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
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 |
|||
δQt∙ ак — |
\ |
|
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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Qτ 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