Гідродинаміка котлів з багатократною примусовою циркуляцією

В котлі з багатократною примусовою циркуляцією опір випарної системи долається за рахунок тиску, який створюється циркуляційним насосом. Кратність циркуляції к = 6-10. Гідравлічна характеристика витка таких котлів так само, як і в прямоточних котлів, визначається виразом

де коефіцієнти А, В, С ті ж, що і у формулі (73).

Внаслідок значної кратності циркуляції ентальпія води, яка поступає у випарну систему, навіть при недогріванні води в економайзері буде близькою до ентальпії при температурі насичення і економайзерна ділянка витка буде значно меншою, ніж в прямоточному котлі. Відповідно буде меншим опір між початковою і кінцевою ділянками витка. В результаті гідродинамічна характеристика буде стійкішою, ніж в прямоточного котла.

Внаслідок збільшеної витрати робочого тіла в циркуляційній системі необхідне використання багатьох паралельно включених витків. Масова швидкість у витках за умовами запобігання розшаруванню пароводяної суміші і забезпечення інтенсивного тепловідводу від стінки труби має бути ρω = 1100-1500 кг/(м²∙с). Теплова розгортка в паралельно включених витках може бути великою і визначається по формулі (44). При цьому початковий паровміст у витку приймається х =0, а кінцевий х _кін=1/ к. Відповідно середній паровміст х _ср=0,5/ к. Значна довжина витків і мале значення Δh_ек створюють умови для виникнення пульсацій.

В метою зниження впливу теплової нерівномірності і запобігання міжвиткової пульсації необхідне встановлення шайб на вході води в труби змійовиків. При встановлені шайб теплова нерівномірність визначається по формулі:

(76)

де Δh_макс і Δh_ср - максимальний і середній в поверхні нагріву приріст ентальпії, кДж/кг.

Значення решти величин, які входять в цю формулу, вказані раніше.

В результаті встановлення шайб відбувається перерозподіл витрати пароводяної суміші по витках, що наочно видно з гідродинамічних характеристик витків з максимальним і середнім теплосприйняттям без шайб і з шайбами, показаними на рис. 13. Витрата води через витки з максимальним теплосприйняттям за наявності шайб наблизиться до середньої, а значить, зменшиться вплив теплової нерівномірності.

Основи гідравлічного розрахунку котлів з багаторазово примусовою циркуляцією. Метою такого розрахунку, як правило, є виявлення надійності випарних поверхонь нагріву при його прийнятих конструктивних характеристиках і визначення подачі і тиску циркуляційних насосів.

Перепад тиску в елементах системи (Па) визначається як сума перепадів тиску в окремих ділянках:

(79)

Перепад тиску в ділянках (Па) визначається по формулі:

(80)

де - втрати тиску в дросельній шайбі, від тертя, в місцевих опорах, нівелірна і на прискорення потоку, Па.

Втрати тиску в дросельній шайбі, Па:

(81)

де d, d_ш - діаметри труби і отвору шайби, м; ρ - густина води, кг/м³; ω - швидкість води в трубі, м/с; ξ₀ - коефіцієнт опору шайби, при d/d_ш=0,2-0,4, ξ₀=2-4,5.

Можна приймати, що економайзерні і перегріваючі ділянки дорівнюють нулю, тоді втрата тиску від тертя і в місцевих опорах в витку визначається по формулах (17) і (19). При цьому довжина витка, м:

,

де l і l _до - повна і необігріваєма довжини витка, м.

Нівелірний перепад тиску (Па) при до критичному тиску визначається як алгебраїчна сума мас середовища на окремих ділянках. При відсутності економайзерної і пароперегріваючої ділянок:

(82)

де l _вип - висота випарного витка, м; - середня питома вага середовища у випарних ділянках витка, Н/м³.

Для ділянок з підйомним рухом нівелірний перепад тиску приймається з знаком плюс, а для опускних - з знаком мінус.

Втрата тиску від прискорення потоку при до критичному тиску в котлі не враховується.

На основі результатів розрахунку втрат тиску в елементах випарної системи при різних режимах її роботи, як правило, при витратах середовища відповідно 15, 50, 100 і 150% від розрахункової продуктивності котлів, можуть бути побудовані їх гідравлічні характеристики G=f(Δp), які дають можливість перевірити надійність циркуляції в кожному елементі системи і виявити їх гідравлічну і теплову розгортку.