Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла

Поверхности нагрева парового котла разделяются на три группы (рис.9.1): радиационные, полурадиационные, конвективные.

Радиационные поверхности нагрева расположены на стенках, поде и потолке топочной камеры, горизонтального газохода и конвективной шахты.

Полурадиационные поверхности (ширмы) располагаются в топке (в верхней ее части) и в горизонтальном газоходе (в особых случаях - в опускной шахте). Ширмы являются ступенью перегревателя и могут быть вертикальными или горизонтальными.

Конвективные поверхности в горизонтальном газоходе и в конвективной шахте выполняются с вертикальным и горизонтальным расположением труб.

Конструктивное выполнение поверхностей нагрева, их крепление, обмуровка и другие аналогичные вопросы рассматриваются в гл.2.

Испарительные поверхности барабанных котлов выполняются в топке в виде вертикальных панелей с подъемным Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла движением, а у прямоточных котлов докритического давления, кроме того, можно делать горизонтальные и слабонаклоненные, но в них приходиться идти на большие массовые скорости для предотвращения расслоения пароводяной смеси. Панели с опускным движением потока при докритическом давлении не выполняются.

При сверхкритическом давлении высокий коэффициент теплоотдачи от стенки к водному теплоносителю (рабочей среде) α2 можно обеспечить при вертикальном, горизонтальном и наклонном движении рабочей среды, но для горизонтальных труб и участков поверхности нагрева требуется более высокая скорость и панели с такими элементами не рекомендуется располагать в области высоких тепловых потоков, особенно при сжигании мазута. Кроме того, U-, П-, N-образные панели Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла, как будет показано в данной главе, имеют меньшую гидравлическую устойчивость.

Важной характеристикой конструкции поверхности нагрева (элемента котла) является общая поверхность нагрева H ЭЛ, а также поверхность нагрева каждой из труб Hm. Если в элементе параллельно включено n труб, то средняя поверхность нагрева одной трубы

HСР = HЗЛ/n (9.1)

В действительности, трубы элемента имеют различную длину Lm и, соответственно, разную поверхность нагрева Нm. Отношение обогреваемой поверхности отдельной трубы Нm к средней обогреваемой поверхности труб элемента НСР называется коэффициентом конструктивной нетождественности ηК

ηK = Hm/HСР (9.2)

Площадь поверхности нагрева можно выразить через обогреваемую длину данной трубы Lm и через среднюю по конструктивному элементу LСР площадь радиационной поверхности Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла (9.3):

(9.3)

где хm, хСР - угловой коэффициент труб; S - шаг труб;

площадь конвективной поверхности

(9.4)

площадь полурадиационной поверхности

(9.5)

При

коэффициент

ηK = Lm/LСР (9.6)

Коэффициент ηК » 1 у одноходовых вертикальных панелей, горизонтальной навивки, многоходовых панелей (с горизонтальными или вертикальными трубами), в конвективных змеевиковых поверхностях, где длина труб большая и отличие Lm и LСР мало проявляется (hK = 0,95…1,05 ). В U-, П-, L-образных панелях, горизонтальных ширмах конструктивная нетождественность значительна ( ηK = 0,8…1,2 и более). Следует иметь в виду, что при обводке труб вокруг горелок, лазов, лючков, взрывных клапанов их длина увеличивается. В этом случае коэффициент ηК рассчитывается для конкретных условий.



Неравномерности тепловосприятия панелей зависят от места их расположения. Например, горизонтальная Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла навивка по схеме Рамзина (рис.9.1д) размещена на всех четырех стенах топки, и, следовательно, в ней сглаживаются неравномерности теплового потока по ширине стен и между стенами.

В вертикальной панели, расположенной по всей высоте топки, неравномерности тепловосприятия по высоте уменьшаются. Таким образом, чем больше размер поверхности нагрева панели, тем ближе к единице коэффициенты неравномерности (ηК, η ш, и ηВ), по которым определяется среднее удельное тепловосприятие элемента qЭЛ (см.гл.10), но при этом увеличивается разность удельных тепловосприятий отдельных труб в элементе qm и коэффициент неравномерности тепловосприятия ηm = qm/qЭЛ

По водному теплоносителю поверхности нагрева представляют собой параллельно включенные каналы, имеющие общие входные (раздающие) и Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла выходные (собирающие) коллекторы. Гидравлический режим системы параллельных труб и каждой отдельной трубы в ней существенно отличается от гидравлического режима одиночной трубы.

На рис.9.2 изображена схема обогреваемого элемента из n труб.

На вход подается рабочая среда с энтальпией hВХ, давлением р1. Расход среды через элемент (панель) GЭЛ. Средняя длина (высота) обогреваемой части LСР, qЭЛ = qСР - средняя плотность теплового потока. Суммарная поверхность нагрева (обогреваемая) - НЭЛ.

