5. Основные понятия гидродинамики котлов и парогенераторов с пц

Принудительной циркуляцией называется движение воды или пароводяной смеси в паровом котле или парогенераторе, создаваемое насосом.

В котлах и парогенераторах с ПЦ питательная вода обычно распределяется по нескольким, параллельно включенным змеевикам. На практике используются следующие гидродинамические схемы подвода и отвода среды:

В отличие от котлов и ПГ с ЕЦ, движущий напор, создаваемый насосом, идет в основном на преодоление сопротивления трения в трубах.

Распределение сред и их параметров по длине одного витка прямоточных парогенераторов и котлов выглядят, как показано на рисунке ниже:

Распределение зон по длине витка зависит от следующих факторов:

• конечного давления перегретого пара;

• тепловой нагрузки (теплонапряжения) поверхности нагрева;

• расхода питательной воды и недогрева ее до кипения;

• расхода топлива и т.д.

Н апример, при изменении давления при прочих постоянных параметрах, распределение зон выглядит следующим образом:

По аналогии с котлами и ПГ с естественной циркуляцией, в котлах и ПГ с принудительной циркуляцией существует явление, состояние рабочего тела на выходе из параллельно включенных змеевиков неодинаково. Это явление называется тепловой разверкой. Численно тепловая разверка витка равна отношению энтальпии рабочего тела на выходе из него к средней энтальпии за всей поверхностью нагрева:

Тепловую разверку витков вызывают:

• неодинаковый обогрев витков из-за неравномерного распределения тепловых потоков и различной степени загрязнения параллельно включенных витков;

• различные гидравлические сопротивления витков (неодинаковые шероховатость, загрязненность, длина, отклонения сечений труб при изготовлении и т.д.);

• неравномерная раздача рабочего тела по параллельно включенным виткам.

Наличие тепловой разверки приводит к тепловой неравномерности

• отношению максимального тспловосприятия витка к среднему тепловосприятию витков данной поверхности нагрева. Если какой либо виток получает больше тепла, то энтальпия рабочего тела на выходе из него увеличивается из-за:

• получения большего количества тепла;

- уменьшения расхода воды из-за возрастания гидравлического сопротивления.

Недополученная часть рабочего тела распределяется между другими витками, изменяя все остальные параметры (/, /, v, w) в самих витках и на выходе их них.

Гидравлической характеристикой витка называют зависимость между полным гидравлическим сопротивлением витка - Аp и расходом

рабочего тела через него: Аp = f(G)

В прямоточных котлах и парогенераторов гидравлическая характе­ристика витка с неизменными агрегатными состояниями (вода или пар) имеет вид (7), а гидравлическая характеристика испарительной части -вид (2).

Таким образом в парообразующих пучках прямоточных котлов и парогенераторов при одной и той же потере напора Аp могут иметь место различные расходы пароводяной смеси.

Работа витков с неоднозначной характеристикой неустойчива из-за резких колебаний расходов среды в нем и, соответственно, параметров среды на выходе из витка.

Наиболее распространенным и простым способом устранения неоднозначности гидравлической характеристики является установка на входе в виток дроссельной шайбы. Величина гидравлического сопротив­ления дроссельной шайбы должна быть больше суммарного сопротивления самого витка. Результирующая гидравлическая характеристика уже не имеет неоднозначности и работа витка становится устойчивой во всем диапазоне рабочих расходов.

Иногда вместо дроссельной шайбы для увеличения сопротивления экономайзерного участка испарительного витка применяется ступенчатое его строение: входной участок делается из трубы малого диаметра, а на участке с паросодержанием х ~ 0,25 переходит в трубу большего диаметра.

Дросселирование входного сечения испарительной поверхности нагрева может не обеспечить устранение пульсаций, возникающих в контуре циркуляции. Пульсации потока могут возникать из-за различных случайных возмущений установившегося режима.

Различают:

• общекотловые пульсации - когда колебательной системой является весь котел или ПГ в целом; при этом параметры потока в подобных сечениях параллельных змеевиков колеблются синхронно;

• межвитковые пульсации - в режим автоколебаний входят отдельные испарительные трубы при общей устойчивой работе контура циркуляции.

Самым эффективным способом борьбы с межвитковой пульсацией является установка дыхательного коллектора. Дыхательный коллектор предназначен для выравнивания давлений и расходов в парообразующих трубах за счет перетечки среды из одной трубы в другую. Коллектор устанавливается в том месте поверхности нагрева, где на самой малой

нагрузке котла или ПГ паросодержание составляет х>0,25. На больших расходах зона с паросодержанием х > 0,25 смещается в сторону смесительного коллектора.

Ввиду конструктивных особенностей котлов и ПГ с принудительной циркуляцией, парообразующие поверхности нагрева в них часто располагают горизонтально или с небольшим углом наклона к горизонту -а < 10 °. Поэтому в таких котлах и ПГ может иметь место явление расслоения пароводяной смеси.

Расслоения можно избежать, если скорость входа воды в витки w₀ будет больше некоторой предельной скорости:

где:

q - удельная тепловая нагрузка трубы, [ккал/м²-ч];

d -внутренний диаметр трубы, [м];

B - коэффициент, зависящий от давления,

при при

Такая скорость среды на входе в виток достаточна для предотвращения расслоения пароводяной смеси, а также гидравлических ударов, возникающих при снарядном режиме движения среды в трубах.