Гідродинаміка пароперегрівача

Можливі схеми включення пароперегрівача в паровий тракт показані на рис. 15.

Рис. 15. Гідродинамічні схеми пароперегрівачів:

а) схема Ш; б) схема П; в) схема Z

Для встановлення рівномірності розподілу пари по паралельно включених змійовиках пароперегрівача розглянемо роботу вихідного і вхідного колекторів при схемі Z і П. При русі потоку пари в колекторі долаються опори і тому змінюється тиск пари. Опори колекторів на тертя і місцеві втрати (Па) визначаються по формулах:

для вхідного колектора

(85)

для вихідного колектора

(86)

де ξ_вх і ξ_вих - сумарні коефіцієнти гідравлічного опору вхідного і вихідного колекторів (ξ_вх≈0,8; ξ_вх≈1,25); і ω_вх, ω_вих - швидкості пари у вхідному і вихідному колекторах, м/с; ρ_вх і ρ_вих - густина пари у вхідному і вихідному колекторах, кг/м³.

При зміні осьовій швидкості пари від ω_вх до 0 змінюється його тиск:

для вхідного колектора на

,

для вихідного колектора на

.

У вхідному колекторі швидкісний напір витрачається на підвищення тиску, у вихідному – створюється за рахунок зниження тиску.

Вплив швидкісного напору у вхідному колекторі більший дії опору, . Тому тиск в ньому буде зростати по ходу пари і . При цьому . У вихідному колекторі тиск зменшуватиметься:

.

Розподіл тиску в колекторах з врахуванням гідравлічного опору змійовиків Δр_зм для включення секцій пароперегрівача по схемах П і Z показано на рис. 16. Максимальний і мінімальний перепади тиску в пароперегрівачі:

для схеми П

(87)

для схеми Z

(88)

З формул (87) і (88) видно, що схема Z дає велику різницю перепадів тиску для різних сторін пароперегрівача і створює більш нерівномірний розподіл пари по окремих змійовиках. В трубах з мінімальним перепадом тиску проходитиме зменшена кількість пари. При однаковому обігріві змійовиків їх частина видаватиме більш перегріту пару.

Схему включення Ш можна представити виконаною з декількох частин, з’єднаних по схемі П відповідно до числа підведень і відведень пари. При цьому вхідний і вихідний колектори розділяються на короткі ділянки, кожна з яких має декілька змійовиків. Для короткої частини секції пароперегрівача значення Δр_макс і Δр_мін будуть майже однакові, тому схема Ш при рівномірному обігріві змійовиків даватиме найбільш рівномірний розподіл пари по змійовиках.

Рис. 16. Зміни і перепади тиску в колекторах:

а) зміна тиску в колекторах; б) перепад тиску в колекторах пароперегрівача при схемі П; в) перепад тиск в колекторах пароперегрівача при схемі Z

Нерівномірність розподілу пари по змійовиках пароперегрівача при однаковій поверхні їх нагріву характеризується нерівномірністю теплосприйняття

де q_тр і q_ср - теплосприйняття розвіреної труби і середнє теплосприйняття для паралельно включених змійовиків.

Нерівномірність теплосприйняття змінюється в широких межах залежно від місця розташування змійовиків η_т = 0,7-4-1,4 і коефіцієнта гідравлічної розгортки

.

де D_тр і D_ср - масові витрати пари, які проходить через розвірену трубу і середні по паралельно включених змійовиках.

Коефіцієнт гідравлічної розгортки залежить від перепаду тиску в змійовиках і може бути виражений через тиск і питомі об'єми пари:

(89)

де Δр_тр і Δр_ср - опір розвіреної труби і середньої труби змійовика, Па; і v_тр - середній питомий об'єм пари, який проходить через змійовики, і об'єм пари, який проходить через розвірену трубу, кг/м³.

Середня витрата пари, яка проходить через змійовики пароперегрівача

,

тоді теплова розгортка визначиться по формулі

.

Замінюючи в цьому виразі витрату пари через тиск і його питомі об'єми, отримуємо підсумкову характеристику тепловою розгортки труб, а значить і оцінку приросту ентальпії пари по відношенню до середньої у вигляді формули:

(90)

де , - середні питомі об'єми пари з максимальною і мінімальною його витратою в змійовиках.

Допустимий коефіцієнт теплової розгортки в змійовиках пароперегрівача визначається максимально допустимою температурою стінки труби при відповідній ентальпії пари по формулі:

(91)

де , і - найбільша допустима ентальпія пари, кінцева ентальпія пари для труб з середньою витратою і ентальпія пари на вході в трубу, кДж/кг.

Щоб уникнути перегріву труб має виконуватись умова ρ_q<ρ_доп.

Рекомендуються наступні схеми включення пароперегрівача в паровий тракт з врахуванням теплової розгортки змійовиків. Для конвективних пароперегрівачів котлів низького і середнього тиску, а також для проміжних пароперегрівачах надвисоких параметрів доцільно використовувати схеми Ш з рівномірним підведенням і відведенням пари. При стійкій тепловій нерівномірності інколи використовується схема Z, скомпонована так, щоб взаємно компенсувати гідравлічну розгортку і теплову нерівномірність.

Тема 8. Аеродинаміка газоповітряного тракту. Системи газоповітряного тракту. Аеродинамічні опори. Аеродинаміка димаря. Вибір вентилятора і димососа.