Паровые котлы ТЭС

Тепловая разверка

Для обеспечения надежности очень важно, чтобы все параллельные трубы поверхности нагрева работали в расчетных (средних) условиях. Практически же приходится счи­таться с неодинаковыми гидравлическими ха­рактеристиками труб (различие в диаметре, длине, шероховатости, влияние коллекторов, влияние нестабильности в работе парообра­зующих труб) и неодинаковыми тепловыми характеристиками труб (различный обогрев вследствие неодинакового их расположения по отношению к потоку продуктов сгорания, неодинакового шлакования, загрязнения и т. п.).

Различие гидравлических и тепловых ха­рактеристик труб в особенности проявляется в агрегатах большой мощности, так как с уве­личением размеров поверхностей нагрева одновременно возрастает и неизбежность от­клонения режима отдельных элементов от расчетного. Распределение рабочего тела по трубам в этих условиях различно, и удельная энтальпия его на выходе из отдельных труб значительно отличается от среднего значения. В некоторых из них может возникнуть опас - ныйтемпературный режим. Трубы, находящиеся в наиболее опасньіх температурных условиях, называют разверенными.

Надежность работы прямоточного элемен­та характеризуется двумя групами парамет­ров;

Средними значениями для элемента си­стемы

С*; А£зл; <7ЭЛ; А.;

И значениями параметров разверениой трубы (или канала)

Діт; GT; qT zT Ят.

Здесь £?эл и GT — расходы рабочего тела в расчетном элементе гидравлической системы к разверениой трубе; qaл и qT — количества пе­редаваемой теплоты прямоточным элементам; Д4л и Д/т — их тепловосприятия; Яэл и Ят — поверхности нагрева; гэп и zT — коэффициен­ты гидравлического сопротивления; —

Соответствующие температуры рабочего тела на выходе из параллельно включенных труб. Введем следующие обозначения:

Рг= G т/Ga л — коэффициент гидравлической разверки;

Рд=Д/т/ДгЭл — коэффициент тепловой раз­верки;

R[T—qT/qa! l — коэффициент неравномерности тепловосприятия;

Т)г=2т/2эл — коэффициент гидравлической неравномерности;

%=#т/ЯЭл — коэффициент конструктивной нетождественности. (11.25)

Приняв за основу коэффициент тепловой разверки, можно установить связь между пе­речисленными коэффициентами

(11.26)

Или после подстановки соответствующих зна­чений из (11.21), (11.23) и (11.25)

(11.27)

Рг

Коэффициент конструктивной нетождест­венности % не связан с процессами, протека­ющими в трубной системе; он оценивается ті„=0,95-М.

Коэффициенты тепловой и гидравлической разверки связаны между собой соотношением

Р9=т]т/рг. (11-28)

Тепловая разверка вызывается неодинако­выми тепловыми характеристиками парал­лельно включенных труб, а гидравлическая

97

Разверка — Их неодинаковыми гидравлически­ми характеристиками. Из (11.28) следует, что тепловая разверка вызывается или неравно­мерностью тепловосприятия, или гидравличе­ской разверкой, или той и другой одновремен­но. Тепловая разверка зависит не только от размеров тепловой неравномерности и гидрав­лической разверки, но и от их сочетания. В наиболее опасных условиях оказываются наиболее обогреваемые трубы, но в то же время получающие наименьший расход среды. Если наибольшие неравномерности разного вида (тепловосприятия, расходов рабочей сре­ды, конструктивных особенностей и др.) при­ходится не на одну трубу, а на разные трубы, то следует для них раздельно определять теп­ловую разверку. Для наиболее разверенных труб обязательна проверка надежности на длительную прочность и предотвращение ока - линообразования.

Гидравлическая разверка. В системе парал­лельных труб с принудительным движением рабочей среды, объединенных общими коллек­торами на входе и выходе, необходимо обес­печить равномерное ее распределение по всем трубам. В реальных условиях всегда имеет место та или иная неравномерность распреде­ления расходов — гидравлическая разверка [см. формулу (11.21)]. Гидравлическая раз­верка может возникать в результате гидрав­лической нетождественности параллельных труб из-за различия их гидравлических сопро­тивлений, влияния коллекторного эффекта из-за изменения давления по длине коллекто­ра (см. § 11.5). Такого рода разверки возни­кают главным образом в поверхностях нагре­ва пароперегревателей и, в меньшей степени, экономайзеров.

Для вывода уравнения гидравлической разверки запишем уравнение полного перепа­да давления в элементе

И аналогично для разверенной трубы

При большом числе параллельных труб влиянием изменения тепловосприятия в раз­веренной трубе на общий перепад давления можно пренебречь И потому A/?sm=COnst. Учи­тывая, что перепад давления между входным сечением входного коллектора и выходным се­чением выходного коллектора является общим для всех параллельных труб системы, можно записать, что Арт=ДрЭл-

Совместное решение (11.29) и (11.30) при­водит к выражению для гидравлической раз­верки

Где здркол = Ьрткод - АрЦ - разность перепа­дов давлений в коллекторах между сечениями с разверенной трубэй и элементе; йАРшп — — АрТиив — Ар™а — разность нивелирных напо­ров в разверенной трубе и элементе; Дрт, А Руси — для элемента.

