3.4.3. Влияние тепловой неравномерности на гидравлическую разверку

Влияние тепловой неравномерности на гидравлическую разверку проявляется через отношение удельных объемов среды в разверенной и средней трубах и в меньшей мере от разницы нивелирных составляющих в этих трубах. Анализ изменения удельных объемов от энтальпии и давления (см. раздел 2) показывает, что наибольшие изменения удельных объемов наблюдаются в интервалах изменения энтальпий, соответствующих области пароводяной смеси (при докритическом давлении) и зоне больших теплоемкостей (при сверхкритическом давлении). Зона воды практически нечувствительна к неравномерности тепловосприятия, а в пароперегревательной зоне влияние неравномерности тепловосприятия ощутимо лишь при больших приращениях энтальпии в элементе.

Наиболее наглядно влияние неравномерности тепловосприятия на гидравлическую разверку просматривается в поверхностях нагрева паровых котлов сверхкритического давления (СКД). Для анализа пренебрежем влиянием коллекторного эффекта и разницей нивелирных составляющих в средних и разверенных трубах. В этом случае расчетная зависимость для коэффициента гидравлической разверки примет вид:

,

где – отношение полных коэффициентов сопротивления разверенной и средней труб (принято, что все трубы элемента имеют одинаковый диаметр).

В разверенной (наиболее обогреваемой) трубе средний удельный объем среды больше, чем в средней трубе на величину 0,5 , где – разница удельных объемов на выходе из труб.

Тогда = + 0,5 и отношение примет вид:

Величина может быть использовании для анализа влияния неравномерности тепловосприятия труб на коэффициент гидравлической разверки. Чем больше разница конечных удельных объемов среды в разверенной и средней трубах, тем меньше коэффициент гидравлической разверки и, следовательно, меньше расход в разверенной трубе.

При принятых допущениях причиной появления разверки расходов является неравномерный обогрев труб. При освоении первых энергоблоков 300 МВт СКД исследования этого явления позволили в дальнейшем разработать рекомендации по снижению теплогидравлической разверки ТГР (такое название получило явление появления гидравлической разверки по причине неравномерности тепловосприятия) в поверхностях нагрева котлов СКД.

Разница конечных удельных объемов зависит не только от неравномерности обогрева труб, но и от величины приращения энтальпии в элементе , входной энтальпии , абсолютного давления среды.

Проведем качественный анализ перечисленных параметров на гидравлическую разверку.

Влияние неравномерности тепловосприятия

При росте коэффициента неравномерности тепловосприятия увеличивается приращение энтальпии в разверенной трубе по сравнению с . При одинаковых энтальпиях среды на входе это приводит к росту выходных объемов среды в разверенных трубах. Причем, как видно из рис. 34, большему значению коэффициента неравномерности тепловосприятия соответствует большая разница т.е. чем больше расход в разверенной трубе отличается от расхода в средних трубах.

Влияние приращения энтальпии в элементе

Для выяснения влияния на гидравлическую разверку рассмотрим два вари­анта режима работы средних труб, когда приращение энтальпии в них и .Причем > . Коэф­фициент тепловой неравномерности примем одинако­вым для обоих элемен­тов. Тогда, как видно из рис. 35, боль­шему приращению эн­тальпии в эле­менте будет соответствовать большая разница в удельных объемах среды на выходе из средних и разверенных труб, т.е. большая гидравлическая разверка. Наибольшее влияние на гидравлическую разверку проявляется в слу­чае, когда диапазон изменения выходных энтальпий попадает на зону больших теплоемкостей (ЗБТ), которая в котлах СКД приходится на экраны топки. По­этому при освоении этих котлов снижение ТГР в экранах явилось большой про­блемой. Одним из вариантов ее решения является снижение приращения энталь­пии в элементе ( ) до величины не более 150 ккал/кг (630 кДж/кг).

Влияние входной энтальпии

Влияние входной энтальпии на гидравлическую разверку неоднозначно. При малых и больших значениях входной энтальпии, как видно из рис. 36, разница в удельных объемах среды в разверенных и средних трубах элемента небольшая. Наибольшее влияние наблюдается в зоне энтальпий, где производная достигает наибольшего значения (это ЗБТ). Значение входной энтальпии, при которой коэффициент гидравлической разверки достигает минимума, получило название экстремального значения

На рис. 37 приведены графики для различных коэффи­циентов тепловой неравномерности. Большему значению соответствует меньшее значение экстремальной вход­ной энтальпии и меньшее значение ко­эффициента гидравлической разверки.

Для практических расчетов ве­личина берется по рекомендациям норм гидравлического расчета котель­ных агрегатов.

Как видно из рис. 36, в областях изменения энтальпий, относящихся к воде и пару , влияние неравномерности тепловосприятия на разверку расходов существенно меньше, чем в области ЗБТ. Поэтому в экономайзерных поверхностях нагрева это влияние не учитывается, а конвективных пароперегревателях теплогидравлическая разверка мала при приращении энтальпии в ступени меньше 120 кДж/кг. Следует отметить, что для выходной ступени при расчете температурного режима влияние неравномерности тепловосприятия учитывается всегда, независимо от величины приращения энтальпии в ней.

Влияние абсолютного давления среды

Как видно из приведенного выше анализа влияния на гидравлическую разверку , наибольшая разверка расходов возникает тогда, когда выходные параметры среды попадают в зону, где производная наибольшая. На рис. 38 показаны графики изменения удельных объемов в зависимости от давления и энтальпии среды. Из их анализа следует, что с уменьшением давления гидравлическая разверка должна увеличиться.

Разверка при развивается весьма интенсивно и сопровождается значительным снижением расхода в разверенной трубе, что соответствует резкому росту объемов в процессе парообразования. При также существуют области энтальпий с . Однако экстремумы здесь располагаются при весьма низких энтальпиях, соответствующих большим недогревам до насыщения. Так, для Р = 120 ата, = 150 – 200 ккал/кг и ниже ( при = 200). Поэтому в паровых котлах Рамзина одной из причин отсутствия больших гидравлических разверок в экранах топки наряду с коэффициентами тепловосприятия близкими к единице, является работа экранов с входными энтальпиями, превышающими экстремальные значения.

С ростом давления величина смещается в сторону больших значений и ее влияние на гидравлическую разверку уменьшается. Кроме того, с увеличением давления производная уменьшается, что приводит к меньшему влиянию неравномерности тепловосприятия, абсолютного приращения энтальпии на гидравлическую разверку.