Методика гидравлического расчета контура естественной циркуляции

Движущий и полезный напоры контура циркуляции. В паровых котлах с естественной циркуляцией движущий напор возникает при обогреве подъемных труб замкнутого контура в результате образования пароводяной смеси.

Развитое кипение в подъемных трубах начинается выше входа в зону обогрева, так как вода, поступающая по барабанам по опускным трубам в нижний коллектор контура, недогрета до температуры кипения. Участок недогрева воды до точки закипания называют экономайзерным. Таким образом, высота подъемных труб контура циркуляции разделяется на участок до начала обогрева Н_до, экономайзерный Н_эк и парообразующий Н_пар. После выхода из зоны обогрева (топочной камеры) пароводяная смесь поступает в верхний коллектор, который соединен с барабаном пароотводящими трубами высотой Н_отв. Последние отводят в барабан пароводяную смесь, и контур замыкается. Насыщенный пар отделяется в барабане и уходит на подогрев, а вместо него (по массе) в барабан поступает питательная вода из экономайзера.

В результате на участке высотой Н_до + Н_эк в опускных и подъемных трубах контура находится вода, плотность которой мало отличается: r_оп»r_до»r_до, поскольку недогрев воды до кипения в опускных трубах небольшой. Обычно в расчетах принимают r_оп=r_до=r_до=r¢, т.е. равной плотности воды на линии насыщения при давлении в барабане.

Движущий напор в циркуляции создается только на паросодержащем участке подъемных труб:

S_дв = (Н_пар + Н_отв) (r¢-`r_см )g.

Используя выражение, окончательно получаем

S_дв= (Н_пар + Н_отв)`j (r¢-r¢¢)g.

Определение движущего напора прежде всего требует знания высоты точки закипания в контуре.

Высота экономайзерного участка определяется, исходя из равенства двух выражений: количества теплоты, которую необходимо передать в единицу времени воде до подогрева ее до кипения на экономайзерном участке

Q_эк = ∆ h_нед G₀

При более точном расчете необходимо учитывать, что с подъемом воды вверх происходит некоторое уменьшение абсолютного давления, при этом энтальпия и температура кипения будут несколько уменьшатся, отчего точка закипания немного снизится.

В паровых котлах с кипящим экономайзером ∆ h_нед будет иметь небольшое значение (так как давление в нижнем коллекторе выше, чем в барабане) и определение Н_эк не обязательно.

При установившемся режиме движущий напор в контуре циркуляции тратится на преодоление сопротивления в опускных ∆р_оп и подъемных (включая пароотводящие) ∆р_под трубах:

S_дв = ∆р_оп + ∆р_под

Избыточную часть движущего напора, который остается после преодоления гидравлического сопротивления в подъемных звеньях контура, называют полезным напором циркуляции:

S_пол = S_дв - ∆р_под

Из сопоставления получаем основное уравнение циркуляции

S_пол = ∆р_оп

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

Методика расчета контура циркуляции

Расчет контура циркуляции сводится к определению скорости циркуляции w_0. Исходя из уравнения S_пол = ∆р_оп действительным условиям отвечает только такая скорость w₀, при которой найденные по независимым друг от друга выражениям ∆р_оп и S_пол будут равны. Однако S_пол и ∆р_оп являются функцией искомого значения w₀.

Значение S_пол находят по формуле, предварительно определив S_дв и ∆р_под. Последнее определяют по участкам с одинаковыми (или усредненными) конструктивными тепловыми и физическими характеристиками

∆р_под = ∆р_до + ∆р_эк + ∆р_пар + ∆р_отв

Расчет сопротивлений производят для одной усредненной по всем показателям трубы контура (элемента). Исходной расчетной величиной является искомая скорость w₀ .

Скорость воды в опускной трубе определяется из условия сплошности движения в контуре G_оп= G_под = G₀ по соотношению суммарного сечения подъемных å¦₀ и опускных å¦_оп труб контура.

Сопротивление опускных труб ∆р_оп также зависит от искомой скорости w₀ . Значения скоростей циркуляции w₀ , м/с, в контурах барабанных котлов находятся обычно в следующих пределах:

Экраны, непосредственно введенные в барабан……………0,5-1,5

Экраны, имеющие верхние коллекторы…………………….0,4-1,2

Двусветные экраны…………………………………………...0,5-2,0

Расчету циркуляции предшествует тепловой расчет топки парового котла и определение конструктивных характеристик его циркуляционных контуров.