- •1. Классификация и типы паровых котлов.
- •1.1. Паровой котел. Общее устройство и определения.
- •3.3. Общие технические характеристики топлив.
- •3.5.1. Характеристики твердого топлива.
- •3.5.2. Характеристики мазута.
- •3.5.3. Характеристики природного газа.
- •3.6.1. Размолоспособность топлива.
- •3.6.2. Тонкость размола пыли.
- •3.6.3. Затраты энергии на размол топлива.
- •3.6.4. Характеристика угольной пыли.
- •4.1. Основы кинетики химических реакций.
- •4.2.1. Горение газового топлива
- •4.2.2. Горение твердого топлива.
- •4.2.3. Горение жидкого топлива.
- •4.3. Развитие и воспламенение топливно-воздушной струи в топочном объеме.
- •4.4. Продукты сгорания топлива.
- •5.1. Введение.
- •5.2. Топочные камеры и горелки для сжигания твердых топлив.
- •5.3. Газомазутные топки и горелки.
- •6. Эффективность работы и основы теплового расчета котла.
- •6.1. Общее уравнение теплового баланса котла.
- •6.2. Коэффициент полезного действия парового котла и котельной установки.
- •6.3.1. Потери теплоты с уходящими газами.
- •6.3.2. Потери теплоты с химическим недожогом топлива.
- •6.3.3. Потери теплоты с механическим недожогом топлива.
- •6.3.4. Потери теплоты от наружного охлаждения.
- •6.3.5. Потери с физической теплотой удаляемых шлаков.
- •6.3.6. Оптимизация показателей работы парового котла по сумме тепловых потерь.
- •7. Эксплуатация паровых котлов.
- •7.1. Эксплуатационные режимы паровых котлов.
- •7.2. Статические характеристики парового котла в нерасчетных режимах работы.
- •7.3. Переходные процессы в котле при изменении нагрузки.
- •7.4.Регулирование температуры пара.
- •7.4.1. Методы парового регулирования температуры пара.
- •7.4.2. Методы газового регулирования.
- •7.5. Загрязнения и абразивный износ конвективных поверхностей нагрева.
- •7.6.1. Высокотемпературная коррозия.
- •7.6.2. Низкотемпературная коррозия.
- •7.7. Сокращение вредных выбросов в окружающую среду.
- •8.Характеристики и виды движения водного теплоносителя в паровых котлах
- •8.1.Водный теплоноситель в паровых котлах и его физико-химические характеристики.
- •8.2 Общие уравнения движения жидкости в трубах.
- •8.2.1.Уравнения неразрывности, движения, энергии и состояния жидкости.
- •8.2.2.Уравнение движения однофазного потока в трубах.
- •8.2.3.Уравнение движения двухфазного потока в трубах.
- •8.3.Режимы течения двухфазного потока.
- •8.4.Перепад давления при движении рабочей среды в трубе.
- •8.5.Виды движения жидкости.
- •9.Гидродинамика водного теплоносителя в паровых котлах.
- •9.1.Гидродинамика водного теплоносителя в поверхностях с принудительным движением.
- •9.1.1.Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла.
- •9.1.2.Гидравлическая характеристика горизонтальных одиночных труб.
- •9.1.3.Гидравлические характеристики вертикальных одиночных труб.
- •9.1.4.Гидравлические характеристики системы труб парового котла.
- •9.1.5.Гидравлическая разверка в системе труб парового котла.
- •9.1.6.Пульсация потока в системах труб парового котла.
- •9.2.Гидродинамика водного теплоносителя при естественной циркуляции.
- •9.2.1.Движущий и полезный напоры контура циркуляции.
- •9.2.2.Гидравлические характеристики контура циркуляции.
- •9.2.3.Расчет контуров циркуляции.
- •9.2.4.Показатели надежности работы контура циркуляции.
- •9.3. Организация сепарации влаги и пара в барабанных котлах.
- •9.3.1.Барабан - сепарационное устройство барабанного котла.
- •9.3.2.Гидродинамические процессы в барабане парового котла.
- •10. Температурный режим поверхностей нагрева паровых котлов.
