9.2.3.Расчет контуров циркуляции.

Прежде всего определим связь двух подходов к расчету контура - по гидравлическим характеристикам и по S_ПОЛ. Сумма нивелирных напоров ∆p_НИВ^КОНТ, входящих в гидравлическую характеристику контура

(9.118)

Проведем разделение слагаемых для опускных и подъемных участков

(9.119)

< подъемных на плотность среднюю>

(9.120)

где H_ЭК+ H_ИСП + H_ОТВ = H_ОП = H_К .

Тогда формула (9.119) примет вид

(9.121)

Движущий напор контура циркуляции определен (см.гл.8) в следующем виде

(9.122)

Сопоставление (9.121) и (9.122) показывает, что

(9.123)

В гидравлической характеристике перепад давления в контуре определяется как сумма всех сопротивлений

Проведем преобразование

(9.124)

Таким образом, получим связь между ∆p_КОНТ, S_ДВ и S_ПОЛ. В рабочей точке контура ∆p_КОНТ = 0, из (9.124) получим другую форму этого равенства: ∆p*_ОП = S_ПОЛ .

Из (9.124) выразим зависимость S_ПОЛ от ∆p_КОНТ, и ∆p*_ОП

(9.125)

Следовательно, для определения S_ПОЛ можно взять сумму всех сопротивлений в контуре, кроме ∆p*_ОП, и поменять знак на обратный.

На рис.9.43 показано соотношение между величинами S_ПОЛ, ∆p*_ОП, ∆p_КОНТ и - S_ПОЛ

Таким образом, для определения S_ДВ и S_ПОЛ проводятся те же расчеты, что и при построении гидравлической характеристики. Если к сумме из (9.125) прибавим ∆p*_ОП, то получим формулу для гидравлической характеристики контура ∆р_КОНТ = f(G_Ц). Но можно проводить совместный анализ двух зависимостей S_ПОЛ = f(G_Ц) и ∆р *_КОНТ = f(G_Ц)

Первый способ более удобен для алгоритмизации расчетов при использовании ЭВМ, второй способ лучше приспособлен для ручного расчета, он используется давно и для него более разработана система проверки надежности работы контура.

Рассмотрим методику расчета простого контура циркуляции (рис.9.44а).

Известно: геометрические характеристики контура, давление, h_ЭК, q_Л экранов. Расчет ведется параллельно для трех (минимум) значений скорости циркуляции w₀ или расхода циркуляционной воды G_Ц. Для экранов, непосредственно введенных в барабан (рис.9.44a), w₀ = 0,5…1,5 м/с; а имеющих верхние коллекторы (рис.9.45a) w₀= 0,2…1,2 м/с. Задаются кратностью циркуляции К_Ц^з, определяют недогрев в барабане (∆h^Б_НЕД)³ и ((∆h^Б_НЕД)³ - ∆h_СН).

По уравнению сплошности рассчитывают скорости потока в опускных трубах w_ОП; принимая ρ_ОП ≈ ρ', определяют ∆р*_ОП. Строят график ∆р*_ОП = f(w₀) рис.9.44б. Сечение опускных труб (суммарное) при высоком давлении среды в 2…2,5 раза меньше сечения подъемных труб.

Рассчитывают H_Т.З , H_ЭК и H_ИСП, определяют паропроизводительность контура G_п, . Затем находят S_ДВ и строят график S_ДВ.=f(w₀)

Сопротивление подъемных труб Δр*_ПОД определяется как сумма сопротивления на экономайзерном и испарительном участках. Строят график ∆р*_ПОД = f(w₀) .Вычитая Δр*_ПОД из S_ДВ, определяют полезный напор контура S_ПОЛ (рис.9.44б). Точка пересечения А кривых S_ПОЛ и Δр*_ПОД дает решение уравнения движения - действительную скорость циркуляции w₀^Д, расход среды G_Ц^Д, действительный полезный напор S_ПОЛ^Д. По w₀^Д определяют действительное парообразование G_Ц^Д и кратность циркуляции K_Ц^Д .

После проведения расчета необходимо проверить правильность принятой предварительно К_Ц^з, при большом расхождении расчет повторяется при другом значении К_Ц.

В современных котлах большой производительности подъемные трубы имеют верхний коллектор (рис.9.45а), из которого отводящие трубы транспортируют пароводяную смесь в барабан или выносной циклон. Суммарное сечение отводящих труб выбирают в пределах 30…60% сечения испарительных труб. Желательно вводить отводящие трубы по условиям сепарации в паровое пространство барабана, но при этом следует стремиться, чтобы верхняя точка труб была возможно ближе к уровню воды в барабане (уменьшается Δp_В.У).

Расчет сложного контура циркуляции ведется почти так же, как в предыдущем случае. Отличие заключается в том, что определяется полезный напор контура S_ПОЛ ^КОНТ как сумма полезных напоров экрана (испарительных труб) S_ПОЛ ^ЭКР и отводящих труб S_ПОЛ^ОТВ. Движущий напор отводящих труб S_ДВ^ОТВ невелик, так как мала высота H_ОТВ, а сопротивление этих труб Δр*_ОТВ значительно из - за большой скорости пароводяной смеси и дополнительного сопротивления Δр_В.У. Поэтому S_ПОЛ^ОТВ значительно меньше S_ПОЛ^ЭКР и может быть отрицательным при G_Ц > G_К, (рис.9.45а).

Суммирование S_ПОЛ^ЭКР и S_ПОЛ^ОТВ ведется при G = const.

Рабочей точкой контура А является точка пересечения кривых S_ПОЛ^КОНТ = f(G_Ц) и Δр*_ОП = f(G_Ц), которая дает нам действительные значения G_Ц^Д и S_ПОЛ^КОНТ Действительные значения S_ПОЛ^ОТВ и S_ПОЛ^ЭКР определяются по соответствующим кривым при G_Ц^Д. В нашем случае (рис.9.45б) S_ПОЛ^ОТВ при G_Ц^Д отрицателен, т.е. часть полезного напора экрана затрачивается на преодоление сопротивления отводящих труб. В принципе, это допустимо, если надежность работы контура обеспечена. Иначе надо принимать меры по обеспечению надежности, в том числе и уменьшать сопротивление отводящих труб.

Расчет более сложных контуров циркуляции выполняется по аналогичной схеме, различные детали расчета приведены в нормативном методе гидравлического расчета паровых котлов.