Тема 1.6 Внутрикотловая гидродинамика

5 6 7 8 9 10 11

Лекция 6

1. Внутрикотловые процессы.

2. Гидродинамика паровых к/а.

3. Характеристики гидродинамики паровых к/а.

4. Гидродинамика водогрейных к/а.

1. Внутрикотловые процессы.

Внутри поверхностей нагрева происходит подогрев и испарение воды, перегрев пара, которым сопутствуют следующие процессы:

а) выделение из воды растворенных газов (воздуха, кислорода, азота и двуокиси углерода);

б) коррозионное разрушение кислородном и двуокисью углерода внутренних поверхностей нагрева, изготовленных из сталей с образованием окислов железа;

в) выделение из воды выкристаллизовавшихся солей жесткости и образование вместе с продуктами коррозии на внутренних поверхностях нагрева отложений – накипи и шлама.

Перечисленные процессы принято называть внутрикотловыми.

Надежная работа поверхностей нагрева котла может быть обеспечена только при условии необходимого охлаждения стенок труб расположенных в зоне высоких температур продуктов сгорания.

Средой, охлаждающей испарительные поверхности нагрева, является вода или смесь ее с образовавшимся паром.

Надежность охлаждения стенок труб поверхности нагрева может быть обеспечена только при непрерывном движении, называемом циркуляцией.

Движение воды по трубам испарительной поверхности нагрева может происходить принудительно (например, с помощью насоса или за счет естественной циркуляции).

В зависимости от организации движения потока воды и пароводяной смеси в испарительной системе котлы разделяются на 2 группы:

1) с естественной циркуляции;

2) с принудительной циркуляцией (прямоточные и многократной принудительной циркуляцией).

2. Гидродинамика паровых котлов.

Простейший контур испарительной системыпаровых котлов состоит из обогреваемой подъемной трубы, необогреваемой опускной трубы, соединительного коллектора или нижнего барабана и верхнего барабана 1, в котором происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду (рис.6.1а).

а — естественная; 6— принудительная многократная; в — принудительная прямоточная;

1 — барабан; 2 — пароперегреватель; 3 — водяной экономайзер; 4- питательный насос; 5 обогреваемые (подъемные) трубы; б - необогреваемые (опускные) трубы; 7— циркуляционный насос: 8 — испарительная поверхность; q – направление падающего теплового потока

Рис. 6.1. Схемы циркуляции теплоносителя в паровых теплогенератора:

При подводе теплоты в какой-то точке по высоте подъемной трубы происходит закипание воды, и выше этой точки образуется пароводяная смесь.

За счет разности плотностей воды и пароводяной смеси в опускной и подъемной трубах вода в опускной трубе движется вниз, а в подъемной пароводяная смесь вверх.

При разности плотностей среды в обогреваемых и необогреваемых трубах создается движущий напор, Па:

Δ_дв= (6.1)

где и - соответственно плотность воды и пароводяной смеси в рассматриваемом контуре, кг/м³;

(6.2)

- среднее напорное паросодержание называемое также истинным паросодержанием в парогенерирующих и пароотводящих трубах.;

- часть площади сечения канала, занятая паром, м²;

- площадь сечения канала, м²;

h – высота контура, м.

б) В парогенераторах с многократной принудительной циркуляцией (рис.6.2.б). Движение воды и пароводяной смеси в испарительной системе создается с помощью специального насоса. Кратность циркуляции обычно составляет 6-10. Движение воды в экономайзере и осуществляется также как и в котлах с естественной циркуляцией.

в) В прямоточных котлах (рис.6.2.в) питательны насос (1) создает принудительное движение воды в экономайзерной части, пароводяной (испарительной) смеси пара и перегревательной части по ряду параллельно включенных труб поверхностей нагрева, отдельные участки которого выполняют роль водяного экономайзера, испарительной поверхности нагрева и пароперегревателя. Кратность циркуляции в таком п/г=1.

