8. Характеристики и виды движения водного теплоносителя в паровых котлах Гидродинамика водного теплоносителя в паровых котлах

• Название: 8. Характеристики и виды движения водного теплоносителя в паровых котлах Гидродинамика водного теплоносителя в паровых котлах
• Дата: 24.01.2020
• Размер: 4.43 Mb.
• Имя файла: 5132c44.doc
• Тип: Документы; #105614
• страница: 14 из 39

9.1.5.Гидравлическая разверка в системе труб парового котла

Расчет 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 Δр_тр, местное Δр_М, от ускорения потока Δр_УСК, нивелирный напор Δр_НИВ и сопротивление во входном Δр_ВХ.К и выходном Δр_ВЫХ.К коллекторах

(9.67)

где



С учетом (9.23) перепад давления Δp запишем для элемента

(9.68)

и разверенной трубы

(9.69)

где v_К , v_Н - 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.

ΔpЭЛ =Δpт

(9.70)

Поэтому после построения гидравлических характеристик Δp_ЭЛ = f(G) и Δp_т =f(G) в пределах G от 2,5 до 150% от номинального значения определяют Δp_ЭЛ при G _ЭЛ = G_ном (рис.9.26).



По условию Δp_т = Δp_ЭЛ находят значение G_т и рассчитывают коэффициент гидравлической разверки ρ_Г

ρ_Г = G_т/G_ЭЛ.

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

(9.71)

где

(9.72)

Гидравлическая разверка зависит от конструктивного выполнения разверенной и средней труб (R_т, R_ЭЛ, f), интенсивности их обогрева ,пространственного расположения труб и направления потока (±p_НИВ^m, ± p_НИВ^ЭЛ), сопротивления в коллекторах (Δp_КОЛ^m, Δp_КОЛ^ЭЛ).

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 Δp_НИВ^m = Δp_НИВ^ЭЛ = 0 и соответственно Δp_НИВ = 0. Для вертикальных труб разность нивелирных напоров



Если принять, что H_т ≈ H_ЭЛ = H, то

(9.73)

Из (9.73) видно, что Dp_НИВ ≈ 0, при. Это условие достаточно хорошо выполняется в некипящих экономайзерах и в выходных пакетах пароперегревателя, где удельный объем воды или пара мало зависит от температуры.

К этому же случаю можно отнести и многоходовые панели, для которых разность нивелирных напоров мала по сравнению с гидравлическим сопротивлением.

Примем, что Δp_УСК^ЭЛ, Δp_УСК^m и ∂∆p_КОЛ малы по сравнению с гидравлическим сопротивлением ∆p_Г, тогда формула (9.71) примет простой вид

(9.74)

где η_Г - коэффициент гидравлической неравномерности, он показывает отношение коэффициентов сопротивления раверенной R_т и средней R_ЭЛ труб

(9.75)

Для необогреваемых труб (перепускные трубы между поверхностями нагрева котла, опускные трубы в барабанном котле и т.д.) и гидравлическая разверка зависит от коэффициента гидравлической неравномерности. Труба, длина которой больше других, имеющая дополнительные гибы, с большей шероховатостью, у которой больше сварных соединений, имеет увеличенный коэффициент сопротивления R_т > R_ЭЛ и, соответственно, у нее η_Г > 1, а ρ_Г < 1, т.е. расход среды через такую трубу будет меньше, чем через другие.

При равномерном обогреве (η_т = q _т / q _ЭЛ = 1) и при η_Г = 1 гидравлическая разверка отсутствует, т.е. ρ_Г = 1. Если же в какой-либо трубе η_Г > 1 (по конструктивному выполнению, из - за отложения примесей и т.п.), то в ней расход будет меньше (ρ_Г < 1, D_т < D_ЭЛ), чем в других, это, в свою очередь, вызовет более высокий нагрев среды в трубе ( Δh_т > Δh_ЭЛ, ) и дальнейшее снижение расхода среды до установления равновесия в системе .(уменьшение расхода в трубе ведет к увеличению в других, т.е. к росту общего сопротивления). При равномерном обогреве труб из-за гидравлической неравномерности расход среды по трубам и температура ее будут различаться.

Неравномерность обогрева даже при η_Г = 1 приводит к изменению расхода среды в трубах. В разверенной трубе (η_т > 1, q_т > q_ЭЛ) средняя температура водного теплоносителя и его удельный объем больше средних величин по панели, соответственно появляются гидравлическая разверка (ρ_Г < 1) и расход D_т < D_ЭЛ. Таким образом, тепловая неравномерность в элементе вызывает появление гидравлической разверки. Механизм (явление), отражающий эту взаимосвязь, называют теплогидравлической разверкой, а зависимость коэффициента гидравлической разверки от неравномерности тепловосприятия ρ_Г = f(η _т) - разверочной характеристикой.

Построим разверочные характеристики для горизонтальной поверхности нагрева (примем η_Г = 1, ∂∆p_КОЛ = 0, Δp_УСК = 0). Для разверенной трубы η_т > 1. Такую трубу будем называть также сильнообогреваемой в отличие от слабообогреваемой, у которой η_т < 1.

Энтальпия среды на выходе из разверенной трубы и приращение энтальпий определяются по формуле

(9.76)

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 (v_ВХ < v') или до ЗБТ. В разверенной трубе v_ВХ < v' увеличивается с уменьшением расхода среды G_т; при линейной зависимости удельного объема воды от энтальпии (β = dv /dh = const) разверочная характеристика ρ_Г = f(η_т) 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 соответственно в зоне большой теплоемкости (при СКД), где коэффициент β резко возрастает (рис.9.28), а затем падает. Зависимость ρ_Г = f(η_т) может быть однозначной (кривая 3) или неоднозначной (кривая 4): в зоне неоднозначности одному значению η_т соответствует три значения ρ_Г. При докритическом давлении при коэффициент β изменяется скачком и разверочная кривая будет иметь ломаный характер, характеристика - неоднозначная; в) в области перегретого пара разверочная характеристика однозначна (кривая 5).



Для вертикальной трубы с подъемным движением среды (∂∆p_КОЛ = 0; Δp_УСК = 0) формулу гидравлической разверки запишем в следующем виде

(9.77)

где

(9.78)

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 (η_т > 1) плотность среды меньше, чем в элементе. Комплекс В положителен и, как видно из формулы (9.77), увеличивает ρ_Г, расход среды в разверенной трубе больше (рис.9.29, кривая 2) по сравнению с горизонтальной панелью.



В слабообогреваемой трубе (η_т < 1), где, комплекс В отрицателен, что приводит к уменьшению расхода среды в этой трубе по отношению к горизонтальной трубе. Таким образом, при подъемном движении среды в вертикальной панели нивелирный напор играет положительную роль (в сильнообогреваемой трубе расход среды увеличивается, а в слабообогреваемой - уменьшается).

Вклад нивелирной составляющей в гидравлическую разверку зависит от расхода среды в элементе G_ЭЛ. При больших расходах среды G_ЭЛ 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 η_т = η_т7 расход среды равен нулю (G_т7 = 0). Это возможно при условии



или

(9.79)

В этой трубе будет застой движения среды (застой циркуляции). При η_т < η_т7 в выражении (9.77) для ρ_Г под корнем отрицательное число. По графику (кривая 7, рис.9.29) ρ_Г 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 η_т > η_т6 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.