13.5. Характеристика і режими роботи випарних систем

З метою зменшення втрат теплоти із продувкою варто прагнути до зменшення кількості видаленої з котла води. Ефективним методом зниження продувки є ступеневий випар води. Сутність ступеневого випару або ступеневої продувки полягає в тому, що випарна система котла розділяється на ряд відсіків, з'єднаних по парі та розділених по воді. Живильна вода подається тільки в перший відсік. Для другого відсіку живильною водою служить продувна вода з першого відсіку. Продувна вода із другого відсіку надходить у третій відсік і т.д.

Продувку котла здійснюють із останнього відсіку - другого при двоступінчастому випарі, третього - при триступінчастому випарі і т.д. Цей спосіб очистки використовується тому, що концентрація солей у воді другого або третього відсіку значно вище, ніж у воді при одноступінчастому випарі, для виводу солей з котла потрібен менший відсоток продувки. Застосування східчастого випару ефективно також як засіб зменшення виносу кремнієвої кислоти внаслідок високої гідратної лужності, що виникає в сольових відсіках. Системи ступеневого випару і продувки зазвичай виконують із двох або трьох відсіків. В даний час у більшості барабанних котлів середнього і високого тиску застосовується ступеневий випар. Підвищення солевмісту води при декількох ступенях випару відбувається ступенями і у межах кожного відсіку встановлюється постійним, рівним вихідному з даного відсіку. При двоступінчастому випарі система ділиться на дві нерівні частини - чистий відсік, куди подається вся живильна вода, де виробляється 75-85 % пара, і сольовий відсік, де виробляється 25-15% пара.

13.6. Гідродинаміка в елементах парогенераторів із природною циркуляцією

3.1.1. Умови надійної роботи елементів парогенераторів

Для надійної роботи парогенератора необхідний безперервний відвід тепла від поверхонь нагріву і підтримка температури металу в припустимих межах при всіх режимах роботи парогенератора. Температура поверхні нагріву визначається за формулою,

,

(13.21)

де - температура робочого тіла в розрахунковій поверхні нагріву, ; - тепловий потік від граючого середовища до робочого тіла, Вт/м²; і - товщина і теплопровідність стінки, м і Вт/(м·К); - коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до робочого тіла, Вт/(м²·К); - відношення зовнішнього діаметра труби до внутрішнього; - коефіцієнт розповсюдження теплоти по перетину труби.

При заданих значеннях температури робочого тіла , , температура стінки залежить від питомого теплового навантаження і коефіцієнта тепловіддачі від стінки труби до робочого тіла. Підвищення теплового навантаження приводить до зменшення поверхні нагріву і тому завжди доцільно. Оскільки, для підтримки прийнятної температури стінки необхідно підвищувати , який, в основному залежить від швидкості потоку робочого тіла.

Розглянемо вплив навантаження парогенератора на швидкість води і пароводяної суміші у випарних поверхнях (рис. 13.2). Масова швидкість робочого тіла в елементах котла залежить від його навантаження і для випарних поверхонь нагріву - від організації руху суміші.

В

Рис. 13.2. Вплив навантаження парогенератора на швидкість води в пароводяній суміші

1 – природна циркуляція, високий тиск; 1^I – природна циркуляція, низький тиск; 2 – багаторазова-примусова циркуляція; 3 – прямоточний рух.

економайзерах і пароперегрівниках вода і пара рухаються примусово, однократно і швидкість визначається тільки навантаженням. При природній циркуляції у випарних поверхнях нагріву і низькому тиску швидкість пароводяної суміші зі збільшенням навантаження різко збільшується, а потім після досягнення максимального значення майже стабілізується внаслідок збільшення гідравлічного опору при зростаючому паровмісті. При високому тиску швидкість наростає повільно і при малому навантаженні може не забезпечити необхідне охолодження труб екранів. Розпалювання котла на змінних параметрах виключають цей недолік. У прямоточних парогенераторах швидкість пропорційна навантаженню. У парогенераторах з багаторазовою примусовою циркуляцією у випарних поверхнях нагріву швидкість майже не залежить від навантаження.

На , крім швидкості, істотно впливає і режим руху пароводяної суміші, тобто розподіл фазових концентрацій по перетину, ступінь диспергування фаз, поле швидкостей та ін. При всіх режимах руху потоку з обмеженим паровмістом поверхня нагріву обмивається водою, що забезпечує активне охолодження стінки. При певному граничному паровмісті порушується структура потоку, водяна плівка зривається або випаровується, а краплі вологи можуть не досягати поверхні. При цьому наступає погіршення теплообміну.

Внутрішній теплообмін у випарних горизонтальних трубах малого діаметра мало відрізняється від теплообміну у вертикальних трубах. При діаметрі більше 15 мм навіть при рівномірному обігріві її по периметру теплообмін не симетричний. На верхній частині труби істотно нижче, ніж на нижній, внаслідок розшарування пароводяної суміші.

Коефіцієнт тепловіддачі для горизонтальних і слабо похилих труб випарних поверхонь нагріву визначається за формулою, Вт/(м²∙К)

,

(13.22)

де - коефіцієнт тепловіддачі з поверхні горизонтально розташованих трубок, Вт/(м²∙К); - коефіцієнт тепловіддачі з поверхні вертикально розташованих трубок, Вт/(м²∙К); d – діаметр трубок, м.