8. Характеристики и виды движения водного теплоносителя в паровых котлах Гидродинамика водного теплоносителя в паровых котлах
![]()
|
9.1.5.Гидравлическая разверка в системе труб парового котлаРасчет гидравлической разверки можно вести по гидравлическим характеристикам, построенным для элемента, параметры которого соответствуют данным для средней трубы, и разверенной трубы, находящейся в наиболее опасном температурном режиме. Гидравлическая характеристика должна учитывать сопротивления трения Δртр, местное ΔрМ, от ускорения потока ΔрУСК, нивелирный напор ΔрНИВ и сопротивление во входном ΔрВХ.К и выходном ΔрВЫХ.К коллекторах
где С учетом (9.23) перепад давления Δp запишем для элемента
и разверенной трубы
где vК , vН - удельный объем среды в конце и начале трубы, м3/кг. Поскольку средняя труба и разверенная труба гидравлически имеют общие точки на входе и выходе панели, то они находятся под одним и тем же перепадом давления, т.е.
Поэтому после построения гидравлических характеристик ΔpЭЛ = f(G) и Δpт =f(G) в пределах G от 2,5 до 150% от номинального значения определяют ΔpЭЛ при G ЭЛ = Gном (рис.9.26). По условию Δpт = ΔpЭЛ находят значение Gт и рассчитывают коэффициент гидравлической разверки ρГ ρГ = Gт/GЭЛ. Для того чтобы выявить влияние на гидравлическую разверку теплового потока, конструктивного выполнения труб, высоты панели и других факторов, необходимо каждый раз строить гидравлические характеристики. Удобнее проводить такого типа анализ не графически, а аналитически. Для этого приравняем обе зависимости (9.68) и (9.69). Получаем
где
Гидравлическая разверка зависит от конструктивного выполнения разверенной и средней труб (Rт, RЭЛ, f), интенсивности их обогрева На гидравлическую разверку влияют также давление среды, энтальпия потока на входе в трубу и другие параметры. Проведем анализ выражения (9.71) по следующим направлениям: горизонтальная поверхность нагрева; влияние нивелирного напора и сопротивления в коллекторах (коллекторного эффекта). Для горизонтальной трубы нивелирный напор ΔpНИВm = ΔpНИВЭЛ = 0 и соответственно ΔpНИВ = 0. Для вертикальных труб разность нивелирных напоров Если принять, что Hт ≈ HЭЛ = H, то
Из (9.73) видно, что DpНИВ ≈ 0, при К этому же случаю можно отнести и многоходовые панели, для которых разность нивелирных напоров мала по сравнению с гидравлическим сопротивлением. Примем, что ΔpУСКЭЛ, ΔpУСКm и ∂∆pКОЛ малы по сравнению с гидравлическим сопротивлением ∆pГ, тогда формула (9.71) примет простой вид
где ηГ - коэффициент гидравлической неравномерности, он показывает отношение коэффициентов сопротивления раверенной Rт и средней RЭЛ труб
Для необогреваемых труб (перепускные трубы между поверхностями нагрева котла, опускные трубы в барабанном котле и т.д.) При равномерном обогреве (ηт = q т / q ЭЛ = 1) и при ηГ = 1 гидравлическая разверка отсутствует, т.е. ρГ = 1. Если же в какой-либо трубе ηГ > 1 (по конструктивному выполнению, из - за отложения примесей и т.п.), то в ней расход будет меньше (ρГ < 1, Dт < DЭЛ), чем в других, это, в свою очередь, вызовет более высокий нагрев среды в трубе ( Δhт > ΔhЭЛ, Неравномерность обогрева даже при ηГ = 1 приводит к изменению расхода среды в трубах. В разверенной трубе (ηт > 1, qт > qЭЛ) средняя температура водного теплоносителя и его удельный объем Построим разверочные характеристики для горизонтальной поверхности нагрева (примем ηГ = 1, ∂∆pКОЛ = 0, ΔpУСК = 0). Для разверенной трубы ηт > 1. Такую трубу будем называть также сильнообогреваемой в отличие от слабообогреваемой, у которой ηт < 1. Энтальпия среды на выходе из разверенной трубы и приращение энтальпий определяются по формуле
