Конспект лекций по дисциплине "Котельные установки и парогенераторы". Часть 2 (Требования к чистоте пара и воды. Аэродинамика парового котла. Гидродинамика паровых котлов)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра теплотехники и теплоэнергетики

10

Е.А.Блинов

Конспект лекций по дисциплине

Котельные установки

и парогенераторы

Часть 2

нкт-Петербург

2008г.

Требования к чистоте пара и воды.

Паросепарация.

Организация рационального водного режима – одна из главных задач эксплуатации ПК.

Вместе с питательной водой в ПК попадают минеральные примеси, которые при определенных условиях (при достижении состояния насыщения) начнут выпадать; в первую очередь это соли жесткости Са(НСО₃)₂, Мg(НСО₃)₂, СаСО₃, МgСО₃ и др., образуя накипь (на трубах) и шлам (в воде). Накипь имеет низкий коэффициент теплопроводности (0,1÷0,2 Вт/(м·К)) – снижается надежность труб и КПД котла. Шлам образует и соединение силикатмагния MgSiO₃. Могут осаждаться соли Na, соединения Fe, Cu, Al. Накипи из солей Cu и Fe отлагаются в зоне высоких тепловых нагрузок q>150·10³ Вт/м³, чаще в трубах экранов. В ПК высокого давления вредно для надежности и качества пара Н₂SiO₃.

При давлении больше 7 МПа кремниевая кислота растворяется в паре, затем отлагается в виде SiO₃ на лопатках турбины, что снижает ее КПД.

Увеличение щелочности приводит вспениванию воды в барабане, что сказывается на ухудшении качества отбираемого пара (увеличение в нем вредных примесей). Повышенная щелочность – щелочная коррозия металла. О₂ и СО₂ приводят к коррозии металла, уменьшению их механической прочности.

Пониженная щелочность также приводит к коррозии. рН – на оптимальном уровне.

В нормах для ПК с естественной циркуляцией указано предельное содержание различных примесей в зависимости от давления [Теплотехнический справочник. Под ред. Юренева, Лебедева. М. «Энергия». Т.1, 1975; т.2, 1976]. Например, при давлении <4 МПа общая жесткость воды <10 мкг-экв/кг, О₂<10 мкг/кг. Содержание Н₂SiO₃ не нормируется. При давлении 10 МПа общая жесткость воды <5 мкг-экв/кг, О₂<20 мкг/кг и кремниевой кислоты<500 мкг/кг. Для прямоточных ПК общая жесткость воды <0,2÷0,3 мкг-экв/кг, О₂<10 мкг/кг и кремниевой кислоты<30 мкг/кг.

Водный режим и продувка ПК – проработать самостоятельно.

Требование к пару: в насыщенном водяном паре могут находиться газу и соли минеральных веществ, взвешенные или растворенные в паре. Содержание натриевых соединений в пересчете на натрий при Р_б=4÷10 МПа – 200 мкг/кг, при Р_б>10 МПа – не более 10÷15 мкг/кг. Содержание свободного СО₂ при Р_б=4÷10 МПа – 5÷10 мкг/кг, при Р_б>10МПа – отсутствие.

При Р_б>7 МПа нормируется также: SiO₂^2-≤25 мкг/кг.

В пар эти примеси попадают из воды. В общем случае содержание в насыщенном паре примесей

С_п=0,01(ω+К_р)С_в

где ω  – влажность пара, % (ω=0,01÷0,03%),

      К_р – коэффициент распределения примесей в воде, мкг/кг.

Для ПК низкого и среднего давления

С_п≈0,01ωС_в

При вводе пароводяной смеси в барабан котла происходит ее дробление и образование крупных и мелких капель, часть которых может быть унесена отбираемым из барабана паром.

Повышение давления увеличивает транспортирующую способность пара и долю мелких капель влаги в паре, а также солесодержание пара. Уменьшение содержания в паре капельной влаги достигается в барабане котла:

1)  равномерным распределением по длине и диаметру барабана пароводяной и паровой нагрузки,

2)  отделением капель влаги от пара с помощью сепарационных устройств.

Гравитационная сепарация.

Инерционная сепарация.

Пленочная сепарация.

Пароприемные щиты.

Промывка пара – проработать самостоятельно.

