КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Основные уравнения

Испарительные поверхности барабанного котла совместно с подводя­щими воду и отводящими пароводяную смесь трубами представляют собой систему, замкнутую на барабане или выносном циклоне, и называются кон­туром естественной циркуляции.

На рис. 11.1 изображена схема простого контура циркуляции. Простой контур циркуляции представляет собой систему последовательно включен­ных элементов (опускные, подъемные и отводящие трубы), каждый из кото­рых выполнен из труб, конструктивно тождественных и одинаково обогре­ваемых. Контур циркуляции, замкнутый на выносной циклон, показан на рис. 11.2, а. Контур 1-2-3-4 простой, но циклон 1 дополнительно связан с барабаном системой водоподводящих 5 и пароотводящих 6 труб, влияющих на работу контура 1-2-3-4, и вся система барабан — 5-1-2-3-4-1-6-1 — ба­рабан представляет собой уже сложный контур циркуляции. Этот сложный контур можно условно разделить на два простых — барабан — 5-1-6 и 1-2- 3-4 — имеющих общий элемент — циклон 1.

Пример сложного контура представлен на рис. 11.2,6. Он включа­ет в себя барабан, опускной стояк 1, к которому параллельно подклю­чены подъемные 2 и отводящие 3 трубы фронтового экрана и подъ­емные 4 и отводящие 5 трубы заднего экрана. Там же изображен контур, состоящий из испарительных труб трехрядного конвективно­го пучка 6 со своими опускными 7 и отводящими 8 трубами. Каж­дый из трех рядов конвективного пучка выполнен из одинаковых по конфигурации труб с одинаковым обогревом, но между собой ряды отличаются по обогреву и конфигурации, т. е. их можно рассматри­вать как три подъемных элемента, включенных параллельно. Таким образом, сложный контур циркуляции содержит в себе параллельно включенные элементы, отличающиеся конструктивно и интенсивностью обогрева.

На рис. 11.1 показаны обозначения высот частей контура, использу­емые в расчете контура циркуляции. Высоту контура Нк принимают равной высоте опускных труб Нк = Ноп.

Для расчета контура циркуляции используются основные уравнения, рассмотренные в гл. 8: уравнения неразрывности, движения, энергии и со­стояния. При описании движения среды в замкнутом контуре эти уравнения можно упростить, придав им специфический вид, обусловленный конкрет­ными начальными и граничными условиями.

Уравнение неразрывности для установившегося движения в трубе с постоянным сечением / выражается через массовую скорость pw потока:

Pw = const.

Расход массы через п параллельных труб GT кг/с:

GT = pwfn. (11.1)

В контуре циркуляции расход циркулирующей среды Gn через последо­вательно включенные элементы одинаков. Для последовательных элементов

А)

Риє. 11.2. Схема контура циркуляции, замкнутого на выносной циклон (а) и пример сложного контура (б). Обозначения — в тексте.

Уравнение неразрывности (уравнение сплошности) запишется в следующем виде:

Нон 7ІЦОД Н-пол

<3ц = Е-опРоп/оп = ЈuwW» = =

(11.2)

Где индексы оп, под, отв, вх относятся, соответственно, к опускным, подъ­емным, отводящим трубам и входному участку подъемных труб.

Одним из основных параметров, характеризующих работу контура, яв­ляется скорость циркуляции м/с, определяемая по формуле

GW

Wo = —(п. з)

Ft под/под

Задавшись величиной wo, можно определить значения всех других ско­ростей, в частности, скорость в опускных трубах:

Уравнение движения для контура циркуляции как замкнутой системы запишем как сумму сопротивлений последовательно включенных элемен­тов:

Дрк = Дроп + Лрпод + ЛРотв = 0. (11.5)

Для каждого из элементов перепад давления определяется по извест­ным формулам:

Ар = Дртр + Дрм + Друск + Дрнив = Ар* 4- Дрнив,

Где Ар* = ДрТр + Арм + Друск-

Для опускных, подъемных и пароотводящих труб можно рассчитать и построить гидравлические характеристики Ар = f(wo) или Ар = f{Gn) и, суммируя их, решить уравнение движения (11.5). При этом определят­ся скорость циркуляции wo, расход среды Сц, количество образовавшегося пара Gn и соответствующие им перепады давления по элементам контура циркуляции. По отношению Gn и Сц рассчитывается кратность циркуля­ции Кп:

#Ц = Сц/<Зп. (11.6)

Уравнение движения можно представить и в другом виде — через дви­жущий напор 5дВ (см. § 8.5), который идет на преодоление сопротивлений трения, местного и ускорения в контуре:

5ДВ = Др*п + Арі од + Ар*0ТВ. (11.7)

При расчете контура циркуляции по этому методу вводят понятие полезного напора циркуляции SU0Jl:

5пол - 5дв - (Арп*од + Др0*тв) . (11.8)

Обратите внимание, что в сопротивления Ар*П9 Ар*0]Х и Др*тв не входят нивелирные напоры.

Из формулы (11.7) с учетом (11.8) получим простую форму записи уравнения движения:

Snon = АРоп - (11.9)

Следовательно, полезный напор Sn0Jl представляет собой часть движу­щего напора 5ДВ, расходуемую на преодоление сопротивления Ар*п. Для решения уравнения (11.9) необходимо определить 5ДВ, Ар*0Д, Ар*тв, 5П0л и Др*п. В итоге получим значения wo, Gn, Gn и Кц.

Оба метода решения уравнения движения будут рассмотрены ниже.

Уравнение энергии для установившегося движения потока в испари­тельных поверхностях топочной камеры будем использовать в виде уравне­ния теплового баланса:

GirAh = q^Hn. (11.10)

Уравнения состояния выражают зависимости теплофизических свойств водного теплоносителя от давления и температуры: ср, Л, v, р — f(p, t) с'р) л', vf, р с>;, л", v", р" = /ср). ■

Начальные условия при рассмотрении стационарного движения потока в контуре циркуляции не задаются.

Граничные условия должны быть известны из конструктивного выпол­нения контура циркуляции, из теплового расчета котла, который проводится до расчета контура циркуляции. В свою очередь, результаты расчета контура циркуляции могут вызвать необходимость коррекции теплового расчета.