Затем определяется среднее значение энтальпии в разверенной трубе, удельный объем среды и другие величины. Вид разверочной характеристики зависит не только от удельного объема, но и от интенсивности изменения удельного объема с увеличением энтальпии среды. Рассмотрим три случая: а) на входе в панель набдюдается существенный недогрев воды до температуры кипения (vВХ < v') или до ЗБТ. В разверенной трубе vВХ < v' увеличивается с уменьшением расхода среды Gт; при линейной зависимости удельного объема воды от энтальпии (β = dv /dh = const) разверочная характеристика ρГ = f(ηт) монотонно убывающая (рис.9.27, кривая 7). Если β возрастает, то разверочная кривая 2 будет идти ниже кривой 1. Если средняя энтальпия воды в разверенной трубе будет меньше энтальпии кипения (докритическое давление, DKD) или в начале ЗБТ (сверхкритическое давление, CKD), то разверочная характеристика однозначна; б) энтальпия Для вертикальной трубы с подъемным движением среды (∂∆pКОЛ = 0; ΔpУСК = 0) формулу гидравлической разверки запишем в следующем виде
где
Комплекс А характеризует отношение гидравлических сопротивлений и удельных объемов в элементе и разверенной трубе. Комплекс В учитывает влияние разности нивелирных напоров в элементе и разверенной трубе на гидравлическую разверку. Для подъемного движения среды перед В стоит знак +. В сильнообогреваемой трубе (ηт > 1) плотность среды В слабообогреваемой трубе (ηт < 1), где Вклад нивелирной составляющей в гидравлическую разверку зависит от расхода среды в элементе GЭЛ. При больших расходах среды GЭЛ комплекс В уменьшается и разверочная характеристика вертикальных панелей приближается к характеристике горизонтальных панелей. С уменьшением расхода среды нивелирная составляющая играет большую роль (кривые 2 и 3, рис.9.29). Перед комплексом В (9.77) при опускном движении потока должен быть знак минус. Влияние нивелирного напора становится обратным, в сильнообогреваемых трубах расход среды уменьшается, а в слабообогреваемых - увеличивается (кривые 5 и 6, рис.9.29). В этом случае нивелирный напор играет отрицательную роль. Поэтому панели с опускным движением выполнять не следует. Интересно провести анализ разверочных характеристик в вертикальных панелях (при докритическом или сверхкритическом давлении, с принудительным или естественным движением среды) при малых средних расходах среды в элементе (панели). При подъемном движении среды в слабообогреваемой трубе (кривая 7, рис.9.29) с ηт = ηт7 расход среды равен нулю (Gт7 = 0). Это возможно при условии или
В этой трубе будет застой движения среды (застой циркуляции). При ηт < ηт7 в выражении (9.77) для ρГ под корнем отрицательное число. По графику (кривая 7, рис.9.29) ρГ меняет знак на минус; это означает, что меняется направление движения среды - происходит опрокидывание режима движения (опрокидывание циркуляции). В панелях с опускным движением среды аналогичная картина может происходить в сильнообогреваемых трубах при малых расходах среды (кривая 6, рис.9.29). При ηт > ηт6 в разверенной трубе, т.е. развившийся в ней нивелирный напор "потянет" расход среды вверх, произойдет опрокидывание движения. Из этого следует, что в прямоточных и барабанных котлах необходимо анализировать режимы работы панелей при малых расходах среды (пуск, останов, работа на малых нагрузках) на предмет возможного застоя или опрокидывания движения среды в разверенных трубах, чтобы избежать повышения температуры металла труб и их разрушения. |