Конспект лекций по дисциплине "Котельные установки и парогенераторы". Часть 2 (Требования к чистоте пара и воды. Аэродинамика парового котла. Гидродинамика паровых котлов), страница 6

Вследствие малости Δр_нив и Δр_уск, ими можно пренебречь, тогда

Δр=Δр_гид.

Если в экране происходят только процессы подогрева воды и парообразования, то

                                               Δр_гид=Δр_гид.эк+Δр_{гид.пар},                                              *

где Δр_гид.эк=0,5);

      Δр_{гид.пар}=0,5);

      f – площадь сечения прохода среды.

Баланс теплоты на экономайзерном участке

D(h'–h_вх)=,

отсюда l_эк=,

где lи Q – длина и тепловосприятие труб экрана;

      h_вх и h' – энтальпии воды на входе в экономайзерный участок и насыщения.

Так как l_пар=l–l_эк, то после подстановки l_эк, l_пар и средних объемов воды_эк и _пар, уравнение (*) опишется уравнением

Δр=AD³–BD²+CD,

где ;

      ;

      ;

      α=8·10^-6;

      Q – теплота, воспринимаемая трубой;

      Δh_н– подогрев воды на экономайзерном участке;

      λ – коэффициент сопротивления трения в трубе.

Анализ уравнения показывает, что гидравлическая характеристика имеет два экстремума. При работе экрана в этой области при Δр_к=const даже незначительные внешние (Q) или внутренние (D, h_вн) возмущения приводят к изменению расхода среды через трубы экрана, т.е. гидравлическая характеристика многозначна, а работа экрана ненадежна. В трубах экрана имеет место гидравлическая разверка. Для уменьшения гидравлической разверки, повышения надежности работы экрана, иначе, для получения однозначной гидравлической характеристики достаточно, чтобы выполнялось условие:

≤7,46.

С ростом давления энтальпия h' увеличивается, а разность объемов  уменьшается. Поэтому, несмотря на уменьшение r, отношение  уменьшается, что способствует получению однозначной гидравлической характеристики. Этому не способствует увеличение температуры на входе в экраны, т.е.уменьшение Δh_н. Для равномерного распределения среды по трубам экрана рекомендуется Δh_н>120…170 кДж/кг в котлах с давлением р≥6 МПа.

При Δh_н→0 в трубах экрана находится двухфазная среда, т.е.отсутствует экономайзерный участок и гидравлическая характеристика принимает вид

Δр=,

где  – средний удельный объем среды в трубах;

      α=0,5;

      ψ – поправочный коэффициент, учитывающий влияния структуры потока на сопротивление трения.

Аналогичную гидравлическую характеристику имеют участки экрана с однофазной средой. Поэтому установка коллекторов на границе экономайзерного и паросодержащего участков экрана (разделение этих участков) также способствует исключению многозначности гидродинамической характеристики.

Уменьшение длины экономайзерного участка, а, следовательно, роста устойчивости ГДХ, можно достичь увеличением интенсивности теплового потока на этом участке. Однозначность ГДХ экрана с неравномерным распределением тепловых потоков по длине труб обеспечивается выполнением условия

,

где – отношение интенсивностей тепловых потоков на экономайзерном и паросодержащем участках.

Из этого выражения видно, что при n>1 (экономайзерный участок обогревается интенсивнее) экран имеет лучшую ГХ, чем при равномерном обогреве (n=1) или при n<1.

Однозначность ГХ обеспечивается при существующих на практике недогревах Δh_н в большом диапазоне давлений. Однако при работе ан пониженных нагрузках или при отключении ПВД, возникает опасность проявления неоднозначности ГХ. Для повышения надежности гидродинамики в этих случаях предусматриваются дополнительные мероприятия. Режимные – пуск котла при высоком давлении. Конструктивные – установка шайб на входных участках труб экранов.

Установка шайб одинакового диаметра на всех трубах экрана (уравнительное шайбование) приводит к выравниванию расходов в трубах. Еще больший эффект достигается установкой шайб разных диаметров на каждой трубе. При этом не только достигается однозначность ГХ, но и уменьшается гидравлическая разверка в трубах экрана.

Установка шайб на входе в трубы необходима также для исключения межвитковых пульсаций, механизм которых следующий:

на парообразующем участке основной прирост объема пароводяной смеси происходит на участке трубы, где наибольший прирост объемного паросодержания β (участок от точки закипания до точки b на рисунке).

                                    β

                                   1,0

                                            1

                                   0,8                    

                                                         2

                         0,6

                             0,4

                             0,2

                                               0,2         0,4         0,6          0,8              х

                               тз        b

                              l_эк                                   l_пар

На этом участке давление среды повышается и в определенный момент времени давление в точке b может превышать давление на входе.

В общем случае условие отсутствия межвитковых пульсаций имеет вид

,

где k – параметр, зависящий от давления.

Для исключения пульсаций следует увеличить прирост перепада давлений на экономайзерном участке. Это достигается выполнением его из труб меньшего диаметра, чем на паросодержащем участке. Так, на котле 67-2СП 230/100 диаметр труб экономайзерного участка 32х4мм, а паросодержащего – 40х5 и 51х5мм.

Устойчивость гидродинамики повышается с ростом давления. Как показывает кривая 2 на рисунке, наибольшее изменение β происходит на большей длине парогенерирующего участка, вследствие чего снижается прирост перепада давления Δр_пар.

Влияние недогрева воды или отсутствие межвитковых пульсаций и однозначность ГХ неодинаковое. С уменьшением Δh_н устойчивость ГХ повышается, а вероятность появления пульсации увеличивается.

Уравнение динамики котла по давлению пара, по уровню.

Исследование динамических свойств парогенераторов может быть проведено экспериментально или аналитически. Экспериментальные способы исследования имеют первостепенное значение для построения теорий процессов и математических моделей. Они служат критерием для оценки точности знаний об объекте, являются конечным этапом проверки правильности проектных решений. Однако, с ростом мощности блоков эксперимент становится все более сложным и дорогостоящим. Более удобным рабочим методом получения информации о динамике объекта становится аналитический метод.