Исследование термопрочности водоподающего устройства впрыскивающего пароохладителя. Основные закономерности изменения количества аккумулированного тепла в пароперегревателях. Повышение надежности ступеней пароперегревателя от промежуточных до выходной, страница 8

Так как в ВПО имеются среды с различной температурой (перегретый пар, впрыскиваемая вода, испаряющаяся среда при температуре насыщения), то в его элементах неизбежны температурные градиенты. Надежность работы ВПО зависит от того, насколько учтены возможные теплосмены, приводящие к возникновению термических нагружений, т.е. от правильного конструктивного выполнения ВПО в целом и от дельных его элементов.

Одним из основных элементов, нуждающихся в защите от термошоков, является корпус пароохладителя — участок паропровода между двумя поверхностями нагрева пароперегревателя. Его защищают от теплосмен, связанных с тепло- и массообменом между паром и водой в пароохладителе, внутренним тонкостенным экраном.

Экран соединен с корпусом неподвижной опорой на входе пара в ВПО. Пространство между корпусом и защитной рубашкой, так называемая щель, заполнено паром, который также защищает толстостенный корпус от теплосмен. Расстояние между рубашкой и корпусом выдерживается с помощью скользящей опоры.

В основном нормативном документе по впрыскивающим пароохладителям (нормы гидравлического расчета) размер щелей не регламентирован. Однако принято считать, что их ширина составляет 8-10 мм.

Размер щели должен быть таким, чтобы обеспечить надежную защиту корпуса ВПО от теплосмен, приходящихся на защитную рубашку, но не создавать значительного проскока пара в щель, так как в испарении воды участвует в основном то количество пара, которое проходит внутри защитной рубашки.

Рассмотрим влияние размеров щели на работу ВПО на примере наиболее простого пароохладителя с цилиндрической защитной рубашкой (рис. 1).

Входящий ВПО пар разделяется на два параллельных потока. При общей длине пароохладителя, равной длине защитной рубашки l_з.р и отсутствии впрыска можно считать, что расход пара распределяется в отношении

,                  (1)

где D_щ, D_з.р - соответственно расходы пара через щель и внутри защитной рубашки; ,  - приведенные коэффициенты трения по внутреннему диаметру защитной рубашки  и по эквивалентному диаметру щели .

В свою очередь

‚

где и          — внутренний диаметр корпуса ВПО и наружный защитной рубашки.

Рис. 1. Общий вид впрыскивающего пароохладителя с цилиндрической защитной рубашкой:

1 — корпус; 2 — защитная рубашка; З — водоподающее устройство;

4 — штуцер; 5 — неподвижная опора; 6 — подвижная опора; 7 — щель.

Рис. 2. Расход пара внутри защитной рубашки в зависимости от размера щели между корпусом и защитной рубашкой

На рис. 2 приведен график, позволяющий определять расход пара через защитную рубашку в зависимости от отношения ширины щели  к внутреннему диаметру корпуса ВПО. При этом

,                (2)

где D_п - расход пара через ВПО.

Формулу (1) нельзя считать точной. Первое упрощение заключается в том, что при рассмотрении не учитывались местные сопротивления проходящей поперек ВПО водоподающей трубы и дистанционирующих сухарей в щели. В общем случае трудно сказать, чему равно это сопротивление, поэтому принято, что оно вносит примерно одинаковую, не слишком значительную добавку к коэффициенту трения в каждом потоке.

Вторая неточность состоит в том, что при включенном впрыске следует учитывать добавочный расход, пришедший с впрыском, а также изменение плотностей сред, протекающих в параллельных потоках, в соответствующее изменение скорости внутреннего потока. Кроме того, появляется еще одно слагаемое сопротивления внутри защитной рубашки - добавочное сопротивление, возникающее в процессе массообмена двухфазной среды.

Вместе с тем опыты на полупромышленном стенде показали, что при расходе воды на впрыск до 10 % D сопротивление пароохладителя в целом заметно не изменяется, т. е. коэффициент сопротивления появляющейся двухфазной среды невелик.

Заданием для пароохладителя является снижение температуры входящего в ВПО пара t_1п на Δt_охл °С. Тогда температура перегретого пара за пароохладителем  t_2п= t_1п - Δt_охл Отсюда потребное количество впрыскиваемой воды, имеющей температуру t_в,

.               (3)

Но это количество воды поступает во внутреннее пространство защитной рубашки, где расход пара равен D_з.р, и охлаждает пар до температуры , в общем случае не равной t_2п.