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 2х 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 2ого 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:
2мя катионами Å
2мя анионами y
образуются соли:
В зоне 4 R2 (т.к. a2¯), Rнак , Rст=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 1но фазной среды при вынужденном движении.
Сравним a2 в разных зонах
№ зоны | Вид течения | Примерные значения a2 |
1 | Турбулентное течение однофазной среды при вынужденной конвекции | |
Ламинарное течение однофазной среды при вынужденной конвекции | ||
2 | Турбулентное течение однофазной среды при вынужденной конвекции | |
Ламинарное течение однофазной среды при вынужденной конвекции | ||
3 | Кипение двухфазной среды при вынужденном движении | |
4 | Кризис кипения | |
5 | Турбулентное течение однофазной среды (газа) при вынужденной конвекции |
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.
Вид рабочего тела | Допустимая скорость рабочего тела |
Вода | |
Пар |
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 t2S, 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 QПГ необходимо чтоб на выходе труб x2 < xКР, но мы тогда получим влажный пар, т.е. на выходе
x<0,12 - 0,14.