Лекция 22. Водный режим котельных агрегатов.

В топочной камере паровых котлов с есте­ственной циркуляцией обычно располагаются парообразующие трубы циркуляционных кон­туров. В контурах организуется непрерывное движение воды и пароводяной смеси (цирку­ляция), благодаря чему обеспечивается непре­рывный и достаточно эффективный отвод теп­ла от поверхности нагрева. Это позволяет поддерживать температуру металла поверхно­сти нагрева на допустимом уровне, следова­тельно, обеспечивать надежную длительную работу контуров циркуляции.

Естественная циркуляция создается движущим напором циркуля­ции возникающим при обогреве подъемных вертикальных труб. Запишем уравнение Бернулли для каждого звена циркуляционного контура. Здесь принято (рис. 12.1), что на уча­стке 3-4 движется паро­водяная смесь плотностью р_н, а на остальном пути, т. е. на участках — вода плотно­стью при давлении в барабане. Плоскостьсравнения принята на уровне коллектора(2-3).

Звено 1-2 (опускные трубы)

Аналогично для звеньев 2-3 (нижний кол­лектор), 3-4 (подъемные трубы) и 4-1 (водя­ной объем барабана) можно записать:

Суммируя перепады давления в звеньях циркуляционного контура и учитывая , получаем:

При установившемся движении разность давлений столбов воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъемных трубах урав­новешивается суммой гидравлических сопро­тивлений, возникающих вследствие движения рабочей среды в контуре. Отнеся все сопротивления к опускным и подъемным звеньям контура, получаем:

Разность движущегося напора циркуляции и сопротивления подъемных труб называют полезным напором циркуляции

Из сопоставления получаем основное уравнение циркуляции

т. е. полезный напор циркуляции расходуется на преодоление сопротивления в опускных звеньях.

На движущий напор циркуляции, а следо­вательно, и полезный напор циркуляции силь­ное влияние оказывает относительная скорость пара . Это влияние выражается в том, что относительная скорость пара при данном его массовом расходе в подъемных трубах приво­дит к уменьшению доли сечения, занятого па­ром , и соответствующему увеличению доли сечения, занятого водой , в связи с чем плотность пароводяной смеси в подъемных трубах возрастает. В свою очередь относитель­ная скорость пара, а следовательно, и зависят от скорости циркуляции приведенной скорости пара , давления и диаметра труб

Эти зависимости сложные, и их аналити­ческое решение пока не найдено. Ввиду боль­шого числа параметров невозможно также и графическое изображение на плоскости. По­этому изображают на плоскости как функцию при различных значениях и постоянных значениях остальных параметров . На рис. 12.2 показаны зависимости от при различных значениях приве­денной скорости пара С усилением обогрева и неизменной скорости циркуляции плотность пароводяной смеси в подъемных трубах уменьшается, а возрастает.

При прочих равных условиях полезный на­пор циркуляции зависит от давления в конту­ре (рис. 12.3). Чем выше давление, тем боль­ше плотность пароводяной смеси в подъемных трубах и потому меньше. По мере приближения к критическому давлению уменьшается и приобретает сравнительно не­большое значение. В этих условиях естествен­ная циркуляция малоэффективна. Предельное давление, при котором еще обеспечивается на­дежная естественная циркуляция в котлах, 18—19 МПа. Вместе с тем даже при СКД, но при малых потерях на трение в контуре прямоточного котла естественная циркуляция достаточна для того, чтобы вести растопку котла с вдвое уменьшенным растопочным рас­ходом воды с отключенным рециркуляцион­ным насосом.

Влияние относительной скорости пара за­висит от давления в контуре. При низком дав­лении, характеризующемся снарядным движе­нием потока, крупные образования пара вы­зывают большую относительную скорость па­ра. С повышением давления и температуры насыщения уменьшается поверхностное натя­жение, пузыри пара становятся малопрочными и мелкими, относительная скорость пара при этом уменьшается. При (см. рис. 12.3) влиянием относительной скорости пара можно пренебречь.

Напомним, что напорная плотность паро­водяной смеси зависит от истинного объемного паросодержания . Используя равенство (12.5), получаем удобную для рас­чета формулу движущего напора циркуляции

Формула выведена в предположе­нии, что подъемные трубы циркуляционного контура содержат пароводяную смесь на всей их высоте. В действительности развитое кипе­ние в подъемных трубах начинается выше входа,

в соответствии с чем вся высота труб делится на экономайзерный и парообразующий участки.

Сечение, в котором начинается развитое кипение, называют сечением закипания. Вы­сота парообразующего участка подъемных труб

которая и подставляется в для опреде­ления движущего напора циркуляции.

При некипящем экономайзере энтальпия воды на выходе из него и потому температура воды в барабане ниже температуры кипения. Количество поступающей из подъем­ных труб кипящей воды в барабан больше, чем питательной воды, на величину, опреде­ляемую кратностью циркуляции , и потому недогрев до кипения в барабане

Следовательно, на входе в опускные трубы вода в общем случае недогрета до кипения**. Недогрев до кипения возрастает по мере дви­жения воды в опускных трубах за счет увели­чения гидростатического давления воды и до­стигает наибольшего значения в нижнем кол­лекторе циркуляционного контура

.

Здесь — изменение энтальпии воды на

единицу высоты, ;— гидравлическое сопротивление опускных труб, Па. С таким недогревом вода поступает в подъемные трубы, по мере движения в них до сечения закипания гидростатическое дав­ление уменьшается и потому соответствующий недогрев уменьшится на величину

Следовательно, недогрев воды на единицу расхода (1 кг) до сечения закипания состав­ляет:

а на общий расход циркулирующей воды кг/ч,

При условии постоянного тепловосприятия по высоте рассматриваемого контура за этот же период времени на экономайзерном участ­ке передается теплота

где —тепловосприятие контура,

— обогреваемая высота контура, м. Высота экономайзерного участка опреде­ляется исходя из баланса теплоты на этом участке: количества теплоты, которую необхо­димо передать в единицу времени воде для подогрева ее до кипения на экономайзерном участк , и количества теплоты, полу­ченной за то же время из топки на экономай­зерном участке, откуда

.