КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Особенности температурного режима горизонтальных труб, криволинейных каналов и газоплотных экранов

Горизонтальные и слабонаклонны етрубы. Из гори­зонтальных труб выполняется экономайзер и пароперегреватель, располо­женные в конвективной шахте, радиационные поверхности в прямоточных котлах.

При движении пароводяной смеси в горизонтальных трубах возможны режимы течения (слоистый, волновой, поршневой), при которых верхняя часть трубы непрерывно или периодически омывается паром, а нижняя часть — водой. При обогреве трубы теплоотдача к паровой фазе ниже, чем к жидкой, и это вызывает значительный перегрев верхней части трубы по сравнению с нижней (рис. 9.11). При перепаде температуры по периметру трубы более 50°С, пульсации ее за счет наброса воды на верхнюю часть трубы, происходит разрушение оксидной пленки на поверхности металла и интенсификации коррозионных процессов, появляются усталостные трещи­ны в металле. Расслоенные режимы течения недопустимы. Минимальные массовые скорости, при которых расслоенные режимы переходят в осе- симметричные, составляют при р — 15 МПа и q — 200 кВт/м2: для труб с dBn = 50 мм (pw)mm = 1200-1500 кг/(м2-с); для труб с dm = 20 30 мм (pw)мин = ЮОО - г - 1200 кг/(м2-с). В барабанных котлах с естественной цир­куляцией обеспечить такие массовые скорости не удается, поэтому в них горизонтальные обогреваемые участки не делаются.

Экономайзеры кипящего типа (желательно, чтобы. твых < 0,25) располагаются в зоне невысоких тепловых потоков (q < 20 кВт/м2),

Для них ((pw)mni = 500 - г 700 кг/(м2-с), рекомендуется принимать pw — 800 - г 1000 кг/(м2-с). Для некипящих экономайзеров pw = 500 - г 600 кг/(м2,с).

В прямоточных котлах и барабанных котлах с многократной принуди­тельной циркуляцией в испарительных поверхностях нагрева можно избе­жать расслоенные режимы, приняв pw > 1000 ч-1200 кг/(м2-с). Но и в этих условиях толщина жидкой пленки у верхней образующей трубы меньше, чем у нижней и боковых (средних), жидкая пленка испаряется быстрее и кризис теплообмена на верхней образующей начинается при меньшем зна­чении qKр и хгр (рис. 9.12). Для горизонтальных испарительных труб реко­мендуется принимать граничное паросодержание х10р: прир = 5,0-f 10 МПа •г-гор = 0,2; р = 10 - г 15 МПа жгор = 0,1; р = 15 - f - 17 МГІа хгор = 0. Эти значения меньше, чем при вертикальном расположении труб.

В наклонных парообразующих трубах может возникать асимметрия потока, поэтому область ухудшенного теплообмена в них несколько больше, чем в вертикальных, но меньше, чем в горизонтальных.

Более сильно угол наклона трубы влияет на переход от расслоенных Режимов течения к осесимметричным: при а = 15°(pi/;)Nlim снижается при­мерно в два раза, что уже может быть обеспечено в контурах естественной Циркуляции. Поэтому в этих контурах допускаются обогреваемые участ­ки с углом наклона более 15°. В прямоточных котлах, где массовая ско­
рость выше, расслоение потока практически прекращается при угле поряд­ка 10°. Желательно делать испарительные поверхности нагрева с наклоном более 10°.

При сверхкритическом давлении в зоне больших теплоемкостей в горизонтальных и слабонаклонных трубах теплоотдача по пе­риметру также различается: слои жидкости с меньшей плотностью поднимаются к верх­ней образующей, коэффициент теплоотдачи снижается по сравнению со средним значе­нием и нижней образующей, а температура стенки увеличивается (рис. 9.13).

В горизонтальных пароперегревателях ДКД и СКД расчет теплообмена ведется по тем же зависимостям, что и для вертикаль­ных. При движении в горизонтальной тру­бе однофазной среды различия в плотно­сти среды у верхней и нижней образующих практически нет.

