9.4 Гидродинамика пароперегревателя

Возможные схемы включения пароперегревателя в па­ровой тракт показаны на рис. 21.

Рис.21. Гидродинамические схемы пароперегревателей:

а — схема Ш; б — схема П; в —схема Z

Для выяснения равномерности распределения пара по параллельно включенным змеевикам пароперегревателя рассмотрим работу выходного и входного коллекторов при схеме Z и П. При движении потока пара в коллекторе преодолеваются сопротивления и поэтому меняется давле­ние пара.

Сопротивления коллекторов на трение и местные потери, Па, определяются по формулам:

для входного коллектора

(9.1)

для выходного коллектор

(9.2)

где ξ_вх и ξ_вых — суммарные коэффициенты гидравлическо­го сопротивления входного и выходного коллекторов (ξ_вх≈0,8; ξ_вых≈1,25); w_BX и w_BbIX — скорости пара во входном и выходном коллекторах, м/с; ρ_вх и ρ_вых — плотности пара во входном и выходном коллекторах, кг/м³.

При изменении осевой скорости пара от w_BX до 0 изме­няется его давление:

для входного коллектора на

(9.3)

для выходного коллектора на

(9.4)

Во входном коллекторе скоростной напор расходуется на повышение давления, в выходном — создается за счет снижения давления.

Влияние скоростного напора во входном коллекторе больше воздействия сопротивления, р^ск _вх /Δр_вх≈ 2,5. Поэто­му давление в нем будет возрастать по ходу пара и р_в' > р''_вх. При этом

р"_вх = р'_вх —Δр_вх + Δр^ск_вх. (9.5)

В выходном коллекторе давление будет уменьшаться:

р"_вых = р'_вых —Δр_вых — Δр^ск_вх (9.6)

ЛЕКЦИЯ 10 (28)

Распределение давлений в коллекторах с учетом гид­равлического сопротивления змеевиков Δр_зм для включения секций пароперегревателя по схемам П и Z показано на рис. 22. Максимальный и минимальный перепады дав­ления в пароперегревателе:

Рис.22. Изменения и перепады давления в коллекторах:

_а — изменение давления в коллекторах; б — перепад давления в коллекторах пароперегревателя при схеме П; з — перепад давления в коллекторах паропере­гревателя при схеме Z

для схемы П (9.7)

для схемы Z

(9.8)

Из формул (9.7) и (9.8) видно, что схема Z дает большую разность перепадов давлений для различных сто­рон пароперегревателя и создает более неравномерное рас­пределение пара по отдельным змеевикам. В трубах с минимальным перепадом давления будет проходить умень­шенное количество пара. При одинаковом обогреве змееви­ков часть их будет выдавать более перегретый пар.

Схему включения Ш можно представить выполненной из нескольких частей, соединенных по схеме П соответст­венно числу подводов и отводов пара. При этом входной и выходной коллекторы разделяются на короткие участки, каждый из которых имеет несколько змеевиков. Для ко­роткой части секции пароперегревателя значения Δр_макс и Δр_мин будут почти одинаковы, поэтому схема Ш при равномерном обогреве змеевиков будет давать наиболее равномерное распределение пара по змеевикам. Неравно­мерность распределения пара по змеевикам пароперегре­вателя при одинаковой поверхности их нагрева характери­зуется неравномерностью тепловосприятия

η_т = q_тр/q_ср,

где q_тр и q_ср — тепловосприятие разверенной трубы и сред­нее тепловосприятие для параллельно включенных змееви­ков.

Неравномерность тепловосприятия изменяется в широ­ких пределах в зависимости от места расположения змееви­ков η_т = 0,7…1,4 и коэффициента гидравлической разверки

ρ_т = D_TP/D_cp,

где D_tp и D_cp — массовые расходы пара, проходящего че­рез развернутую трубу и среднего по параллельно вклю­ченным змеевикам.

Коэффициент гидравлической разверки зависит от пе­репада давления в змеевиках и может быть выражен че­рез давление и удельные объемы пара:

ρ_г = √ (Δр_тр∙v̅_cp)/(Δр_cp∙ v_тр) ,

где Δр_тр и Δр_ср — сопротивление разверенной трубы и сред­ней трубы змеевика, Па; ν̅_ср и ν_тр — средний удельный объем пара, проходящего через змеевики, и объем пара, проходящего через разверенную трубу, кг/м³.

Средний расход пара, проходящего через змеевики па­роперегревателя,

D_cp ≈ 0,5 (D_макс + D_мин),

тогда тепловая разверка определится по формуле

ρ_q = 0,5 (D_макс + D_мин) /D_мин.

Заменяя в этом выражении расход пара через давление и его удельные объемы, окончательно получаем итоговую характеристику тепловой разверки труб и, следовательно, оценку приращения энтальпии пара по отношению к средней в виде формулы

где v₁, ν₂ — средние удельные объемы пара с максималь­ным и минимальным его расходом в змеевиках.

Допустимый коэффициент тепловой разверки в змееви­ках пароперегревателя определяется максимально допус­тимой температурой стенки трубы при соответствующей эн­тальпии пара по формуле

где h" , h"_cp и h' — наибольшая допускаемая энтальпия пара, конечная энтальпия пара для труб со средним рас­ходом и энтальпия пара на входе в трубу, кДж/кг. Во из­бежание перегрева труб должно быть р_q<р_доп.

Рекомендуются следующие схемы включения паропе­регревателя в паровой тракт с учетом тепловой разверки змеевиков. В конвективных пароперегревателях котлов низ­кого и среднего давления, а также в промежуточных паро­перегревателях сверхвысоких параметров целесообразно применять схемы Ш с равномерным подводом и отводом пара. При устойчивой тепловой неравномерности применя­ется иногда схема Z, скомпонованная так, чтобы взаимно скомпенсировать гидравлическую разверку и тепловую не­равномерность.