Гидродинамика опускных труб и ее влияние на надежность циркуляции.

Надежная работа подъемных труб цирку­ляционного контура обеспечивается непре­рывной подачей к ним воды в необходимом количестве. Уменьшение подачи воды через опускные трубы при интенсивном обогреве подъемных труб приводит к недостаточному охлаждению и затем перегреву металла этих труб. Такая ситуация является аварийной, по­скольку обычно она завершается разрывом обогреваемых парообразующих труб. При пол­ном прекращении питания температура стенки обогреваемых труб может возрастать со ско­ростью до 20—25. Достаточно 10—15 с, чтобы в этих условиях вывести из строя агрегат.

Недостаточный по условиям температурно­го режима парообразующих труб расход воды через опускные трубы вызывается либо их большим гидравлическим сопротивлением, ли­бо захватом в них пара.

Гидравлическое сопротивление опускных труб.При анализе работы опускных труб раз­личают два случая: подача воды из экономай­зера в барабан при температуре насыщения (кипящий экономайзер ) и подача воды при температуре, меньшей температуры на­сыщения (некипящий экономайзер ).

При кипящем экономайзере температура воды на входе в опускные трубы(рис. 12.15,а). По пути движения воды в ба­рабане до входа в опускные трубы ее скорость ничтожна и потому скоростным напором за счет непараллельности стенок барабана мож­но пренебречь.

Изменение давления возникает только вследствие роста гидростатического давления по линейному закону (линияна рис. 12.15,6). На входе в опускные трубы дав­ление больше, чем давление на уровне воды в барабане, на величину (отрезок)

При входе в опускные трубы скорость воды существенно возрастает, что связано спони­жением статического давления как вследствие создания скоростного напора, так и из-за не­избежных потерь энергии на преодоление местных сопротивлений. В связи с этим дав­ление на входе в опускные трубы уменьшится на (отрезок)

При дальнейшем движении воды по опуск­ным трубам давление снова возрастает вслед­ствие увеличения гидростатического давления столба воды по линии , достигая превыше­ния давления по сравнению с давлением на входе на величину:

а с учетом потери давления на преодоление сопротивления трения и в местных сопротив­лениях

где

Из рис. 12.15 следует, что при движении воды по опускным трубам давление неуклон­но повышается, за исключением только на входе воды в опускные трубы, где имеет место некоторое понижение давления. Однако, если принять, что т. е.

то, как следует из рис. 12.15,6, давление во­ды в любой точке опускной системы будет превышать давление на уровне воды в бара­бане Увеличивающемуся давлению отве­чает соответствующее распределение энталь­пии кипящей воды ( на рис. 12.15,в). Действительная энтальпия воды в любом се­чении опускных труб равна отвечает дав­лению на уровне воды в барабанеи в от­сутствие обогрева опускных труб постоянна (линия). Горизонтальные участки, заклю­ченные между этими линиями, выражают не догрев воды до кипения в соответствующих

сечениях опускных труб; например. Недогрев до кипения в сечениивыражается отрезком Следовательно, при выполнении условия в необогреваемых опускных трубах закипание воды, а следовательно, и образование пара невозможно.

Если падение давления на входе в опуск­ные трубы будет равно или превышать то в месте входа в опускные трубы давление воды понизится настолько, что она окажется перегретой при давлении в барабане и вскипит в зоне пониженного давления. Образовавшиеся пузырьки пара будут уно­ситься вместе с циркулирующей водой в опуск­ные трубы, где давление выше и вода окажет­ся недогретой до кипения и потому пузырьки пара сконденсируются. Для полной конденса­ции пара необходимо время. В результате пузырьки пара уносятся потоком воды доволь­но далеко и опускные трубы на значительном протяжении заполняются не водой, а парово­дяной смесью. Заметно растет сопротивление опускных труб, несколько уменьшается движу­щий напор циркуляции. Наличие небольшого количества пара в опускных трубах не опасно. Попадание пара в опускные трубы. Основ­ными причинами появления пара в опускных трубах являются:

1) образование паровых воронок на входе в опускные трубы и прямое попадание через них пара из парового объема барабана;

2) увлечение циркуляционной водой пу­зырьков пара из водяного объема барабана.

Образование паровых воронок.Надежность парообразующих труб понижается при образо­вании пара в зоне пониженного давления на входе в опускные трубы, когда не выдержи­вается условие (12.26). В этом случае обра­зовавшийся пар может соединиться с неизбеж­ными углублениями уровня на зеркале испа­рения, образуя паровую воронку (см. рис. 12.15,а), через которую пар из парового объема барабана поступает в опускную систе­му уже в больших количествах, нарушая и расстраивая циркуляцию воды в контурах. Воронкообразование может происходить в кот­лах с естественной и принудительной цирку­ляцией. Задача предотвращения образования паровых воронок решается созданием опреде­ленного запаса высоты уровня в барабане над входом в опускные трубы. Вероятность обра­зования паровых воронок возрастает с увели­чением диаметра опускных труб. В соответст­вии с Нормативным методом

гидравлического расчета паровых котлоагрегатов

Рис. 12.16. К выбору минимальной высоты уровня воды над входом в опускные трубы.

отношение минимальной высоты уровняк диамет­ру опускных труб определяется по рис. 12.16.

При некипящем экономайзере температура поступающей в барабан питательной воды ни­же температуры насыщения. Эта вода, пере­мешиваясь с котловой водой, образует смесь с температурой, меньшей температуры насы­щения при давлении на уровне воды в бара­бане. С такой температурой вода по­ступает в опускные трубы. Этот недогрев эквивалентен недогреву воды до кипения, соз­даваемому запасом высоты уровня воды в ба­рабане.

Ввиду сложности и неудобств в эксплуа­тации недогрев до кипения воды в барабане для стабилизации работы опускных труб обычно не используется. Как и при кипящем экономайзере , стабилизация работы опускных труб при некипящем экономайзере обеспечивается предотвращением об­разования паровых воронок над входом в опускные трубы. Недогрев же до кипения воды на входе в опускные трубы прирассматривается как повышение запаса на­дежности.

Захват пара из водяного объема барабана. Нормальное поступление воды в опускные трубы может нарушаться вследствие захвата в них пара из водяного объема барабана. Пу­зырьки пара, находящиеся под уровнем воды в барабане при значительной скорости ее по­токов, движущихся к опускным трубам, не успевают выделиться и уносятся этими пото­ками в опускные трубы. Такие условия могут возникать, например, при близком расположе­нии вводов парообразующих труб в барабане и выводов из него опускных труб. Захват пара в опускные трубы предупреждают соот­ветствующей организацией потоков воды, на­пример установкой перегородок или сепара­цией пароводяной смеси в циклонах.