Естественная циркуляция
Парообразующие трубы котла, обогреваемые снаружи горячими продуктами сгорания, должны непрерывно охлаждаться изнутри движущейся в трубах водой или пароводяной смесью.
При остановке такого движения (застое) или даже снижении скорости может возникнуть неудовлетворительный отвод теплоты от стенок труб и, как следствие, пережог металла труб.
Непрерывное движение воды и пароводяной смеси по опускным и подъемным трубам, замыкающимся на водяной и пароводяной коллекторы, называется естественной циркуляцией. Процесс естественной циркуляции характеризуется такими понятиями, как контур циркуляции, кратность циркуляции, скорость циркуляции, недогрев до кипения и др.
Рассмотрим работу простейшего контура циркуляции. Схема простейшего контура с естественной циркуляцией воды и пароводяной смеси приведена на рис. 4.4. Замкнутый циркуляционный контур состоит из двух рядов труб: левого ряда 4, обогреваемого теплотой , в трубах которого кипит вода и образуется пароводяная смесь, и правого необогреваемого ряда 2, трубы которого заполнены водой в состоянии, близком к кипению. Ряды труб введены в коллекторы: верхний пароводяной 1 и нижний водяной 3.
Рис. 4.4. Схема простейшего циркуляционного контура |
В левом обогреваемом ряде труб из-за кипения воды образуется пароводяная смесь, плотность которой меньше плотности воды в правом необогреваемом ряде . В результате этого на плоскость I – I, проходящую через нижний коллектор, слева давит столб смеси, заполняющей обогреваемые трубы, а справа – столб воды, заполняющей необогреваемые трубы. Создавшаяся разность давлений, или движущий напор, вызовет движение в контуре. В обогреваемых трубах левого ряда 4 пароводяная смесь будет подниматься, а в необогреваемых трубах правого ряда 2 вода начнет опускаться. В контуре установится естественная циркуляция воды и смеси.
На рис. 4.4 высота опускных труб обозначена . Подъемные трубы имеют две характерные высоты: начальную, называемую высотой экономайзерного участка , и последующую, называемую высотой паросодержащей части . На экономайзерном участке обогреваемого ряда вода при движении вверх нагревается и закипает. Поэтому высоту экономайзерного участка подъемных труб часто называют высотой точки закипания.
Пароводяная смесь, двигаясь вверх, поступает в пароводяной коллектор, где пар отделяется от воды. Отделившаяся вода смешивается с непрерывно поступающей питательной водой и направляется в правый ряд, двигаясь по нему вниз. В результате устанавливается круговое движение. Круговое движение в контуре, или циркуляцию, обеспечивает движущий напор, который представляет собой разность давлений, создаваемых столбом воды в опускных трубах и столбом пароводяной смеси в подъемных. Выражение для движущего напора аналогично выражению для естественной тяги (самотяги) и имеет вид, Па,
, | (4.18) |
где | – | ускорение свободного падения, = 9,81 м/с2 ; | |
– | плотность воды в опускных не обогреваемых трубах, кг/м3 ; | ||
– | средняя по высоте трубы плотность пароводяной смеси, кг/м3. |
В установившемся круговом движении движущий напор расходуется на преодоление сопротивлений в подъемных и опускных трубах, следовательно,
. | (4.19) |
Часть движущего напора за вычетом гидравлического сопротивления в подъемных трубах называется полезным напором
, | (4.20) |
который расходуется на преодоление сопротивления в опускных трубах. Из (4.19) и (4.20) следует, что
. | (4.21) |
Уравнение (4.21) называется основным уравнением циркуляции,
Гидравлическое сопротивление в опускных трубах можно определить по формуле
. | (4.22) |
В подъемных трубах величину можно определить по формуле (4.22), но с заменой и на и соответственно. Зная и , можно рассчитать полезный напор .
Теперь на примере работы подъемных труб познакомимся с кратностью циркуляции.
В установившемся режиме работы котла в трубы подъемного ряда из нижнего водяного коллектора входит вода, а из труб выходит пароводяная смесь. Расход пара, образовавшегося в трубах , кг/с, в несколько раз меньше расхода воды , кг/с, поступающей в трубы подъемного ряда. Отношение расхода воды, циркулирующей в трубах подъемного ряда, к расходу пара, образовавшегося в трубах этого ряда, называется кратностью циркуляции ряда
. | (4.23) |
Подъемные ряды имеют разный обогрев, в них поступает разное количество воды и образуется разное количество пара. Поэтому каждый подъемный ряд имеет свое значение кратности циркуляции. В рядах, расположенных ближе к топке, образуется больше пара, поэтому в них кратность циркуляции меньше, чем в рядах слабо обогреваемых.
Кроме понятия кратности циркуляции ряда существует понятие общей кратности циркуляции всего котла
, | (4.24) |
где | – | суммарный расход воды, циркулирующей во всех подъемных трубах котла, кг/с; | |
– | полная паропроизводительность котла, кг/с. |
Физический смысл кратности циркуляции состоит в том, что она показывает число полных оборотов воды в контуре, совершаемых до тех пор, пока полностью не превратится в пар. Кратность циркуляции рядов, расположенных вблизи топки, = 4 ÷ 10; для всего котла = 40 ÷ 60.
Остановимся на понятии скорость циркуляции. Скоростью циркуляции называется скорость воды на входе в трубы подъемного ряда. Следовательно, м/с,
, | (4.25) |
где | – | площадь сечения труб подъемного ряда, м2 ; | |
– | плотность воды (можно брать на линии насыщения), кг/м3. |
По значению судят о надежной работе подъемных труб. Снижение опасно: оно ведет к уменьшению отвода теплоты от стенок труб движущейся водой. В судовых котлах скорость циркуляции должна быть = 0,3 ÷ 1,5 м/с. Более высокие значения относятся к подъемным трубам, имеющим высокие тепловые нагрузки.
Важной характеристикой циркуляции является недогрев до кипения, который имеет место в барабанах, в опускных трубах и на экономайзерном участке. Рассмотрим недогрев до кипения в верхнем барабане , с которым вода входит в опускные трубы, Дж/кг или кДж/кг.
Из рис. 4.4 видно, что в водяную полость пароводяного барабана поступает питательная вода, как правило, из экономайзера. Поэтому ее энтальпию можно обозначить (за экономайзером). Обычно воду в экономайзерах не нагревают до кипения, так что – (125 ÷ 350) кДж/кг, где – энтальпия кипящей воды при давлении в верхнем барабане.
В водяную полость верхнего барабана из подъемных труб поступает пароводяная смесь. При этом пузырьки пара всплывают, и пар собирается в паровой полости над зеркалом испарения. Отделившаяся от смеси кипящая вода с энтальпией смешивается с водой, поступающей из экономайзера, и направляется в опускные трубы. Следовательно, в опускные трубы поступает смесь кипящей и некипящей воды, имеющей недогрев до кипения , равный
, | (4.26) |
то есть = 3 ÷ 6 кДж/кг.
При движении воды по опускным трубам ее давление возрастает на величину гидростатического столба воды, так что недогрев до кипения при движении воды вниз увеличивается.
Дата добавления: 2014-12-24; просмотров: 1383;