Файл: Катковская, К. Я. Надежность работы экранных труб парогенератора с естественной циркуляцией при нестационарных режимах учебное пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 03.11.2024

Просмотров: 15

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР

МОСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

К. Я. КАТКОВСКАЯ

НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ ЭКРАННЫХ ТРУБ ПАРОГЕНЕРАТОРА C ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМАХ

Москва

1974

министерство Высшего и среднего специального

ОБРАЗОВАНИЯ СССР

МОСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

• ■ V. t.∙

•’

**•

"

>* » *%■

• :

 

*

'• •

Кафедра парогенераторов

эХектростанций

К. Я. КАТКОВ СКАЯ

Утверждено

Учебно-методическим управлением МЭИ

в качестве учебного пособия для студентов

НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ ЭКРАННЫХ ТРУБ ПАРОГЕНЕРАТОРА C ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМАХ

Редактор tö. Μ. ТРЕТЬЯКОВ

Москва

1974

УЧ-35Г!8

зЗз.З'О

Надежность работы экранных труб парогенератора с естественной циркуляцией при нестационарных режимах

с

Парогенераторы электростанций работают, как правило,

номинальной производительностью. Однако

бывают пе­

риоды (ночное время, субботние и воскресные

дни), когда

в

соответствии с графиком электрического

и теплового

потребления агрегаты станции несут пониженные нагрузки.

Таким образом, переходные (нестационарные) режимы от

одной постоянной нагрузки парогенератора к другой неиз­

бежны.

Нарушение постоянной нагрузки парогенератора вызы­ вает несоответствие материального (соотношение объемов воды и пара) и теплового балансов (за счет выделения или поглощения тепла металлом и рабочей средой) и, как след­

ствие, приводит к изменению давления в нем. Форсирован­

ное увеличение или быстрое уменьшение паропроизводи­

тельности может сопровождаться большой скоростью изме­

нения (снижения или повышения) давления в парогенера­

торе.

Нестационарные режимы, следствием которых тоже яв­

ляются изменения давления в парогенераторе, могут быть в аварийных ситуациях. При внезапном сбросе нагрузки

турбогенератора с закрытием стопорных клапанов перед

турбиной давление в парогенераторе резко повышается.

В случае аварийного отключения от электрических сетей

одного или нескольких турбогенераторов значительно воз­

растают нагрузки на параллельно работающих агрегатах; это обусловливает увеличение расхода пара и снижение давления в парогенераторах.

Нестационарные режимы парогенератора могут быть и

при нарушении нормальной работы топочных устройств.

Так, например, при пониженных нагрузках парогенератора,

работающего на малореакционном топливе, может произой­ ти погасание факела, что при неизменном расходе пара на турбину приводит к падению давления. Аналогичное явле­

3


ние будет наблюдаться и при аварийном останове молотко­

вых мельниц или отключении пылепитателей.

В барабанном парогенераторе с естественной циркуля­ цией воды нестационарные процессы с резкими изменения­ ми давления оказывают влияние на надежность его работы.

При быстрых снижениях и подъемах давления могут быть

повреждения обогреваемых труб, вызываемые, как и при

постоянных (установившихся) нагрузках, явлениями застоя или опрокидывания циркуляции.

При повышении давления в парогенераторе в связи

с возрастанием температуры насыщения часть тепловос-

приятия подъемных труб расходуется на увеличение коли­

чества тепла, аккумулируемого в металле и рабочей среде.

Доля аккумулируемого тепла в слабообогреваемых трубах

больше, чем в трубах со средним тепловосприятием. Это

объясняется меньшей величиной паросодержания и, соот­

ветственно, большим количеством воды в трубах с понижен­

ным тепловосприятием. Поэтому при подъеме давления значительно увеличивается неравномерность эффективных

тепловых нагрузок обогреваемых труб1, что может явиться

причиной застоя или опрокидывания циркуляции в наиме­

нее обогреваемой трубе.

При снижении давления в парогенераторе происходит

выделение тепла, аккумулированного в металле и рабочей

среде циркуляционных контуров. В опускных трубах при

этом может произойти вскипание воды и образование пара.

