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: 15 из 39

Коллекторный эффект - влияние гидродинамических процессов в коллекторах поверхности нагрева на гидравлическую разверку - обусловлен не только изменением сопротивления трения и местного сопротивления по длине коллектора, но и изменением давления по ходу среды. Так, по длине раздающего коллектора (рис.9.30) по мере отбора среды змеевиками панели расход среды уменьшается, скорость потока также изменяется от максимального значения w_ВХ на входе в коллектор до нуля у противоположного торца коллектора. При этом динамический напор потока переходит в статическое давление, максимальное приращение статического давления ∆p_СТ будет в сечении, где w = 0, и составит



По ходу среды ∆p_СТ растет до Δp_СТ^МАКС (рис.9.30а).



В то же время увеличивается и гидравлическое сопротивление ∆p_Г = Δp_ТР + Δp_М. Следовательно, в раздающем коллекторе давление по ходу среды р^Р_КОЛ определяется как результат действия этих факторов

(9.80)

В собирающем коллекторе (рис.9.30б) наоборот, скорость потока w возрастает по ходу среды до максимального значения на выходе w_ВЫХ; статическое давление уменьшается, максимальное изменение его имеет место на выходе из коллектора:



Гидравлическое сопротивление Δp_Г по ходу среды в коллекторе увеличивается. В результате давление в собирающем коллекторе

(9.81)

где - максимальное значение изменения статического давления и гидравлического сопротивления - на выходе из собирающего коллектора. Сумма представляет собой давление среды в торце коллектора, где w = 0.

Изменение давления в коллекторах зависит от места присоединения к ним подводящих и отводящих труб: трубы могут быть подсоединены с одного или с обоих торцов коллектора; по длине коллектора (одна труба или несколько). Учитывая, что подвод труб к раздающему коллектору и отвод от собирающего могут быть различно выполнены, можно отметить большое разнообразие в схемах движения потоков в поверхностях нагрева паровых котлов. Три часто встречающиеся схемы представлены на рис.9.31: схемы Z- и П-образные с торцевым подводом и отводом среды и схема с двумя подводами и отводами по длине коллекторов. С учетом графиков рис.9.30 на рис.9.31 показано изменение давления в раздающих и собирающих коллекторах.

Змеевики (трубы) панели работают при перепаде давления Δp_зм, равном разности давлений в раздающем и собирающем коллекторах:

(9.82)

где Δp _ЭЛ - общий перепад давления в элементе котла;

(9.83)

Δp_СТ^m - разность изменения статического давления в раздающем и собирающем коллекторах; Δp_m^Г - разность изменения гидравлического сопротивления в коллекторах. Δp_СТ^m и Δp_m^Г зависят от расположения трубы по длине коллекторов, следовательно, и перепад давления Δp_зм будет различным для разных труб.



В Z-схеме (рис.9.31а) максимальный перепад давления приходится на правые трубы, в них будет и максимальный расход среды; в левых трубах перепад давления и расход среды минимальны. В П-схеме (рис.9.31б) различие перепадов давления по трубам существенно сглажено.

При подводе среды радиальной трубой (перпендикулярно оси коллектора) теплоноситель расходится в коллекторе в две стороны от подводящей трубы, скорость его уменьшается в 2 раза, а сопротивление и динамический напор - в 4 раза. Если проводящих труб две (рис.9.31в), то максимальная скорость уменьшится в 4 раза, а сопротивление и динамический напор - в 16 раз. Аналогичная картина наблюдается и в собирающем коллекторе при отводе среды трубами по длине коллектора. В этой схеме давление среды по длине коллекторов мало изменяется и расход среды по змеевикам будет более равномерным. Следовательно, для снижения влияния коллекторного эффекта на гидравлическую разверку лучше делать рассредоточенный подвод и отвод среды по длине коллектора, а при вынужденом (конструктивно) торцевом подводе и отводе - П-схему.

В коллекторах экономайзеров скорость воды мала, поэтому коллекторный эффект обычно не учитывают. В испарительных поверхностях прямоточного котла или котла с многократной принудительной циркуляцией сопротивление в коллекторах мало по сравнению с полным гидравлическим давлением и им можно пренебречь.

В раздающих коллекторах контуров естественной циркуляции скорость воды мала и Δp_КОЛ^P ≈ 0; в собирающих коллекторах пароводяная смесь движется с большой скоростью, поэтому для уменьшения влияния коллекторного эффекта отвод делается 3…4 трубами радиально даже из коллектора небольшой длины, в этом случае ∂∆p_КОЛ ≈ 0.

Конструктивное выполнение пароперегревателей может быть различным.

