Паровые котлы ТЭС

Гидродинамика опускных труб и ее влияние на надежность цируляции

Надежная работа подъемных труб цирку­ляционного контура обеспечивается непре­рывной подачей к ним воды в необходимом количестве. Уменьшение подачи воды через опускные трубы при интенсивном обогреве подъемных труб приводит к недостаточному охлаждению и затем перегреву металла этих труб. Такая ситуация является аварийной, по­скольку обычно она завершается разрывом обогреваемых парообразующих труб. При пол­ном прекращении питания температура стенки обогреваемых труб может возрастать со ско­ростью до 20—25°С/с. Достаточно 10—15 с, чтобы в этих условиях вывести из строя агрегат.

Недостаточный по условиям температурно­го режима парообразующих труб расход воды через опускные трубы вызывается либо их большим гидравлическим сопротивлением, ли­бо захватом в них пара.

Гидравлическое сопротивление опускных труб. При анализе работы опускных труб раз­личают два случая: подача воды из экономай­зера в барабан при температуре насыщения (кипящий экономайзер t"sn—t') и подача во­ды при температуре, меньшей температуры на­сыщения (некипящий экономайзер t"SK<t').

При кипящем экономайзере температура воды на входе в опускные трубы (рис. 12.15,а). По пути движения воды в ба­рабане до входа в опускные трубы ее скорость ничтожна и потому скоростным напором за счет непараллельности стенок барабана мож­но пренебречь. Изменение давления возникает только вследствие роста гидростатического давления по линейному закону (линия ab на рис. 12.15,6). На входе в опускные трубы дав­ление больше, чем давление на уровне воды в барабане, на величину (отрезок be)

BpT = h«?'8- <12-22)

При входе в опускные трубы скорость воды существенно возрастает, что связано с пони­жением статического давления как вследствие создания скоростного напора, так и из-за не­избежных потерь энергии на преодоление местных сопротивлений. В связи с этим дав­ление на входе в опускные трубы уменьшится на (отрезок bd)

A/^U+U^P'- <12-23)

При дальнейшем движении воды по опуск­ным трубам давление снова возрастает вслед­ствие увеличения гидростатического давления столба воды по линии de, достигая превыше­ния давления по сравнению с давлением на входе на величину ef:

(12.24)

А с учетом потери давления на преодоление сопротивления трения и в местных сопротив­лениях

И

W

P'g, (12.25)

2g

Где

<На

■ j %

Из рис. 12.15 следует, что при движении воды по опускным трубам давление неуклон­но повышается, за исключением только на входе воды в опускные трубы, где имеет место некоторое понижение давления. Однако,

Если принять, что Д/?™др.> Д/>ет> т. е.

АвхХІ+U-lf

То, как следует из рис. 12.15,6, давление во­ды в любой точке опускной системы будет превышать давление на уровне воды в бара­бане рб. Увеличивающемуся давлению отве­чает соответствующее распределение энталь­пии кипящей воды (ab'd'k' на рис. 12.15,в). Действительная энтальпия воды в любом се­чении опускных труб равна і'б, отвечает дав­лению на уровне воды в барабане рб и в от­сутствие обогрева опускных труб постоянна (линия а'р'). Горизонтальные участки, заклю­ченные между этими линиями, выражают не­догрев воды до кипения в соответствующих

Селениях опускных труб; аапрймер, недогрев до кипения в сечении х-х выражается отрез­ком т'-п'. Следовательно, при выполнении условия (12.26) в необогреваемых опускных трубах закипание воды, а следовательно, и образование пара невозможно.

Если падение давления на входе в опуск­ные трубы Арт будет равно или превышать

Д/>™А", то в месте входа в опускные трубы

Давление воды понизится настолько, что она окажется перегретой при давлении в барабане и вскипит в зоне пониженного давления. Образовавшиеся пузырьки пара будут уно­ситься вместе с циркулирующей водой в опуск­ные трубы, где давление выше и вода окажет­ся недогретой до кипения и потому пузырьки пара сконденсируются. Для полной конденса­ции пара необходимо время. В результате пузырьки пара уносятся потоком воды доволь­но далеко и опускные трубы на значительном протяжении заполняются не водой, а парово­дяной смесью. Заметно растет сопротивление опускных труб, несколько уменьшается движу­щий напор циркуляции. Наличие небольшого количества пара в опускных трубах не опасно.

Попадание пара в опускные трубы. Основ­ными причинами появления пара в опускных трубах являются

1) образование паровых воронок на входе в опускные трубы и прямое попадание через них пара из парового объема барабана;

2) увлечение циркуляционной водой пу­зырьков пара из водяного объема барабана.

Образование паровых воронок. Надежность парообразующих труб понижается при образо­вании пара в зоне пониженного давления на входе в опускные трубы, когда не выдержи­вается условие (12.26). В этом случае обра­зовавшийся пар может соединиться с неизбеж­ными углублениями уровня на зеркале испа­рения, образуя паровую воронку (см. рис. 12.15,а), через которую пар из парового объема барабана поступает в опускную систе­му уже в больших количествах, нарушая и расстраивая циркуляцию воды в контурах. Воронкообразование может происходить в кот­лах с естественной и принудительной цирку­ляцией. Задача предотвращения образования паровых воронок решается созданием опреде­ленного запаса высоты уровня в барабане над входом в опускные трубы. Вероятность обра­зования паровых воронок возрастает с увели­чением диаметра опускных труб. В соответст­вии с Нормативным методом гидравлического расчета паровых котлоагрегатов [2] отноше - h/do л

Ние минимальной высоты уровня h к диамет­ру опускных труб don определяется по рис. 12.16.

При некипящем экономайзере температура поступающей в барабан питательной воды ни­же температуры насыщения. Эта вода, пере­мешиваясь с котловой водой, образует смесь с температурой, меньшей температуры насы­щения при давлении на уровне воды в бара­бане tnx<.t'. С такой температурой вода по­ступает в опускные трубы. Этот недогрев эквивалентен недогреву воды до кипения, соз­даваемому запасом высоты уровня воды в ба­рабане.

Ввиду сложности и неудобств в эксплуа­тации недогрев до кипения воды в барабане для стабилизации работы опускных труб обычно не используется. Как и при кипящем экономайзере (/вх=0> стабилизация работы опускных труб при некипящем экономайзере (tBx<t') обеспечивается предотвращением об­разования паровых воронок над входом в опускные трубы. Недогрев же до кипения воды на входе в опускные трубы при tSx<.t' рассматривается как повышение запаса на­дежности.

Захват пара из водяного объема барабана.

Нормальное поступление воды в опускные трубы может нарушаться вследствие захвата в них пара из водяного объема барабана. Пу­зырьки пара, находящиеся под уровнем воды в барабане при значительной скорости ее по­токов, движущихся к опускным трубам, нё успевают выделиться и уносятся этими пото­ками в опускные трубы. Такие условия могут возникать, например, при близком расположе­нии вводов парообразующих труб в барабане и выводов из него опускных труб. Захват пара в опускные трубы предупреждают соот­ветствующей организацией потоков воды, на­пример установкой перегородок или сепара­цией пароводяной смеси в циклонах.