3. Характеристики гидродинамики паровых теплогенераторов.

Характер циркуляции во многом определяет теплообмен и надежность работы котельного агрегата, поэтому определение истинных скоростей движения жидкости и пара, а также скорости циркуляции в различных элементах контура – одна из основных задач гидравлического расчета теплогенератора.

Под скоростью циркуляции W_o понимается скорость движения воды при температуое насыщения, которая соответствует расходу среды в трубах.

м/с (6.3)

Наряду со скоростью циркуляции одной из основных характеристик гидравлического контура котельного агрегата является кратность циркуляции, отношение массы воды, поступающей в соотношении за единицу времени к массе вырабатываемого пара.

К_о=G_в/Д_г=1/х_вых(6.4)

где G_в – масса воды поступающей в контур по опускным трубам, кг;

Д_г – количество пара, генерируемого в рассматриваемом элементе контура, кг;

х_вых – массовое паросодержание в выходном сечении парогенерирующих труб к/а.

Для котлов среднего давления (р= 1,6-3,5 МПа) кратность циркуляции К_о=60-50; для котлов низкого давления К_о=50-100.

Движущий напор расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений в подъемных и опускных частях контура. Разность между движущим напором и гидравлическими потерями в подъемной части контура составляет полезный напор контура, МПа.

ΔР_полез.=ΔР_дв-ΔР

Для данного циркуляционного контура при заданных тепловых потоках движущей и полезные напоры определяются скоростью циркуляции W_о. При увеличении W_о снижаются значения ΔР_дв и ΔР_пол, так как умненьшается среднее паросодержание в подъемных трубах и одновременно увеличивается гидравлические потери в контуре. При установившемся режиме будет выполнятся равенство:

ΔР_дв=ΣΔР или ΔР_пол=ΣΔР- соответственно сумма гидравлических потерь во всем контуре и в опускной части. Это уравнение решают методом последовательных приближений или графически, т.е. задаваясь рядом значений, строят зависимость ΔР_пол=f(W_o) и ΣΔР=f(W_o).

4. Гидродинамика водогрейных котлов.

Водогрейные котлы обеспечивающие покрытие нагрузок в базовом или пиковом режиме, работают в режиме качественного регулирования параметров теплоносителя при постоянном его расходе через циркуляционную систему при помощи насоса.

Для обеспечения надежной циркуляции воды в гидравлических контурах котлов необходимо исключить, как общее, так и поверхностное вскипание воды, которое приводит к гидравлическим ударам, отложению накипи, пережогу отдельных труб и может вынести из строя к/а.

Предотвращения общего вскипания воды достигается за счет недогрева ее на 20-30^оС до температуры насыщения при давлении на выходе из котла. С этой целью циркуляционные схемы водогрейных колов выполняются многокодовыми с подъемными и опускными участками движения воды. В каждом ходе вода движется по нескольким параллельно включенным трубам, причем скорость движения выбирается такой, чтобы не допустить поверхностного вскипания в отдельных трубах.

Поверхностное вскипание может возникнуть в случае достижения стенкой отдельной трубы или отдельного пучка труб температуры превышающей температуру насыщения.

Поверхностное вскипание можно исключить путем поддержания о переключенных скоростей движения теплоносителя в трубах.

Минимальные скорости, допустимые с точки зрения стабильности работы труб, различны для подъемных и опускных участков движения воды и зависят от удельного тепловосприятия трубы.

При выборе минимально допустимых скоростей можно пользоваться графиком (рис.) по которому в зависимости от удельного тепловосприятия трубы q_н определяются скорости движения воды в подъемных 1 и опускных участках 2, участках труб экранных и конвективных поверхностей нагрева водогрейных котлов.

Зависимость минимально допустимых скоростей подъемного 1 и опускного 2 движения воды в обогреваемых трубах водогрейных котлов от удельного тепловосприятия для подъемного движения воды:

при q_н 20кВт/м² W 0м/c