- •10.1.Металл паровых котлов.
- •10.2.Расчет температурного режима обогреваемых труб парового котла.
- •10.3.Условия теплообмена на стенке прямолинейной части трубы парового котла.
- •10.3.1.Теплообмен при докритическом давлении водного теплоносителя.
- •10.3.2.Теплообмен при сверхкритическом давлении водного теплоносителя.
- •10.4.Особенности температурного режима горизонтальных труб, криволинейных труб и каналов и газоплотных экранов.
- •10.5.Влияние внутритрубных отложений на температурный режим обогреваемых труб парового котла.
- •11.Физико-химические процессы в пароводяном тракте парового котла.
- •11.1.Материальный баланс примесей в пароводяном тракте парового котла.
- •11.2.Коррозия металла в пароводяном тракте парового котла.
- •11.3.Растворимость примесей в водном теплоносителе.
- •11.4.Переход примесей из воды в насыщенный пар.
- •11.5.Внутритрубные отложения примесей водного теплоносителя.
- •11.6.Образование отложений примесей в пароводяном тракте прямоточного котла.
- •11.7.Образование отложений примесей в пароводяном тракте барабанного котла.
- •11.7.1.Удаление примесей с непрерывной продувкой воды из водяного тракта барабанного котла.
- •11.7.2.Организация ступенчатого испарения в барабанном котле.
- •12.Водно-химические режимы паровых котлов.
- •12.1.Водно-химические режимы и нормы качества пара и питательной воды.
- •12.2.Водно-химические режимы прямоточных котлов.
- •12.3.Водно-химические режимы барабанных котлов.
- •12.4.Влияние внутрибарабанных устройств на качество котловой воды и насыщенного пара.
- •12.5.Химические очистки паровых котлов.
- •12.6.Консервация паровых котлов.
9.1.4.Гидравлические характеристики системы труб парового котла.
В предыдущих разделах рассматривалась гидравлическая характеристика одиночной трубы. Элементы парового котла (поверхности нагрева, соединительные трубопроводы) выполняются из ряда параллельно включенных труб, а сами элементы могут быть соединены как параллельно, так и последовательно. В зависимости от схемы соединения суммирование гидравлических характеристик отдельных труб производится различными способами. При последовательном включении труб или элементов суммирование производится при одинаковых расходах среды (рис.9.22а): сопротивление двух или более последовательно включенных труб равно сумме их сопротивлений (Δр = ΣΔpiпри G = const). При параллельном соединении труб или элементов (рис.9.22а) перепад давления на них одинаков, но расход равен сумме расходов по отдельным трубам (G = ΣGi, при Δр = const).
Сравним режим работы одиночной трубы и трубы в элементе (системе труб), имеющих многозначные гидравлические характеристики (рис.9.23). В одиночной трубе расход среды может изменяться за счет производительности насоса непрерывно от нуля до G6, перепад давления на трубе будет изменяться в соответствии с характеристикой 0 - 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 (рис.9.23а).
При увеличении расхода среды в элементе будет увеличиваться и расход в каждой из труб. Считаем, что все трубы элемента имеют аналогичные гидравлические характеристики (рис.9.23б).
При увеличении расхода до G3расход по всем трубам одинаков. Дальнейшее повышение расхода (G > G3) в элементе приводит к тому, что расход среды в трубах будет различным - в ряде труб G3, в других G5. Причем в зависимости от режима работы котла в одной и той же трубе может быть то G3, то G5, т.е. может возникнуть пульсация расхода среды в трубах. В трубах с меньшим расходом среды и при режиме пульсации надежность работы труб и элемента в целом снижается. При достижении среднего расхода в элементе величины G5трубы элемента опять выходят на устойчивый, однозначный режим работы. Таким образом, при подъеме нагрузки участок характеристики G3- G5не реализуется, в этом диапазоне работа элемента носит неустойчивый характер, опасный для надежности работы труб.
