Вопрос № 172 Температурный режим по периметру сечения канала для гладких и плавниковых труб.

На рис. 10.8 показаны поля воспринятой теплоты по наружной поверхности при одно­стороннем обогреве применительно к услови­ям работы топочных экранов для сечений труб двух типов: гладкой и плавниковой с симме­тричными плавниками. Из рис. 10.8 следует, что, несмотря на различие в распределении тепловых потоков по периметрам гладкой и плавниковых труб, тепловая нагрузка в окрестности лобовой точки у них примерно одинакова. Различие в тепловой нагрузке по периметру у обеих труб приводит к растечке теплоты по металлу от лобовой зоны, где теп­ловая нагрузка выше, к тыльной части, где она существенно ниже. У плавниковой трубы, кроме того, теплота перетекает вдоль плавни­ка— от вершины к его основанию (корню). В результате тепловая нагрузка под корнем плавника существенно возрастает и при опре­деленных условиях температура в этой зоне поперечного сечения может оказаться больше, чем на лобовой стенке.

Для надежной работы металла важно, что­бы отвод теплоты от поверхности нагрева про­текал при приемлемой температуре стенки, т. е. температуре, допускающей длительную нормальную работу металла. Под расчетной температурой металла труб tст понимается наибольшее местное значение температуры стенки, вычисленное с учетом неравномерностей тепловосприятия по сечению газохода и периметру трубы, растечки теплоты по стен­ке, гидравлической и конструктивной нетож­дественности змеевиков.

Вопрос № 173

Для чего секционируют пароперегреватели на несколько ступеней?

Уменьшение влияния неравномерности обогрева по ширине газохода достигается секционированием пароперегревателя по ширине и глубине с обязательным перебросом полупотоков пара на противоположные стороны газохода. Переброс пара осуществляется либо трубами, либо коллекторами.

Вопрос № 174

Кризисы теплообмена при пузырьковом и дисперсно-кольцевом режиме течения в парообразующих трубах. Кризисы кипения в условиях одностороннего обогрева.

Температурный режим парообразующей трубы при заданном обогреве определяется главным образом паросодержанием, массовой скоростью потока и давлением.

В парообразующих трубах могут возни­кать ухудшенные температурные режимы, со­провождающиеся значительным, иногда опас­ным для металла  температу­ры стенки. Различают ухудшенные темпера­турные режимы при пузырьковом и дисперс­но-кольцевом режимах течения.

При пузырьковом течении пароводяной смеси, хар–ся умеренным паросо­держанием, когда на стенке находится боль­шое количество жидкости (рис. 10.2,а), ее температура сохраняется на достаточно низ­ком уровне. Даже при интен­сивном обогреве она  температуру насыщения всего лишь на несколько десятков градусов.

По мере движения и обогрева на стенке образуется все большее количество пузырь­ков пара, которые затем, сливаясь друг с дру­гом, образуют сплошную паровую пленку, от­деляющую поток жидкости от обогреваемой стенки и резко ухудшающую теплоотдачу. Явление резкого ухудшения теплоотдачи при смене пузырькового режима кипения пленоч­ным называют кризисом кипения, а тепловую нагрузку, соответствующую этой смене режи­мов, — критической

С наступлением кризиса кипения  слой перегретого пара у теплообменной стенки, резко  коэф­фициент теплоотдачи и потому этот процесс сопровождается стремительным  температуры стенки. Обычно такой режим за­вершается разрывом парообразующей трубы. Описанная температурная характе­ристика парообразующей трубы наблюдается при больших тепловых нагрузках и значи­тельной толщине парового слоя у перегретой стенки при пузырьковом режиме кипения.

Д исперсно-кольцевая форма хар–­ся движением насыщенного, пара, в кото­ром капельки жидкости распределены в по­токе пара, а вдоль стенки течет водяная плен­ка (рис. 10.2,6). Для обогреваемой трубы на толщину водяной пленки сильное влияние оказывает интенсивность обогрева. Сплошная водяная пленка еще обеспечивает нормальный отвод теплоты от поверхности нагрева, благодаря чему темпе­ратура стенки поддерживается на допусти­мом уровне. С дальнейшим обогревом водяная пленка сначала утоня­ется вследствие выпаривания и срыва —на стенке остается микропленка. При определен­ной тепловой нагрузке микропленка разруша­ется, появляются отдельные островки и ру­чейки на стенке, число и размеры которых в процессе парообразования . На стенке образуется сплошной паровой слой, а в ядре потока движется слабо перегретый пар, содержащий капли воды, концентрация которых по мере движения . В этих ус–ях капли жидкости могут уже не достигать стенки. Кроме того, капля, по­падая в более горячую зону, испаряется. Уси­ление испарения с более горячей стороны (у стенки) выталкивает каплю в поток. Те­перь теплота передается ч/з сплошной па­ровой слой, резко  коэффициент теплоотдачи, а температура стенки соответст­венно резко . Наступает кризис кипения. Этот кризис вызыва­ется сменой дисперсно-кольцевого течения дисперсным и полным высыханием пленки при высоком паросодержании потока. Кри­зис кипения с полным высыханием пленки может быть даже при малой тепловой нагруз­ке и сравнительно  коэффициенте теп­лоотдачи, так как в этом режиме течения поч­ти вся жидкая фаза превращается в пар. По­следний имеет большой удельный объем, и потому линейная скорость потока существен­но . Кризис кипения, связанный с высыханием пленки, не приводит к столь значительному  температуры стен­ки (линия 2'-3'), как в предыдущем случае.

Кризис кипения в условиях одностороннего обогрева парообразующих труб.

В современных мощных паровых котлах основные парообразующие поверхности пред­ставляют собой настенные топочные экраны, обогреваемые неравномерно по периметру. Характер распределения тепловой нагрузки по периметру трубы настенного топочного экрана показан на рис. 10.3.

Наиболее интенсивный обогрев приходится на лобовую образующую, обращенную в топочную камеру, наименьший обогрев — на тыльную часть периметра, обра­щенную к обмуровке. Неравномерный обогрев вызывает поперечную циркуляцию, способст­вующую перетеканию рабочей среды из обла­сти слабообогреваемых участков периметра к интесивно обогреваемым участкам, возникает также растечка теплоты по периметру за счет теплопроводности металла. Оба обстоятельст­ва активизируют охлаждающее действие рабо­чей среды и потому тормозят возникновение кризиса кипения. Поэтому в неравномерно обогреваемых по периметру трубах кризис ки­пения возникает при значительно более вы­соких значениях чем в трубах, обогревае­мых по всему периметру равномерно. Это означает, что при проектировании поверхно­стей нагрева с односторонним обогревом мож­но предусматривать большие форсировки и принимать (см. рис. 10.3).  допустимых нагрузок без наступления кризиса теплообмена способствует также ис­кусственная турбулизация потока с помощью винтовых вставок, спиральной нарезки на внутренней поверхности трубы и т. д.