Среднее приращение энтальпии среды в элементе Δh ЭЛ определится из формулы (9.7)

(9.7)

В расчете на одну условную, усредненную трубу:

HСР = HЭЛ/n

GСР = GЭЛ/n

qЭЛ = qCP

Приращение энтальпии среды в этой средней трубе (9.8)

(9.8)

Энтальпия среды на выходе (после собирающего Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла коллектора) из элемента hвых может быть определена по Δh ЭЛ или по ΔhСР

Поэтому при анализе элемента котла (поверхности нагрева) пользуются понятием средней трубы, к которой относятся все средние данные элемента, хотя, фактически такой трубы в элементе может и не быть.

В действительности параметры работы каждой трубы в элементе отличаются от средних. Будем считать, что вторая труба слева (рис.9.2) находится в наиболее опасных температурных условиях - разверенная труба (см.§10.2). Поверхность нагрева разверенной трубы Hm = ηКHСР тепловой поток qm = ηmq ЭЛ, энтальпия на входе hВХ. Давление на входе в разверенную трубу pmВХ будет меньше давления среды на входе в раздающий коллектор р1 на сопротивление Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла движению среды в этом коллекторе

(9.9)

Сопротивление Δpвых.к зависит от места подсоединения трубы к коллектору, т.е. для каждой трубы имеет свое значение, и, следовательно, давление на входе в трубы будет различаться. Аналогично на выходе из труб в собирающий коллектор давление также различно и зависит от сопротивления в этом коллекторе Δpвых m для разверенной трубы (9.10)

(9.10)

Перепад давления в разверенной трубе (9.11)

(9.11)

Давления р 1 и р 2 и их разность p 1 - p 2 = Δpа относятся ко всему элементу и для всех труб остаются постоянными и одинаковыми величинами, а сопротивления во входном и выходном коллекторах зависят от расположения труб. Поэтому перепады давления в трубах Δpm Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла будут различаться. Для средней трубы элемента запишем выражение (9.12), аналогичное (9.11)

(9.12)

Формула (9.12) используется для расчета сопротивления поверхности нагрева Δpа по сопротивлению средней трубы ΔpЭЛ и среднему сопротивлению в коллекторах (9.13)

(9.13)

В параллельных трубах элемента перепад давления будет различным. Очевидно, это приведет к перераспределению рабочей среды между трубами и в каждой трубе установится свой расход среды Gi. Введем обозначения: расход среды в разверенной трубе Gm а в средней - GСР . Отношение расхода среды в отдельной трубе к среднему расходу в элементе называется коэффициентом гидравлической разверки ρГ

(9.14)

а само это явление - гидравлической разверкой.

Для расчета ρГ необходимо знать зависимости Δpm = f(Gm) и Δp ЭЛ = f Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла(G ЭЛ) - зависимость между расходом рабочей среды G и перепадом давления Δp, возникающим при ее движении, называется гидравлической характеристикой трубы и выражается в виде Δp = f(G). Следовательно, анализ гидравлической разверки и ее расчет можно проводить по гидравлическим характеристикам разверенной и средней трубы.

Определим приращение энтальпии среды в разверенной трубе (9.15)

(9.15)

и энтальпию на выходе из трубы (9.16)

(9.16)

Отношение приращения энтальпии в отдельной трубе Δh ЭЛ к среднему приращению в элементе Δhm называется коэффициентом тепловой разверки ρq (9.17)

(9.17)

Преобразуем формулу (9.17), выразив Δhm и ΔhЭЛ через (9.15) и (9.7) получим (9.18)

(9.18)

Полученная зависимость показывает связь между коэффициентами тепловой и гидравлической разверок с учетом неравномерности тепловосприятия Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла и конструктивной нетождественности.

Общий подход к анализу надежности работы поверхностей нагрева заключается в следующем: определяются трубы элемента, на которые приходятся максимальные значения ηК и ηm, и минимальные значения ρГ, для этих труб рассчитывают ρq, для трубы с наибольшей тепловой разверкой определяют температуру металла. Если максимальные значения ηК и ηm и минимальное значение ρГ приходятся на разные трубы, то значение ρq и температуру металла определяют для нескольких труб, выбирают трубу с наибольшей температурой и сравнивают с допустимой для металла.

При понижении нагрузки котла, нарушении гидравлического режима и в аварийных ситуациях необходимо обращать внимание не только на сильно обогреваемые трубы, но Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла и на слабообогреваемые.


documentaotixbl.html
documentaotjelt.html
documentaotjlwb.html
documentaotjtgj.html
documentaotkaqr.html
Документ Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла