления (рис. 11.3). Действительная энтальпия воды в опускных трубах зависит от режима работы экономайзера и барабана. Вода, поступающая из бараба­на в опускные трубы, может быть недогрета до энтальпии насыщения по давлению в барабане Величина недогрева в барабане определяется из теплового и материального балансов барабана:

Д/4д = К - Лоп = (лі - М/%, (П.17)

Где 1гэк — энтальпия вода за экономайзером.

Недогрев в барабане зависит от кратности циркуляции Кп и энтальпии воды за экономайзером. Кратность циркуляции в отдельных контурах котлов высокого давления (р = 8 — 14 МПа) составляет Кп = 6-14, сверхвысокого (р - 14 - 18,5 МПа) - Кп = 5-8.

Повышение энтальпии за экономайзером h3K уменьшает недогрев в ба­рабане. В котлах с кипящим экономайзером недогрев воды в барабане равен нулю. То же — в солевых отсеках котла и в случае подачи всей питательной воды на паропромывочное устройство в чистом отсеке барабана (при этой схеме вода на паропромывочном устройстве дополнительно нагревается до насыщения за счет теплоты промываемого пара).

Недогрев воды по ходу ее движения в опускной трубе увеличивается за счет роста давления р0„ и hfon. В нижнем коллекторе недогрев составит

ДЩ = Л/гнед + ^ • Ароп = Л/lL + f (Лри„в - ЛРо*п)- (11.18)

В рассмотренном случае по всей высоте опускной трубы AhUQд > 0, т. е. среда остается однофазной, плотность ее постоянна, не зависит от расхода воды. постоянной величиной будет и нивелирный напор ДРнив — ДРнив (рис. 11.4). Гидравлическая характеристика опускной трубы Др0п = Ар*п + 4- ДРнив получается однозначной. При малых расходах (Gu < Go) перепад давления Дроп = Рб — Рн. к отрицателен, т. е. рнк > рб, а при Gu > Go он положителен. Расходу Go соответствует w®u порядка 10 м/с.

Практически скорость в опускных трубах котлов w0T] = 1 — 3 м/с, т. е. 'Шоп < ^оп и всегда рн К ^ Рб"

В опускных трубах может появиться пар за счет закипания воды на входе в опускные трубы, сноса пара из барабана и затягивание паровых воронок, образующихся в барабане. Вскипание воды на входе в опускные трубы (явление кавитации) может произойти, если давление на входе в опускные трубы рвх < рб, а Л/вх < h'6. При Д/?4д = 0 (Л. оп = h'6) это означает, что hfBX < h/6 и вода будет испаряться.

Чтобы не было вскипания воды на входе в опускные трубы, должно быть обеспечено рвх ^ Рб. Из (11.14) видно, что это условие соблюдается

При выполнении неравенства

Р'дНур Иі +

Или

W:

#ур ^ (1 + £вх)

2д

Воронкообразование в барабане может возникнуть при малой высоте слоя жидкости над опускными труба­ми. Минимальная высота уровня во­ды в барабане для опускных труб диа­метром до 200 мм составляет порядка 400-500 мм. При установке на вхо­де в опускные трубы разного типа ре­шеток и крестовин минимальная вы­сота уменьшается в 2 раза. Совре­менные мощные котлы имеют бара­баны с внутренним диаметром 1600- 1800 мм, уровень воды в них порядка 700-800 мм, что создает достаточный запас по недопущению воронкообра - зования.

Снос пара из барабана потоком воды в опускные трубы может про­исходить при близком расположении ввода пароотводящих труб в барабан от входа в опускные трубы. Если во­да, направляющаяся в опускные тру­бы, имеет скорость больше скорости всплывающих пузырьков пара, то она может захватить часть из них с собой и унести в опускные трубы. Для предотвращения захвата пара водой вход в опускные трубы должен быть расположен от выхода пароотводящих труб на расстоянии не менее 250- 300 мм, между ними при необходимости следует ставить перегородки. В со­временных котлах внутрибарабанные устройства делают таким образом, что снос пара практически отсутствует, среднее истинное паросодержание в опускных трубах Троп составляет 0,02 - f - 0,03. Такое количество пара при конденсации нагревает воду в опускных трубах на А/гсм = 5-8 кДж/кг.

Появление пара в опускных трубах отрицательно сказывается на их работе и работе всего контура циркуляции: увеличивается сопротивление Движению потока Ар*п, снижается нивелирный напор, т. к. уменьшается

Плотность среды: р0п = р' — (роп(р' - р"). На рис. 11.4 пунктиром показаны кривые (Др*п)сн, (Др£ив)сн, (Ароп)сн, учитывающие снос пара в опускные трубы. Наличие небольшого количества пара в опускнык трубах не опасно.

Гидравлическая характеристика подъемных'труб представляет собой, фактически, характеристику вертикальной панели с подъемным движением среды, рассмотренную в § 10.3 и 10.4. На рис. 10.4 показано распределение давления и энтальпии среды по высоте трубы.

Принятые в § 10.3 обозначения в конкретном случае подъемных труб контура циркуляции принимают вид:

А) Ah™д = AftJJgрасчет Д/^ед производится по формуле (11.18);

Б)

Q-*Р QjiHji п оп

Qn = - тг~ = ~Тт > (П.21)

■И об #об

Где (Ээкр — тепловосприятие экрана; Нп — лучевоспринимающая по­верхность нагрева рассматриваемого контура, м2; qn — средний тепловой поток, кВт/м2, определяемый с учетом неравномерностей тепловосприятия;

В) Рэк = Р*> Уж = Vі

Г) необходимо учесть Д/існ — нагрев воды за счет пара в опускных трубах.

С учетом этих обозначений формула расчета высоты точки закипа­ния #тз. примет вид

±dh'n'n(N АР°Л

-pg^—.G^l)

Формулу (11.22) можно упростить, учитывая, что сопротивление на экономайзерном участке мало (Rv'G р'д). Если под Нэк понимать раз­ность отметок от точки закипания до оси нижнего коллектора, то Нэк = = НТшз. 4- Ядо и в скобках в числителе из Ноп надо вычесть #до.

Сопротивление подъемных труб ДРп0д (без нивелирного напора) равно сумме сопротивлений:

Др*од - Дрэк + Дрисп + Дрпо - (11-23)

Нивелирный напор рассчитывается как сумма напоров на экономайзер­ном Др^'1В и испарительном Ар\™ участках.

По данным расчета Ар™* и Др*од в зависимости от Сц или wo строится гидравлическая характеристике, аналогичная характеристики вертикальной
трубы (рис. 10.18), и полная характеристика с учетом подъемного и воз­можного опускного движения типа рис. 10.25.

В отводящие трубы поступает пароводяная смесь с паросодержани - ем. хотв, равным значению на выходе из подъемных труб. Так как отводящие трубы необогреваемые, то все характеристики двухфазного потока прини­маются постоянными. Так как сечение отводящих труб меньше сечения подъемных труб, то скорость пароводяной смеси в них значительно выше.

Сопротивление отводящих труб Дротв рассчитывается с учетом допол­нительного слагаемого Дрв. у., показывающего потерю энергии на подъем пароводяной смеси выше уровня воды в барабане (см. рис. 11.1):

Дрв. у. = #пр(1 - 4>т)(р' - р")9. (1 1.24)

Нивелирный напор определяется по высоте отводящих труб Нотв:

АЛ = {р - <Л, тв(р' - р"))дн0тв. (і 1.25)

Гидравлическая характеристика отводящих труб показана на рис. 11.5.

Гидравлическая характеристика контура естественной циркуляции представляет собой сумму гидравлических характеристик последователь-

'3 Котельные установки

Но включенных опускных, подъемных и отводящих труб (рис. 11.6):

Дрконт = Ароп + Арпод + Аротв - (1 1.26)

Решением уравнения движения является расход G[|, при котором Арконт = 0. По этому расходу определяются соответствующие значе­ния Дроп> Ар„од, ДроТВ и все другие параметры работы контура, прово­дится проверка надежности работы опускных и подъемных труб и контура в целом.

Контур циркуляции похож на U-образную схему (вверху замкнутую) и, соответственно, его характеристика похожа на характеристику {/-образной трубы. Гидравлическая характеристика контура получается однозначной, рабочая точка (Дрконх = 0, G[J) устойчива. Каждый элемент контура (опуск­ные, подъемные и отводящие трубы) имеет коллектор или барабан на входе и выходе, т. е. он гидравлически обособлен, для него величины АРоП, ДРпод и АРотв являются средними данными по элементу, но внутри элементов в зависимости от их гидравлической характеристики, разверочной характери­стики возможна область неоднозначности, межтрубная пульсация, режимы застоя и опрокидывания циркуляции. На возможность возникновения этих опасных режимов необходимо анализировать полные гидравлические и раз­верочные характеристики подъемных труб.