Криволинейные каналы (изо­гнутые трубы) образуются при изготовле­нии змеевиковых поверхностей нагрева (эко­номайзер, пароперегреватель), ширмы. При турбулентном течении в изогнутых трубах воды и пара при ДКД и СКД за счет вто­ричных течений происходит закрутка пото­ка, увеличивается перемешивание. Коэффи­циент а23 в изогнутых трубах выше, чем в прямых. Примерное соотноше­ние:

Of/a 2 = 1 + 3,5-d/Д (9.25)

Где D — диаметр гиба.

При движении двухфазного потока в изогнутых трубах режим течения изменяется под воздействием центробежных (инерционных) сил. С уве­личением скорости потока влияние инерционных сил возрастает и про­исходит разделение потока: вода отжимается к наружной образующей ги­ба, а пар — ко внутренней (рис. 9.14, сечение а). При низком давлении могут возникнуть вторичные токи в сечении трубы (сечение б), которые перераспределяют жидкую фазу по сечению, и она сосредотачивается у внутренней образующей. На криволинейных участках условия для воз­никновения кризиса кипения и перехода в зону ухудшенного теплообме­на могут создаваться раньше (при меньших значениях средних балансовых

Паросодержаниях), чем в прямых трубах. С учетом сказанного, выполне­ние криволинейных участков в испарительных поверхностях при ДКД, особенно в зоне высоких тепловых потоков, не желательно. При необ­ходимости изготовления гибов (навивка Рамзина) проводят проверку их температурного режима, устанавливают в углах топки, где тепловые пото­ки ниже.

При сверхкритическом давлении в криволинейных каналах с малым радиусом гиба коэффициент теплоотдачи близок к а2 для прямых труб. В этом случае можно делать поверхности нагрева с изогнутыми трубами.

Газоплотные экраны. В газоплотных экранах трубы соединя­ются в цельносварную панель перемычками. Независимо от конструктив­ного выполнения, половина соединительной перемычки, прилегающая к трубе, называется плавником.

На рис. 9.15 показано конструктивное выполнение плавниковой тру­бы и обозначены основные размеры: S — шаг труб; h — высота плавни - Ка; Ьв, Ьк — толщина плавника в вершине и корне, соответственно. При Равномерном падающем (подводимом) тепловом потоке <7пад воспринятый тепловой поток q и температура стенки трубы и плавника будут нерав­номерными по периметру. Максимальная температура стенки трубы бу­дут на лобовой образующей, а плавника — в его вершине. Из-за гради-

Ента температуры происходит растечка тепла как по стенке трубы, так и по плавнику.

Температура стенки плавниковой трубы настенной радиационной по­верхности нагрева на лобовой образующей определяется как для гладких труб.

На прочность цельносварных панелей большое влияние оказывает раз­ность температур в свариваемых (соседних) трубах,, вызывающая термиче­ские напряжения в плавниках и трубах. Допускается разность температур рабочей среды в свариваемых трубах не более 50°С. Особенно трудно вы­держать это требование в НРЧ котлов сверхкритического давления, где на фронтовой и задней стенах (реже — на боковых) располагаются рядом па­нели, включенные последовательно по ходу рабочей среды и, соответствен­но, имеющие разную температуру среды. Для выравнивания температуры среды по панелям делают байпас первого хода НРЧ, г. е. через панели про­пускают часть воды, средняя температура ее при этом увеличивается и ста­новится близкой к температуре второго хода; оставшуюся воду направляют по необогреваемым байнасным трубам, после первого хода оба потока воды смешиваются и направляются во второй ход.

Ошипованные трубы. Теплоизоляционная набивка между ши­пами (хромитовая, корундовая, хромомагнезитовая и т. п.) имеет теплопро­водность в 15-25 раз меньше, чем металл шипа (углеродистая сталь, сталь 12Х1МФ, сихромалсвая сталь), поэтому в ножке шипа происходит концен­трация теплового потока в 3-4 и более раза. Это приводит к повышению температуры наружной поверхности стенки и средней по толщине стенки.