Аэродинамика парового котла.

Движение реального потока дымовых газов и воздуха в ПК представляет сложный случай турбулентного движения сжимаемой жидкости при неадиабатных условиях: то есть при изменении температуры, плотности и давления потока.

Сопротивления, возникающие при движении потока делятся на: сопротивление трения при течении потока в прямом канале постоянного сечения, в том числе при продольном омывании пучка труб; местные сопротивления, связанные с изменением формы или направления потока; сопротивление поперечно омываемого пучка труб.

Сопротивления трения определяются по формуле

Δh_тр=,

где λ – коэффициент сопротивления трения;

      l, d_э – длина и эквивалентный диаметр канала, м;

      ω – скорость потока, м/с;

      ρ – плотность, кг/м³.

При наличии теплообмена между потоками и стенками канала вводится температурная поправка

Δh_тр=,

где Т_ст и Т – средние по участку газохода температуры стенки и среды.

Все линейные сопротивления

Δh_м=,

где ξ – коэффициент местного сопротивления.

Сопротивление пучков при поперечном омывании

Δh_поп=.

Перепады полных напоров по газовому и воздушному тракту проработать самостоятельно.

Вентилятор и дымосос должны надежно обеспечивать подачу воздуха, необходимого для горения и удаление продуктов сгорания при всех режимах работы ПК.

Основными параметрами, определяющими выбор вентилятора и дымососа является требуемая их производительность и давление при D_ном.

Для вентилятора (м³/ч)

Q_в=β₁В_р(α_т+Δα_в–Δα_вп–Δα_пл+ β_рц)V_вº,

для дымососа (м³/ч)

Q_в=β₁В_р(V_г+Δα V_вº) ,

где В_р – расчетный расход топлива, кг/ч (м³/ч);

      V_вº – теоретический расход воздуха, м³/кг (м³/м³);

      V_г – объем продуктов сгорания топлива при α_т, м³/кг (м³/м³);

      α_т, Δα_в, Δα_вп, Δα_пл – α в топке, присосы в газоходе, присосы в воздухоподогревателе, уменьшение α за счет поступления воздуха из системы пылеприготовления;

      t_хв и t_г – температуры воздуха, поступающего в вентилятор и газов, поступающих в дымосос;

      β₁ – коэффициент запаса по производительности, принимается равным 1,05;

      β_рц – доля рециркуляции воздуха.

Δα=(α_д-1),

гдеα_д – коэффициент избытка воздуха перед дымососом.

Необходимое полное давление вентилятора или дымососа (перепад полных давлений на входном и выходном патрубках), Па

Н_р=β₂ΔН_п,

гдеΔН_п – перепад полных напоров по воздушному или газовому трактам ПК;

      β₂=1,1.

Мощность на валу вентилятора или дымососа, кВт

N=,

гдеη_в,д=0,7÷0,75 – КПД вентилятора или дымососа.

Характеристики вентилятора и дымососа заводами-изготовителями (т.е.связь между производительностью и напором) дается для 20ºС и 760мм.рт.ст. (102·10³ Па), поэтому при выборе машины Q и H необходимо привести к заводским условиям

,

гдеh_бар – Па.

Расчетное полное давление

= К_γН_р

где К_γ=;

      γº  – удельный вес воздуха или газов при 0ºС и 120·103 Па, γº=1,22÷1,35;

      Т – температура воздуха или газа перед машиной;

      Т_зав – то же по заводской характеристике.

Регулирование производительности вентилятора и дымососа проработать самостоятельно.

Основные сведения о дымовых трубах – самостоятельно.

Гидродинамика паровых котлов.

Основные характеристики двухфазного потока.

Максимальная температура наружной поверхности трубы не должна достигать температуры окалинообразования или температуры изменения структуры металла. На температуру наружной поверхности трубы оказывают влияние как условия охлаждения трубы с внутренней поверхности, так и режим работы котла, в том числе вид топлива.

Температура наружной стенки трубы

=t_ж+Δt₁+Δt₂+Δt₃=t_ж+q,

гдеΔt₁ – перепад температур в слое между рабочей жидкостью и слоем накипи;

      Δt₂ – перепад температур в слое накипи;

      Δt₃ – перепад температур в стенке трубы, как это показано на рисунке.