Общие характеристики процессов, происходящих в парогенерирующей трубке

Лекция №2

Общие характеристики процессов,

происходящих в парогенерирующей трубке.

Рассмотрим ПГ трубу

Рабочее тело внутри вынужденное движение. Давление рабочего тела, т.к. пренебрегаем потерями давления теплоносителя в межтрубном пространстве, охлаждение до , соблюдём принцип противотока при теплообмене.

Теплогидравлические процессы по зонам можно условно разделить на  5 зон.

1) , т.к. стенка охлаждается рабочим телом с (). Зона – не кипящий экономайзер, режим течения – однофазная среда при вынужденной конвекции;

2) , но , т.е. вода в большом объёме ещё недогрета до , зона – кипящий ЭКО (т.к. пристенночном слое пузырьковое кипение),режим течения – конвективный теплообмен, немного усиленный, за счёт турбулизации пристеночного слоя;

Общее: скорость рабочего тела целесообразно выбирать так, чтобы был турбулентный режим течения, т.к.  возрастает в 520 раз по сравнению с ламинарным режимом течения.

Рекомендуемые материалы

3) , . Зона – испаритель, режим течения – развитый пузырьковый при кипении с вынужденным движением, переходящий в кольцевой или дисперстно-кольцевой.

Характеристики: стенки покрыты плёнкой воды, а в ядре потока – пар, среда 2^х фазная. При уменьшении P₂ возможно слияние парового – пузырькового и образование снарядного режима течения,  a₂- предсказать заранее нельзя.

4) Плёночный режим с высыханием плёнки и переход в дисперсный режим. В  паровом потоке капли влаги. Высыхание плёнки ® зона ухудшенного теплообмена. Эту часть ИСП – называют испаритель с ухудшенным теплообменом.

Кризис теплоотдачи 2^ого рода.

(т.е. больше пара, чем воды), - энергетические формулы для оценки .  уменьшается в 100¸1000 раз Þ повышается температура стенки.

Если теплоноситель высоко температурный, т.е. если

,

то возможен пережог теплообмена трубки. Положение усугубляется тем, что здесь идёт интенсивное отложение накипи на стенки трубы. Это объясняется тем, что растворимость примесей в паре на 2-3 порядка меньше, чем в воде, а питательная вода всегда вносит какое-то количество солей жидкости.

Соли жидкости образуются:

2^мя катионами Å   

2^мя  анионами y

образуются соли:

В зоне  4  ­ R₂ (т.к. a₂¯), ­ R_нак , R_ст=const, R₁=const.

Запишем уравнению теплопередачи :

, где

dF - площадь элементарного участка ПТО,

dQ - тепловой поток, (кВт);

q - удельный тепловой поток:

;

, если k¯¯¯ значит q¯¯¯

Рассмотрим теплоотдачу от теплоносителя к стенке:

¯, ­ !

В зоне ухудшенного теплообмена ничего кроме неприятностей нет.

5) Характерно высыхание капель влаги и переход среды в однофазную (газообразную), поэтому  увеличивается, соответственно  увеличивается. Зона – ПП (пароперегреватель), режим течения – конвективный теплообмен 1^но фазной среды при вынужденном движении.

Сравним a₂ в разных зонах

При увеличении температуры теплоносителя на входе t₁ необходимо использовать в ПП жаропрочные, высокотемпературные стали и применяют меры к повышению a₂ за счет увеличения скорости.

Например: при вынужденной конвекции

,

где критерий Нуссельта,  критерий Рейнольдца,  - поправка на температуру,  - поправка на длину

Минусы повышения скорости:

В экономайзере при большой скорости происходит смыв окисной пленки с металла, который защищает его от коррозии, поэтому при высоких скоростях интенсивно развивается межкристаллическая коррозия.

Запишем уравнение расхода:

 , где

- массовый расход;

- удельный объем;

 - площадь поперечного сечения трубки;

 - скорость рабочего тела.

В зонах 1 и 2 w₂ = const, v (воды) слабо зависит от температуры и от давления

В зонах 3 и 4 среда уже двухфазная, следовательно, объем, и скорость зависят от степени сухости x, с ростом степени сухости увеличивается удельный объем и соответственно и скорость 

 

В зоне 5 находится пар, состояние которого описывается уравнением:

С ростом температуры пара увеличивается удельный объем и соответственно и скорость 

Расходные режимы ПГ трубки

Запишем уравнение теплового баланса по всем пяти зонам

, где

 - мощность

 - усредненная теплоемкость по всем пяти зонам

Д - паропроизводительность

А теперь запишем уравнения теплового баланса по каждой из зон отдельно

1)

2)

3)

4)

Если  , а изменяется, то изменяются  t и h на границах участков, следовательно,  изменяются и сами участки. При малых  и ) уменьшатся длины участков ЭКО и ИСП и увеличится длина ПГ, следовательно,  увеличится и температура рабочего тела t₂’’. При достаточно больших  трубка может превратиться в один экономайзерный участок.

Все это усложняет конструкцию и эксплуатацию приточных ПГ.

Виды испарителей

1. Прямоточный – это такой испаритель, в котором заданные параметры пара достигаются при однократном проходе рабочего тела через ПТО. В прямоточных испарителях всегда есть поперечные трубки, где происходит пульсация расхода, однако, это происходит лишь при наличии ЭКО участка. Если в ИСП подавать питательную воду с температурой кипения t_2S, то пульсаций не будет.

Рекомендуем посмотреть лекцию "50 Четырехпроводная схема смены направлений".

2. Испаритель с многократной циркуляцией рабочего тела.

2.1.ЕЦ – естественная циркуляция

2.2.МПЦ – многократная принудительная

Для увеличения  Д - паропроизводительности при постоянном Q_ПГ необходимо чтоб на выходе труб x₂ < x_КР, но мы тогда получим влажный пар, т.е. на выходе

 x<0,12 - 0,14.