Конспект лекций по дисциплине "Котельные установки и парогенераторы". Часть 2 (Требования к чистоте пара и воды. Аэродинамика парового котла. Гидродинамика паровых котлов), страница 4

                                                       h_об                                                           5

                                                                                                                      4

                                                                                                                      3

                                                                                                                      2

                                                                                                                      1

                                                       h_до                                                           h_до

                                                                                                                                                          Рис.2. Разрез топки (план).

                Рис.1. Типовые контура циркуляции.                       

Надежность циркуляции.

а) В опускных трубах возможно закипание воды в случае их обогрева, для предотвращения закипания воды следует непрерывно подавать воду в барабане, не допускать гидравлической неравномерности; возможно возникновение кавитации на входе в опускные трубы вследствие наличия местных сопротивлений.

б) В подъемных трубах возможны явления, называемые застой и опрокидывание циркуляции.

При некоторых режимах работы испарительных поверхностей нагрева пароводяная смесь в обогреваемых трубах (подъемных) может остановиться или пойти вниз, а не вверх. Эти явления называются застоем и опрокидыванием циркуляции. При этом в трубе скапливается пар, увлекаемый потоком воды вниз.

Для избежания опасных режимов циркуляции следует ограничивать сопротивление опускных труб так, чтобы полезный напор подъемных труб не превышал некоторого предельного значения. Застоя циркуляции не будет, если S_пол< S_з, где S_з – напор при застое в подъемной трубе

S_з=(h_об+h_по)(γ'–γ"),

где h_об – сумма высот паросодержащих элементов, м;

h_по – высота участка после обогрева, м;

 – среднее истинное напорное паросодержание застоя в тубе;

γ' и γ" – удельный вес воды и пара в смеси, Н/м³.

Опрокидывание циркуляции не произойдет, если S_пол< S_опр, где S_опр – напор при опрокидывании циркуляции

S_опр=(h–h_по),

значения  приведены в нормативном методе.

Проверка надежности циркуляции.

Полученные при расчетах циркуляции средние расчетные значения полезных напоров и расходов воды не определяют надежности работы парового котла, но позволяют проверить надежность работы по определенным критериям:

- отсутствию застоя и опрокидывания циркуляции и появлению свободного уровня;

- отсутствию нарушения нормальной работы опускных звеньев каждого контура;

- обеспечению надежной циркуляции при нестационарных режимах работы котла;

- допустимым температурным режимам обогреваемых участков контуров.

Проверка застоя и опрокидывания циркуляции.

Вначале определяются средние приведенные скорости пара по обогреваемым участкам:

;

;

                                                       .

                                                       .

                                                       .

,

затем средняя приведенная скорость пара в экране

,

и средняя приведенная скорость пара в наименее обогреваемой трубе

,

где η_т –  коэффициент неравномерности тепловосприятия разверенной трубы,

      η_к – коэффициент конструктивной нетождественности.

Далее определяется среднее напорное содержание застоя, вычисляется полезный напор застоя

,

и отношение .

Отсутствие застоя циркуляции отвечает условию

.

Определяется средняя приведенная скорость на участке до обогрева при обратном движении среды

,

и средняя приведенная скорость в подъемном звене при обратном движении среды

.

Затем определяется средняя приведенная скорость пара в слабообогреваемой трубе

,

где Δ – поправка на аккумуляцию теплоты на каждый метр трубы с опускным движением среды.

Далее определяется полезный напор опрокидывания

,

где  – удельный напор опрокидывания в слабообогреваемой трубе, Па/м, определяемый по средней приведенной скорости пара и по удельному коэффициенту сопротивления экрана ;

 определяется для опускного движения в подъемной трубе обычным порядком как сумма сопротивлений

.

Затем следует сравнить значения вычисленного  и найденного .

Опрокидывания не произойдет при условии

.

Проверка появления свободного уровня.

Для предотвращения свободного уровня в трубах, присоединенных к барабану выше уровня воды (зеркала испарения), необходимо обеспечить условие

,

где  – потеря напора в подъемных трубах на подъем пароводяной смеси выше уровня воды в барабане, Па.

,

где φ₃ – паросодержание застоя, определяемое для конечной приведенной скорости пара в трубе.

Проверка отсутствия кавитации (закипания воды)

на входе в опускные трубы.

Появление в отдельных трубах пара нежелательно, так как при этом возрастает сопротивление опускных труб, а наличие пара в нижнем раздающем коллекторе вызывает неравномерность распределения потоков по подъемным трубам, что увеличивает вероятность возникновения застоя и опрокидывания циркуляции.

Бескавитационный режим входа в опускные трубы определяется выражением

.

Скорость входа воды в опускные трубы при этом условии ограничена

,

где h_ур – уровень воды в барабане над местом вывода опускной трубы из барабана, м;

       – приращение энтальпии воды на линии насыщения на единицу изменения давлений, кДж/(кг·Па), можно принять ;

где Δh' – приращение энтальпии воды на линии насыщения при изменении давления от р_б до р_б+Δр, а Δр=h_ур·10⁴, Па;

       – длина участка опускной трубы, горизонтально выходящего из барабана, м;

       – сумма местных сопротивлений этого участка.

По выражению скорости входа  определяется максимально допустимая скорость входа воды в опускные трубы. Действительная скорость входа определится из выражения

,

где F_оп – сечение опускных труб, м².

Кавитации на входе в опускные трубы не будет, если

≤.

Для обогреваемых опускных труб проверяется условие предотвращения закипания в них.

Проверка температурного режима парообразующих труб контура.