Работа паровых котлов в нестационарных режимах

Лекция №9

Работа паровых котлов в нестационарных режимах

При переходе от одного режима к другому происходит нарушение материальных и энергетических балансов из-за изменения Q_{тепловыд-я}, t_п.в., D_п.в., что нарушает равенство .

Нестационарные процессы сопровождаются динамическими характеристиками, которые показывают изменение рабочих параметров (y) во времени при нанесении возмущения определенной входной величины (Dx). Данные зависимости используют в системах автоматического регулирования.

t₃ = f(аккумуляционная емкость);

Т – время разгона;

t_перех – время переходного процесса.

Математическое описание переходного процесса – экспонента:

Рекомендуемые материалы

 - коэффициент усиления.

Нестационарные режимы в барабанном котле

Изменение уровня воды в барабане h_ур. допускается в узких пределах (± 50мм) из-за:

1. Нарушения в циркуляции (из-за захвата пара в опускные трубы при ¯h_ур.); (h_мин)

2. Брызгоуноса (заброса капель в Пе с паром с ­h_ур.); (h_макс)

Т.к. Dh_ур. = ± 50мм, то значительные отклонения D_п.в. от  недопустимы.

Варианты:

(А)      В = пост. (Q_тепл. = пост.).

 Незначительное отклонение ­D_п.в. (~10%) не влияет на тепловосприятие ЭКО () т.к.:

1) К_эко » пост.   (т.к. B = пост., a₁ = пост.);

2) Dt_эко = пост., т.к. u_г » пост.

Так как Dt_эко @ пост., то

Поэтому Q с питательной водой, вносимое в барабан, не зависит от колебания D_п.в.. Т.к. , то и D_пе = пост. Т.к. Q_эк = пост., В = пост., D_пе = пост., то и t_пе = пост. За счет D_п.в. > D только немного ­h_ур. Если не восстановить D_п.в. = D_пе, то уровень начнет расти и может выйти за верхний предел, что приведет к аварии.

Поэтому h_ур всегда контролируют, несмотря на постоянство ряда параметров (D_пе, B, t_пе).

(Б)       D_п.в. = пост.

Возрастание B на ~10% повышает тепловосприятие, что ведет к ­Q_тепл. всех поверхностей, что ведет к ­D_пе.

Изменение t_пе определяется соотношением . При Р = 10 МПа , т.е. основную роль играет конвективная часть, то с ­D ® ­t_пе.

При Р = 14 Мпа, . С ­D t_пе может немного снижаться.

1 – изменение уровня из-за нарушения материального и теплового баланса;

2 – набухание уровня, т.к. с ­B ® ­X ® ­u_см, т.е. дополнительное вытеснение воды из топочных экранов в барабан;

3 – результирующее изменение h_ур.

Каждой тепловой нагрузке Q_т соответствует определенное паросодержание в испарительных трубах с определенным соотношением V_воды и V_пара.

С ­Q ®   и за счет роста V_пара в первые моменты после возмущения DB вода интенсивно вытесняется и h_ур­. Затем ¯h_ур за счет D_пе > D_п.в. (за счет нарушения материального баланса).

Нестационарные режимы в прямоточном котле

В прямоточном котле нет фиксированных зон (ЭКО, Исп, Пе). В зависимости от изменений в тепловом и материальном балансах границы их зон смещаются (с изменением D_п.в., Q, t_п.в.:

0.

Исходный вариант        D_п.в. = D₀ = пост.;      Q₀ – тепл. реар.

1.

Текущий              D₀ = пост.,     Q₁ > Q₀

При D₀ =пост. положение зон определяется условиями обогрева:

a) Q₁ > Q₀  ®        ®  ­ ® ­t_пе

b) Q₂ < Q₀  ®        ®  ¯ ® ¯t_пе

2. Если Q = пост. и меняется D_п.в.:

a) При ¯D_п.в.  ®       ® ­ ® ­t_пе

b) при   D_п.в.  ®         ® ¯ ® ¯t_пе

Изменение t_пе определяется:

1) расходом D_п.в.;

2) тепловосприятием Q.

Для пароперегревательного участка: . Тогда энтальпия перегретого пара для “0” и “1” вариантов:

,

где  - текущий расход;

        - тепловая нагрузка 1м трубы, .

        - кратность изменения расхода и тепловой нагрузки.

        - энтальпия рабочей среды на входе в пароперегревательную зону.

При переходе от одного режима к другому изменение энтальпии перегретого пара:

                                                                 - приращение энтальпии

                                                                                                   в исходном варианте “0”

Для блока К-200-130 на докритических параметрах (Р = 14МПа, t_пе = 545 ⁰С)

Варианты:

1) D = пост. ® , с ­q на 10% ®  

 ® Dt_пе ~ 100 ⁰C

D = пост.     545          75

                           ^1X18H12T

2) Q = пост. ® , с ¯D на 10% ®

Вывод:

Т.о. в прямоточном котле даже незначительные отклонения в обогреве или расходе среды приводят к значительным изменениям t_пе и к пережогу труб Пе.

t_пе – основной показатель нарушения материального и теплового балансов.

Для t_пе = пост. необходимо точное соответствие Q_i и D_i, чтобы  или .

3) Увеличение D_п.в. пропорционально q, т.е. , тогда Di_пе = 0 ® Dt_пе = 0 ® t_пе = пост.

Переходные процессы в прямоточном котле

При переходе от режима к режиму за счет аккумулирующей способности котла нарушается равенство D_п.в. ¹ D_пе.

При переходе от режима к режиму меняются t_р.с. и t_мет, и меняется количество тепла, содержащееся в объекте, что влияет на изменение .

где  - изменение паропроизводительности за счет аккумулированной теплоты:

.

Варианты:

(А)      При D_п.в. = пост. увеличение B на DB ведет на некоторое время к D_пе > D_п.в. за счет аккумулирующей способности.

.

Прямоточный котел быстрее реагирует на возмущение. Заштрихованная площадь соответствует приросту расхода D_р.с. – D_п.в.. Через t_перех устанавливается новое значение t_пе.

Изменение t_пе зависит:

1) от глубины возмущения DB;

2) от величины аккумулирующей способности G_ак..

При малой G_акк2 на начальной стадии при сохранении постоянства  t_пе может не меняться (- - -).

(Б)       B = пост.        D_п.в. = D_п.в.0 + DD

При неизменном тепловыделении пропорционально D_п.в. постепенно возрастает D_пе до D_п.в. за счет ­D_пе ® ¯t_пе. (см. раньше)

Информация в лекции "2 Эволюционная концепция биологического уровня организации материи" поможет Вам.

(В)       Аккумулирующая способность котла проявляется при регулировании нагрузки энергоблока «КА – ТА». При дополнительном открытии регулирующих клапанов турбины на Dj снижается P₀ и соответственно ¯t_нас. За счет аккумулирующей способности (t_мет > t_нас) временно ­D и временно ¯t_пе.

С ­Dj ® ¯P₀.

Для ­N_э надо ­D₀ ® надо ­Dj ® ¯ P₀ (временно).