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

t_г

Δt₅

Δt₄

Δt₃

Δt₂

Δt₁

                                                              δ_сж                  δ_ст             δ_н                     

То есть температура металла трубы при прочих равных условиях существенно зависит от условий отвода тепла (α₂) и толщины слоя накипи.

Режим циркуляции воды и пароводяной смеси в трубках котла обеспечивает непрерывный отвод тепла и тем самым достигается необходимая допустимая температура труб парогенерирующих поверхностей нагрева котла, в которых движется двухфазный поток – пар-вода.

Характер движения двухфазного потока можно классифицировать по следующим режимам:

а) экономайзерный,

б) пузырьковый,

в) снарядный,

г) эмульсионный,

д) дисперсно-кольцевой,

е) кольцевой,

ж) дисперсный,

з) паро-перегревательный.

а)            б)             в)             г)             д)             е)              ж)             з)

  α  Вт/м·К

                                                                                                                                     РТ

Режимы течения оказывают влияние на интенсивность отвода тепла в парогенерирующих трубах. При малых q в повышении α существенную роль играет скорость движения потока. При повышенииq роль скорости снижается и в парогенерирующих трубах котлов интенсивность теплоотдачи (α₂) к кипящей воде можно считать не зависящей от скорости циркуляции. Вместе с тем картина кипения жидкости в испарительных трубах имеет свои особенности, которые следует учитывать при организации циркуляции воды в паровых котлах (влияние массового расходного паросодержания, недогрева воды до кипения и др.).

Важной особенностью двухфазного потока является неравенство скоростей фаз. Скорость паровой фазы при подъемном движении больше скорости жидкой фазы, при опускном – наоборот. Параметры потока, найденные при условии равенства скоростей фаз, называют расходными, если учитывается разница скоростей – истинными. При этом воду и пар считают несжимаемыми. Основные параметры двухфазного потока, которые характеризуют циркуляцию воды по трубам парового котла и используются при расчете естественной циркуляции следующие:

расход жидкой фазы G', паровой – G", массовый расход смеси G=G'+G", массовая скорость потока (кг/м²с)

ωρ=,

гдеG – [кг/ч],

      F – сечение трубы, м²,

средняя скорость потока

ω=,

гдеυ – средний по сечению трубы удельный объем среды, м³/кг.

Скорость циркуляции есть скорость воды в парообразующей трубе при условии, что расход воды равен расходу пароводяной смеси, а температура воды равна температуре кипения

ω₀=,

гдеυ – удельный объем воды при температуре кипения, м³/кг.

Для пароводяной смеси удобно пользоваться приведенными скоростями воды и пара, при этом предполагается, что рассматриваемая фаза занимает все сечение трубы

ω'=; ω"=.

Массовое паросодержание – отношение массы пара в пароводяной смеси к массе смеси

х==.

Среднее значение паросодержания на данном участке трубы

х=0,5(х_нач+ х_кон).

Скорость пароводяной смеси, выраженная через приведенные скорости воды и пара, м/с

ω=ω'+ω"

υ=(1-х)υ'+хυ"

тогда

ω=ω₀[1+х]

Объемное расходное паросодержание – отношение объемного расхода пара к объемному расходу пароводяной смеси

ρ=  или  β=

Напорное паросодержание, иначе объемное истинное паросодержание

φ==

гдеF_п – сечение трубы, занятое паром, м²,

      ω^и – истинная скорость пара, м/с.

Количество тепла, переносимое пароводяной смесью, равно сумме теплот, приходящихся на каждую из фаз

Gh_см=G'h+G"(h+r)

отсюда h_см=h+rk,

гдеh_см – энтальпия пароводяной смеси, Дж/кг,

      h– энтальпия воды при температуре кипения, Дж/кг,

      r – теплота парообразования, Дж/кг,

иначе

G"=· G.

Удельная тепловая нагрузка трубы определяется по тепловому расчету. Если при этом известен расход смеси, то можно вычислить расход паровой фазы в любом сечении трубы или на выходе из нее.

                                                                                q_l

                                          h_вх

 

                                                      l_эк                         l_пар

На рисунке q_l – удельная тепловая нагрузка, приходящаяся на единицу длины трубы. На участке длиной l_эк вода подогревается до температуры кипения, а на участке l_пар происходит процесс парообразования. Количество тепла, израсходованное на подогрев воды до кипения

Q_эк=q_ll_эк=G(h– h_вх),

отсюда длина экономайзерного участка

l_эк=.

Баланс тепла для парообразующего участка трубы

Q_нар=q_ll_нар=G"r,

тогда

G"=.

А при известном массовом расходе пара G" может быть найдено массовое паросодержание х.

Движущим напором естественной циркуляции называется разность давлений столбов воды в опускных трубах и циркулирующей среды в подъемных трубах. При отнесении к единице высоты движущий напор называется удельным, к полной высоте – полным.

Движущий напор определяется из выражения, Па

S=l_нар(γ'–γ"),

где – среднее по всей трубе истинное объемное паросодержание.

Гидродинамика парогенератора

с естественной циркуляцией.

Движущий напор преодолевает сопротивление в подъемных и опускных трубах

S=Σр_под+Σр_оп,

гдеΣp_под и Σp_оп – суммарные сопротивления в подъемных и опускных трубах.

Разность движущего напора и сопротивления подъемной части циркуляционного контура составляет полезный напор, расходуемый на преодоление сопротивлений опускной части контура:

S_пол=S–Σр_под

или

S_пол–Σр_оп=0.

Нехватка до кипения воды в нижнем барабане.

Высота парообразующей части подъемной трубы определяется зависимостью

h_нар=h_под–h_эк.

                                                       Высота h_эк находится расчетом когда известно

                                                       значение нехватки до кипения воды в нижнем

                                                       барабане.

      h_под                                 h_оп           Определим предварительно нехватку до кипе-

                                                  ния воды в верхнем барабане, кДж/кг:

             h_эк                                                                                                         Δi_б=,