Если подвод и отвод пара выполняется рассредоточенным по длине коллектора, то даже при большой скорости пара можно принимать ∂Δp_КОЛ = 0. Часто входной (или выходной) коллектор сочленяется с впрыскивающим устройством, при этом подвод пара к последующей (от предыдущей) поверхности будет торцевым. Такая же схема получается, если коллектор используют для переброса пара с левой стороны газохода в правую, и наоборот. В этих случаях необходимо рассчитывать ∆p_КОЛ.

Промежуточные пароперегреватели выполняются с малым гидравлическим сопротивлением, что достигается за счет уменьшения скорости пара в змеевиках и коллекторах, при этом сопротивление в коллекторах вносит существенный вклад в общее сопротивление пакета и его необходимо учитывать.

Потери на ускорение потока Δp_УСК обычно малы, а при расчете гидравлической разверки принимается их разность в разверенной трубе и элементе. Поэтому влияние Δp_УСК на гидравлическую разверку может быть заметным только в ЗБТ, в остальных случаях им можно пренебречь.

Влияние конструктивных факторов рассмотрим на примере шайбования трубы и выполнения так называемой ступенчатой трубы. Шайбование на входе трубы существенно уменьшает разверку, особенно при неблагоприятных разверочных характеристиках. Путем установки в трубах шайб с разными диаметрами (с разными коэффициентами сопротивления) можно выравнять расход среды в них (для простоты не рассматриваем влияния Δp_НИВ, Δp_КОЛ, Δp_УСК)

(9.84)

Приняв как исходное условие ρ_Г = 1, получим

(9.85)

На входе. Дроссельная шайба в разверенной трубе должна иметь приведенный коэффициент сопротивления

(9.86)

Таким образом, приведенные коэффициенты сопротивления шайб находятся в обратной зависимости от удельных объемов: чем больше удельный объем в разверенной трубе, тем меньше должно быть гидравлическое сопротивление шайбы.

Ступенчатая труба (когда трубы панели выполняются из участков с разным внутренним диаметром) изменяет распределение по длине трубы потерь на трение, а в месте изменения диаметра появляется дополнительное местное сопротивление. Уменьшение диаметра на входном участке приводит к увеличению его сопротивления и уменьшает гидравлическую разверку; использование малого диаметра на выходном участке усиливает разверку, поэтому ступенчатая труба выполняется с увеличением диаметра по ходу рабочей среды.

Расчет разверочных характеристик заключается в определении по изложенным в данном разделе формулам коэффициентов гидравлической разверки ρ_Г, конструктивной нетождественности η_К и неравномерности тепловосприятия ρ_т, а также температуры рабочей среды на выходе из разверенной трубы t_ВЫХ^m.

Расчет завершается построением разверочных кривых

.

Пример разверочных характеристик представлен на рис.9.32. В сильнообогреваемых трубах (η_т > 1) с увеличением коэффициента η_т расход среды падает, температура среды t _ВЫХ растет. Чем больше общее среднее тепловосприятие элемента η_ЭЛ, тем круче идут кривые ρ_Г = f(η_т) и t _ВЫХ = f(η_т). Следовательно, увеличение прироста энтальпии в элементе (увеличение поверхности нагрева или теплового потока) неблагоприятно воздействует на гидравлическую и тепловую разверки.



Разверочные характеристики используются для общего анализа условий работы поверхности нагрева, влияния различных факторов на ее работу. В частности, по известной допустимой температуре среды t_доп можно определить η_т^ДОП (рис.9.32) и сравнить его с реальным η_доп. Должно быть η_т ≤ η_т^ДОП. Можно решить и обратную задачу: по известному η_т определяются ρ_Г, ρ_q, t^m_ВЫХ

Разверочные характеристики используются для анализа температурного режима металла труб. Для этого на зависимости t^m_ВЫХ = f(η_т) строятся дополнительные графики: зависимости температуры стенки на внутренней поверхности трубы t_СТ^ВН, на наружной - t_СТ^Н и средней по толщине стенки t_СТ^СР от неравномерности тепловосприятия (рис.9.33). По допустимой температуре наружной поверхности трубы (t_СТ^Н)_ДОП, или средней температуре (t_СТ^СР)_ДОП, определяется допустимое значение (η_т^ДОП)_МЕТ.



При анализе разверочных характеристик может оказаться, что для заданных начальных условий температура металла труб выше допустимого значения. Снизить температуру водного теплоносителя и, соответственно, температуру металла труб можно за счет теплоприращения Δh_ЭЛ в элементе. Для этого необходимо сократить обогреваемую длину трубы в элементе, т.е. установить дополнительные промежуточные коллекторы. При этом количество последовательно включенных элементов (панелей) по пароводяному тракту котла возрастает, в частности радиационные поверхности прямоточных котлов разбивают на 2…3 элемента, а пароперегревательные поверхности барабанных и прямоточных котлов на 3…5 элементов.