НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КОТЛАХ

Как отмечалось выше, в период перехода от одного режима к другому аккумулированная в металле и рабочих средах теплота и запаздывание регулирования вызывают кратковременное нарушение материального и энергетического балансов котла и соответственно происходит изменение параметров, характеризующих его работу

В барабанном котле гидравлическая связь между поверхностями нагрева, в которых находится рабочая среда в различных состояниях, осуществляется барабаном. Изменение уровня воды в барабане возможно в определенных небольших пределах во избежание нарушения нормальной циркуляции и вызываемых этим аварий. Допустимое изменение подачи питательной воды в переходный период и нарушение при этом материального баланса котла практически не влияют на тепловосприятие в экономайзере, и количество теплоты, вносимой питательной водой в испарительную систему, не изменяется. При неизменном тепловыделении в топке паропроизводительность котла и температура перегрева пара не изменяются. Возмущение по каналу подачи питательной воды вызывает только изменение уровня питательной воды в барабане (рис. 5, а).

Рис. 5. Тепловые характеристики котла в переходный период: а — при изменении подачи питательной воды; б— при изменении тепловыделения в топке (для барабанного котла); в — при изменении тепловыделения в топке (для прямоточного котла)

Изменение тепловыделения в топке и нарушение энергетического баланса в переходный период приводят к изменению тепловосприятия всех поверхностей нагрева котла. При увеличении тепловыделения в топке повышается паропроизводительность котла. Температура перегрева пара может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от соотношения конвективных и радиационных поверхностей нагрева пароперегревателя При конвективном пароперегревателе увеличение нагрузки на 10 % повышает температуру пара на 5—10 °С.

При неизменной подаче питательной воды уровень воды в барабане изменяется вследствие вытеснения ее паром из труб испарительной поверхности нагрева. При повышении тепловосприятия поверхностей нагрева в первый момент уровень воды в барабане повышается, а затем начинает снижаться.

Зависимость изменения параметров, характеризующих работу котла в переходный период при увеличении тепловыделения в топке, показана на рис.5, б.

В прямоточном котле нет фиксированных конструктивных границ между экономайзерами, испарительными и пароперегревательными поверхностями нагрева. При изменении количества подаваемой питательной воды или тепловыделения в топке границы между отдельными элементами поверхности нагрева перемещаются. При повышении тепловой нагрузки и неизменной подаче питательной воды длина экономайзерной и испарительной частей труб поверхности нагрева уменьшается, а перегревательной части — увеличивается, что вызывает повышение температуры перегрева пара. Увеличение тепловой нагрузки на 10 % повышает температуру пара на 100 °С. При неизменном тепловосприятии и увеличении подачи питательной воды температура перегрева пара снижается. Уменьшение расхода воды на 10% увеличивает температуру пара на 110°С.

Таким образом, в прямоточном котле небольшое отклонение в переходный период тепловой нагрузки или расхода воды приводит к значительному изменению температуры перегрева пара.

Расход пара при изменении тепловой нагрузки остается постоянным или изменяется соответственно с изменением расхода воды. Вследствие изменения границ поверхностей нагрева изменяются масса среды, заполняющей трубы, и соответственно массовый расход пара, который будет больше или меньше расхода питательной воды в данный момент на значение изменения массы среды в трубах. Характер изменения расхода пара при возмущении по каналу тепловой нагрузки показан на рис. 41, в, где заштрихованная площадка характеризует увеличение выработки пара, равное значению переменной массы среды в трубах.

В переходный период в барабанном и прямоточном котлах изменяется теплота, аккумулированная в среде, заполняющей трубы, а также в металле котла. Средой и металлом воспринимается или освобождается количество теплоты, определяемое по формуле

Q_ак = Σ(G_м с_м + G_ср с_ср)θ — Σ(G_м с_м + G_ср с_ср)θ₀

где G_м и G_ср — массы металла и среды до возмущения и после, кг; с_м и с_ср — теплоемкости металла и среды до возмущения и после, кДж/(кг·К); θ₀, θ— температуры металла и среды до возмущения и после, К.

Одновременно изменяется и масса среды, заполняющая котел.

Количество теплоты и массы вещества котла называется аккумулирующей емкостью. Влияние аккумулирующей емкости проявляется различно. При повышении давления часть теплоты расходуется на нагрев среды и металла до новой температуры насыщения. При понижении давления происходит отдача аккумулируемой теплоты, которая идет на парообразование, причем выделяющийся из воды пар идет на приращение паропроизводительности котла в данный момент.

Аккумулированная емкость среды зависит от ее объема и давления в котле. В барабанных котлах аккумулированная емкость среды в 3—4 раза больше, чем в прямоточных.