Гидравлическая разверка в пароперегрева­телях и некипящих экономайзерах. Наи­более простой вид для коэффициента гид­равлической разверки формула принимает для некипящих экономайзеров, имеющих до­статочный запас по недогреву до кипения, при горизонтальном и подъемном движении среды. В этом случае: йэл«Dan=const; т; раз­

Ность нивелирных напоров в разверенной тру­бе и элементе и сопротивление от ускорения потока пренебрежимо малы: 6Д/?нив~0; Друск«0. Для этих условий при равномерном подводе и отводе воды в коллекторах коэффи­циент гидравлической разверки определяется соотношением коэффициентов гидравлического сопротивления

При торцевом подводе и отводе среды кол­лекторный эффект значителен, формула коэф­фициента гидравлической разверки приобре­тает вид:

В некипящих конвективных экономайзерах с горизонтальными змеевиками коэффициент гидравлической разверки обычно не превы­шает 0,9. При наличии в некипящих эконо­майзерах опускного движения ввиду возмож­ной неоднозначности гидравлических характе­ристик, а также в кипящих экономайзерах учет нивелирной составляющей является обя­зательным.

Для гидравлической разверки в паропере­гревателях существенно влияние различия полных коэффициентов сопротивления труб, их тепловосприятия и изменений давления вдоль коллекторов. Пренебрегая изменением давления от ускорения потока пара, получаем:

Д-Укол +J5A/?Hi

Аре

Влияние коллекторного эффекта учитывают при бАрКол/Арг^0,05. Нивелирная составля­ющая полного перепада давления существен­на только в одноходовых перегревателях при 8Ар нив

Гидравлическая разверка в зоне резкого изменения удельных объемов рабочей среды.

В современных прямоточных котлах парооб­разующими элементами являются обычно по­верхности НРЧ, подверженные наиболее ин­тенсивному обогреву.

Сочетание значительной гидравлической разверки и интенсивного обогрева при определенных условиях может привести к резкому росту температуры и удельного объема среды в разверениой трубе, снижению в ней расхода и перегреву металла трубы вплоть до аварийного разрушения [42]. Гид­равлическая разверка в них возникает под влиянием значительного изменения удельного объема среды в процессе обогрева. Она про­является главным образом в поверхностях нагрева, соответствующих зоне больших теп - лоемкостей котлов СКД, в испарительных по­верхностях котлов ДКД, а также в кипящих экономайзерах.

В ряде случаев для достижения устойчивой гидравлической характеристики на входе' в каналы устанавливают шайбы. В зоне паро­образования обычно пренебрегают потерями Друск и Дркол.

Эти данные позволяют построить разверочные ха­рактеристики, иллюстрирующие зависимость коэффициента гидравлической разверки и тем­пературы среды на выходе из разверенной трубы от коэффициента неравномерности теп­ловосприятия рг=/(тіт) и t^** ~/(Т]т) — см. рис. 11.20.

Разверочные характеристики более обогре­ваемых труб (т]т>1) являются падающими для рг и растущими для tBых - Крутизна паде­ния рг на определенном участке резко возра­стает, приобретая кризисный характер, когда небольшому приращению т)т соответствует резкое снижение расхода и повышение ^вых - Это связано с тем, что в зоне больших тепло - емкостей даже небольшое приращение удель­ной энтальпии, которое в условиях эксплуата­ции в отдельных трубах всегда имеет место, вызывает резкое увеличение удельного объема среды v, а следовательно, и гидравлического сопротивления. В свою очередь увеличение гидравлического сопротивления приводит к снижению расходов через эти трубы и тем самым к еще большему усугублению в них тепловой разверки, дальнейшему увеличению удельного тепловосприятия труб Ai и удельно­го объема в них среды v. Этот процесс проте­кает до тех пор, пока, наконец, не установится расход и соответствующая ему при заданной ^епловой нагрузке данной трубы тепловая разверка. В ряде случаев он может завер­шиться аварийной ситуацией.

Допустимую тепловую разверку устанавли­вают исходя из конкретных условий работы поверхности нагрева. Для пароперегревателей, выходные участки труб которых работают почти в предельных температурных условиях, допустимая тепловая разверка не должна пре­вышать 15% общего тепловосприятия паро­перегревателя. В целях повышения надежно­сти трубную систему пароперегревателя сек­ционируют по тракту пара.

Экономайзеры размещают в области уме­ренного обогрева: протекающая через них вода имеет сравнительно низкую температуру. Тепловую разверку для экономайзера можно допустить 50% и более. Поэтому секциониро­вание экономайзера по тракту воды не всегда обязательно.

В парообразующих трубах из-за сравни­тельно невысокой температуры кипения при отсутствии нарушения режима течения, а сле­довательно, при интенсивном отводе тепла температура стенки труб превышает темпера­туру рабочего тела всего лишь на 20—30°С. Здесь также можно было бы допустить значи­тельную тепловую разверку, но в этих поверх­ностях нагрева возможен ухудшенный темпе­ратурный режим, особенно при интенсивном обогреве. Поэтому допустимая тепловая раз­верка для них не превышает 20—40%.

В котлах СКД наибольшая чувствитель­ность к неравномерностям тепловосприятия приходится на зону больших теплоемкостей, в которой с изменением энтальпии рабочей среды наиболее сильно изменяются ее тепло­физические свойства. Поэтому построение ха­рактеристик /^™=/(t|t) для этой зоны осо­бенно важно.