При понижении расхода в элементе на участках 6 - 5 - 4 и 2 - 1 - 0 (рис.9.23б) наблюдается устойчивая работа труб, а в диапазоне расходов G4- G2- неустойчивый режим работы, с расходом в разных трубах G4или G2. Опускной участок характеристики 3 - 4 обычно не реализуется, за исключением случаев, когда число параллельных труб не превышает трех - четырех. При этом расходы среды в трубах соответствуют точкам 8 или 9.
Таким образом, устойчивая работа труб в элементе обеспечивается на подъемных участках гидравлической характеристики (0 - 1 - 2 - 3 и 4 - 5 - 6). Левая ветвь характеристики имеет существенно меньший расход среды и, как правило, не может обеспечить надежный температурный режим труб. Правая ветвь имеет большой расход среды, температурный режим труб здесь выдерживается.
Устойчивая работа труб в элементе обеспечивается, прежде всего, правильным выбором расхода среды, массовой скорости в элементе, уменьшением неравномерности тепловосприятия между трубами, их конструктивной тождественностью, выбором конструкции элемента. В исключительных случаях выравнивание расхода среды по трубам добиваются установкой дроссельных шайб.
Неравномерность расхода среды между трубами в элементе котла, вызванную неодинаковыми гидравлическими характеристиками труб, называют межтрубной разверкой.
В паровых котлах широко практикуется выполнение поверхностей нагрева (НРЧ, СРЧ, ВРЧ, контуры циркуляции и т.д.) из отдельных элементов (панелей), которые соединяются между собой параллельно (рис.9.24). Точки А и Б являются общими для них. Для каждой из трех панелей вместе с их подводящими и отводящими трубами могут быть построены гидравлические характеристики. По этим характеристикам рассчитывается распределение среды по панелям (межпанельная разверка). При неправильном конструктивном выполнении такой схемы (рис. 9.24а, рис. 9.24б) может случиться, что, несмотря на однозначную характеристику самой панели, вся система (подводящие трубы - панель - отводящие трубы) между точками А и Б будет иметь многозначную характеристику (рис.9.24а соответствует П-схеме; рис.9.24б - U - схеме).
При построении гидравлической характеристики вертикального элемента графики для зависимостей от расхода среды ΔpГ, ΔpНИВи суммы Δp = ΔpГ+ ΔpНИВстроятся так же, как и для одиночной вертикальной трубы (рис.9.25).
Для отрицательного (обратного) расхода среды в какой-либо трубе рассчитываются ΔpГи ΔpНИВи их разность по формулам для опускного движения в вертикальной трубе, но расход среды принимается с отрицательным знаком.
Графики получаются аналогичными, но повернутыми на 180° относительно центра осей. Еще одна особенность построения графиков при G < 0: рабочая среда поступает в трубы с опускным движением из верхнего коллектора, где ее энтальпия выше, чем на входе в панель. Энтальпия на входе трубы с опускным движением hОПВХблизка к энтальпии на выходе из всего элемента (hОПВХ ≈ hВЫХ). Следовательно, удельный объем в такой опускной трубе будет больше (ΔpГбольше), а плотность среды - меньше (ΔpНИВменьше), чем в подъемных трубах.
В отличие от гидравлической характеристики одиночной вертикальной трубы с подъемным движением (см. рис.9.18), в характеристике системы труб (рис.9.25) появляется зона неоднозначности (границы ее: по перепаду давления от Δp2до Δp1, по расходу среды - от GОПМИНдо GПМИН, где одному перепаду давления отвечают три расхода среды - два отрицательных и один положительный. Из графика видно, что однозначное подъемное движение среды будет при G > GПМИН, а однозначное опускное движение - при
Полная гидравлическая характеристика элемента показывает, что при малых расходах через него (Δр < Δр1) в некоторых трубах возможно опускное движение среды, т.е. произойдет так называемое опрокидывание движения среды. Возможны случаи застоя движения, когда в трубе G = 0. Необходимо иметь в виду, что эти выводы сделаны по гидравлической характеристике, при построении которой не было ограничений по давлению (докритическое или сверхкритическое) и по характеру движущих сил (принудительное движение или естественная циркуляция). Следовательно, застой или опрокидывание движения среды в вертикальных панелях возможны во всех этих случаях.