При небольших скоростях воды в них (меньше 0,8 M ceκ)

образующиеся паровые пузырьки задерживаются и создают

паровые пробки, что влечет за собой нарушение нормаль­ ного поступления воды в подъемные трубы и, как следст­

вие, застой или опрокидывание циркуляции в слабообогре-

ваемой трубе.

 

 

M ceκ

При скоростях воды в

опускных трубах

больше 0,8

 

паровые пузырьки сносятся потоком воды. Однако наличие

в опускных трубах пароводяной смеси увеличивает их гид­

равлическое сопротивление, что приводит к повышению по­ лезного напора циркуляционного контура (рис. 1).

В подъемных трубах выделяющееся при снижении дав­

ления аккумулированное тепло идет на испарение воды, в результате чего паросодержание и полезный напор кон­ тура возрастают. Повышение полезного напора циркуляци-

1 Эффективное тепло расходуется на испарение воды. Оно равно теп. ловосприятию трубы минус аккумулируемое тепло.

4


онного контура Может явиться причиной застоя или опро­

кидывания циркуляции в наименее обогреваемой трубе.

Надежность экранного контура определяется работой слабообогреваемых груб, поэтому напоры, при которых мо­ гут наблюдаться застой Или опрокидывание, находят по

Рис. 1. Циркуляционные характеристики экранного контура

се давления приращение полезных напоров в трубах с по­ ниженной тепловой нагрузкой будет большим, чем в трубах

со средним тепловосприятием, вследствие

относительно

большего

количества

выделившегося

аккумулированного

тепла. Несмотря

на увеличение напоров, застоя

и опроки-

дывания,

Р3И

 

U

n3K.H

может

достигнуть

полезный напор экрана гпол.д

величины

 

или P0∏ph,

что будет означать

застой или оп­

рокидывание циркуляции в слабообогреваемых трубах кон­

тура.

Для оценки надежности работы парогенератора при

сбросе и подъеме давления необходимо определить мини­

мальные значения скорости изменения давления, при кото­ рых происходит застой или опрокидывание циркуляции.

Эти величины называют допустимыми скоростями измене­

ния давления. Их подсчитывают, используя данные расчета

циркуляции воды в экранных контурах парогенератора при

постоянной нагрузке.

5

Допустимая скорость подъема давления

Наиболее опасным с точки зрения нарушения циркуля­ ции воды в топочных экранах является режим очень быст­ рого подъема давления в парогенераторе. Допустимая ско­

рость повышения давления определяется для наименее обо­

греваемой трубы в экранном контуре, имеющем минималь­

ную тепловую нагрузку, и поэтому работающем с меньши­ ми запасами по застою и опрокидыванию.

Застой (или опрокидывание) циркуляции в слабообогреваемой трубе произойдет, если эффективная тепловая на­

грузка трубы будет

равна

тепловой нагрузке

застоя (или

опрокидывания) :

Qaφ. т — Q3 (onp)j ккалісек.

(1)

Эффективная тепловая

нагрузка трубы при

повышении

давления равна

 

≈ Qt

— ΔQτ. ак,

ккал/сек,

(2)

Q3φ. T

 

 

а количество тепла, аккумулируемое в металле трубы и ра­

бочей среде ,* составит

 

~------ К

Ѵ'ч' ~—

И

δQtак —

\

 

др

 

др

 

 

 

(3)

 

ʌ

d~p

 

,ккал1сек,

+ l∕"γ"-⅛-I

∂tn0a

 

'

 

 

др

 

 

 

\ ’

где объемы воды и пара в трубе рассчитываются по вели­ чине паросодержания:

 

 

 

V" = (1 — φτ)∕Uτ∙

•*’,

 

(4)

 

 

 

 

V" = Tt /о ¿т - m*-

 

(5)

Допустимая скорость повышения давления определяется

издрсовместного решения уравнений (1)-(5): ,

ат¡сек

(6)

 

__ _______________ <?Т

Q3(0πp)

!» lτ ri" ~Z~др

 

 

_

др

(1

 

fa

 

др

 

0T∏ob

ði________ _

 

 

ді'

-ді"

 

 

 

¾.τ⅛ ~~ +

 

~ fτ)

 

ʃɪ'ɪ

T^^ + ?т

 

 

 

* При давлениях выше 30 кг/см? энтальпия насыщенного пара с по­ вышением давления уменьшается, поэтому количество аккумулирован­ ного тепла в паре будет уменьшаться.

