7. Гидравлический расчет котлоагрегата

7.1. Расчет естественной циркуляции

Проблема, надежного охлаждения рабочей средой поверхностей нагрева котельных агрегатов является одной из важнейших в сов­ременной теплоэнергетике.

Гидравлическая система котельного агрегата состоит из соеди­ненных между собой труб, коллекторов, барабанов и ряда дополни­тельных устройств, предназначенных для подогрева и испарения во­ды и перегрева пара.

Надежная работа требует такой организации процессов, проис­ходящих в пароводяной его части, которые обеспечивают максималь­ное приближение температуры стенок -котла к температуре рабочего тепла.

Одним из важнейших процессов является циркуляция воды, соз­дающая внутри котла непрерывное движение воды и пароводяной сме­си, в результате которого происходит интенсивный отвод от поверх­ности нагрева тепла, передаваемого им газами.

В экономайзерах и пароперегревателях движение воды и пара происходит только принудительно под действием насоса или разнос­ти давлений пара в барабане и пароперегревателе. В испарительных же поверхностях нагрева, движение воды и пароводяной смеси проис­ходит либо принудительно под действием насоса, либо за счет ес­тественной циркуляции.

Задачей расчета естественной циркуляции является проверка надежности испарительных поверхностей нагрева.

Расчетом естественной циркуляции определяются скорости во­ды, кратности циркуляции и полезные напоры в контурах, запасы надежности по застою и опрокидыванию циркуляции, условия движе­ния в опускных трубах, надежность при нестационарных режимах, а также другие показатели, связанные с конструктивными особенностя­ми поверхностей нагрева.

Расчет естественной циркуляции производится при номинальных нагрузке котельного агрегата и давлении.

При выполнении расчета необходимо составить таблицу конст­руктивных данных элементов циркуляционных контуров котельного агрегата и их теплоносителей»

Для всех подъемных, опускных, водо- и пароперепускных труб по чертежам определяются следующие данные:

а) количество труб и коллекторов (барабанов и их внутренние диаметры;

97

б) длины и высоты труб с подразделением подъемных труб на участки (в том числе и высота превышения над уровнем воды);

в) углы наклона участков подъемных труб, отсчитанные от го­ризонтали;

г) гибы и местные сопротивления.

Высота подъемных труб, выведенных в водяной объем барабана, [определяется как разность отметок их ввода и вывода.

Высота подъемных труб, выходящих в паровое пространство барабана и высота опускных труб отсчитываются от места выхода из нижнего барабана до уровня воды в барабане, высота превышения - от уровня воды в барабане до высшей отметки трубы.

Полная высота подъемных труб включает в себя и участки, рас­положенные выше оси барабана.

Границы обогрева экранных труб принимаются по отметкам вы­вода труб в топку, а для пучков кипятильных труб - по среднему ряду каждого пучка.

При движении воды по опускным трубам давление возрастает на величину давления столба воды от уровня в барабане до рассматри­ваемого сечения. Одновременно повышается и температура кипения воды. Кроме того, температура питательной воды обычно меньше тем­пературы кипения, поэтому на некоторой части подъемной трубы происходит лишь подогрев воды, но кипение отсутствует. Ту часть подъемной трубы, в которой отсутствует кипение, называют экономайзерной частью ,а ту часть ее, по которой движется паро­водяная смесь, называют паросодержащей частью .Очевидно» что высота паросодержащей части трубы

(7.1)

где - полная высота подъемной трубы, м.

Полезной высотой трубы называют ту часть ее высоты, которая создает циркуляцию воды в котле. Она складывает­ся из обогреваемой части экономайзерного участка и всей паросо-держащей части, как обогреваемой, так и необогреваемой. У труб, входящих в паровое пространство барабана, полезной является вы­сота только до уровня воды в последнем.

По высоте паросодержащей части подъемной трубы определяется величина движущего напора

(7.2)

где- плотность воды при температуре кипения соответствующей давлению в верхнем барабане, кг/ м³

- средняя плотность пароводяной смеси, кг/ м³

98

При установившемся режиме работы котла движущий напор уравновешивается гидравлическими сопротивлениями, т.е.

(7.3)

Так как гидравлические сопротивления контура представляют собой сумму сопротивлений всех опускных и подъемных труб

то (7.4)

Избыточная часть движущего напора, которая остается после преодоления сопротивлений подъемной части циркуляционного контура, называется полезным движущим напором. Следовательно

(7.5)

Это уравнение является основным расчетным уравнением циркуляции. Полезный движущий напор затрачивается на преодоление сопротивлений опускных труб.

Таким образом для нахождения величины полезного движущего напора можно пользоваться двумя уравнениями:

(7.6)

(7.7)

Определение тепловосприятий обогреваемых труб производится по данным теплового расчета путем распределения радиационного и конвективного тепловосприятия между отдельными контурами. При расчете полезных напоров в контурах тепловосприятие в пределах каждого участка считается распределенным равномерно. Учет неравномерности обогрева труб по ширине контура, необходимый для оценки надежности циркуляции, производится с помощью коэффициентов неравномерности.

При распределении тепловосприятия по отдельным поверх­ностям нагрева следует сохранять их общий баланс как по котель­ному агрегату в целом, так и по каждой стене топки.

Количество тепла, воспринимаемое котельным пучком путем радиации из топки, распределяется между отдельными рядами про­порционально их освещенности, характеризуемой угловыми коэффи­циентами .

99

В курсовом проекте следует выполнять расчет циркуляции в экранах второй ступени испарения.

Второй ступенью испарения котельного агрегата являются экраны, расположенные на боковых стенках топки, у фронтовой стенки. Пароводяная смесь из них поступает в выносные циклоны.

Гидравлическая схема левого бокового экрана П ступени котла ДКВР показана на рис. 7.1, правый экран симметричен. Средний уровень воды в барабане расположен на его оси.

Для расчета циркуляции необходимо по чертежам котла соста­вить конструктивные данные контура и представить их в виде таблицы (см.табл. 7.1), а коэффициенты сопротивления помещены в таблице 7.2, но ее следует заполнить, определив, приведенные коэффициенты трения

(7.8)

где - коэффициент трения находится по формуле

(7.9)

где К - абсолютная шероховатость труб, принимается: для углеродистых и легированных сталей О,O8 мм, для аустенитных - 0,01 мм.

Полный коэффициент гидравлического сопротивления элемента (трубы) подсчитывается по формуле

(7.10)

с учетом длин элементов (труб), представленных в таблице 7.1 Коэффициенты сопротивления отводящих труб экранов, при­соединенные к выносным циклонам, включают, помимо коэффициен­тов сопротивления входа, поворотов и трения, коэффициент со­противления улиток циклонов. Улитки выполнены внутренними,

100

Таблица 7.1