6


В уравнениях (1)-(6):

 

наименее

обогреваемой

трубы

Qt — тепловая

нагрузка

 

 

циркуляционного

контура при исходной

постоян­

 

 

ной паропроизводительности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z=

л0

ητpηκ,

ккал/сек,

 

ккал/сек;

(7)

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

контура,

 

 

 

 

 

где Q3K — тепловосприятие

экранного

 

 

 

 

 

n0

— количество подъемных труб в контуре, шт;

 

 

 

ητp — коэффициент

тепловой

 

неравномерности

тепло=

 

 

восприятия разверенных труб; принимается рав­

 

 

ным 0,5;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ηκ — коэффициент конструктивной нетождественности

 

 

трубы, ηκ = 0,95-1,0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q3-тепловая

нагрузка, при которой в наименее обог­

 

 

реваемой

трубе

появляется

застой

 

циркуляции,

 

 

ккал/сек;

нагрузка,

при

которой

в наименее обог­

Qonp — тепловая

 

 

реваемой трубе появляется опрокидывание цирку­

 

 

ляции,

ккал/сек;

 

 

 

 

 

 

ккал/кг •

град;

 

 

 

бм-т — вес металла подъемной трубы,

кг;

 

 

 

 

можно

дісм — теплоемкость

металла

трубы,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

принимать cm = 0,13;

металла стенки

трубы при

 

изменение температуры

 

 

увеличении давления на

1

ат;

принимается равным

 

 

повышению температуры воды на линии насыще­

 

 

ния с изменением

давления на 1

ат. град/ат;

при

 

 

cm = 0,13 величина см-----

ккал/кг •

ат

может опреде-

 

 

ляться по рис. 2;

 

др

в

наименее

 

 

 

паросодержание

φτ — среднее

 

истинное

 

 

 

обогреваемой трубе при исходной нагрузке;

 

 

 

γz, у" — удельный вес соответственно

воды и

пара на линии

fo

 

насыщения при давлении в

барабане при исходной

ді't

 

нагрузке,

кг/м3;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м;

 

 

— сечение подъемной трубы экрана, ж2;

экрана,

 

 

 

Z

— длина наименее обогреваемой трубы

 

 

 

— ---- изменение энтальпии воды наатлинии,

насыщения

др

 

с повышением давления на 1

 

ккал/кг • град;

 

 

ді"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ат,

ккал/кг • град.

 

 

повыше­

—-----изменение энтальпии насыщенного

пара с

нием давления на 1

7


Для экранного контура справедливо уравнение:

Рпол. д = — Ьрэк , кг/м2,

(8)

которое может быть записано и так:

φ∕⅛ap (T' - Y') - рпол. д + ^Рэк > т/м2.

(9)

^Λ79∕O

ккап кг ат

Рис. 2. Комплекс

в зависимости от давления

Примем, что в слабообогреваемой трубе экрана движение

рабочей среды очень медленное и гидравлическое сопротив­

ление близко к нулю, т. е. Арэк — 0. В этом случае среднее

истинное паросодержание в трубе будет равно:

рЭК

 

 

 

1

'‘пол. д

 

 

где

 

 

ζp

———— j

 

 

 

 

ʌnap (T

ï")

 

Рпол.

д — полезный напор экрана при исходной нагрузке,

 

 

кг/M2 ;

 

 

 

 

 

 

Zinap — высота паросодержащей части наименее обогре­

 

 

ваемой трубы,

м;

для экрана с верхним коллек­

 

 

тором ⅛∏ap равна полной высоте трубы между

 

 

коллекторами

 

τ

минус высота

участка

 

 

h∏ap

 

 

∕ι

 

 

 

 

до обогрева

∕⅛0; для экрана без отводящих труб

 

 

 

берется до оси барабана.

 

 

Тепловые нагрузки застоя и опрокидывания циркуляции

подсчитываются по следующим формулам:

 

 

 

 

Q3 — 2wθ3 у" f0 г,

ккал/сек,

( 11 )

 

 

Qonp =2ffiboπpγ"∕o'', ккал/сек,

(12)

8