Файл: Влияние направленного впрыска воды в теплогенераторе на давление получаемой парогазовой смеси.pdf
ВУЗ: Самарский государственный технический университет
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.02.2019
Просмотров: 778
Скачиваний: 10
Никитин М. Н. Влияние направленного впрыска воды в теплогенераторе на давление получаемой
парогазовой смеси //
. 2010. № 6. С. 42--46. URL:
http://science.nikitin-pro.ru/j/Nikitin-IE-2010.pdf
Максимальная паропроизводительность G
п макс
при прочих равных условиях определяется
максимальным расходом воды G
в макс
, при котором вся впрыскиваемая вода испаряется. Решение
указанной системы энергетических балансов позволило получить зависимость паропроизводительности
теплогенераторов обеих конструкций от температур питательной воды.
По приведенной зависимости (Рис. 2) видно, что максимальная производительность
теплогенераторов с направленным впрыском воды G
п макс в
наблюдается при нагреве питательной воды в
кожухах до 100
0
С. Перегрев воды несколько увеличивает паропроизводительность (т.е. при
направленном впрыске пара), но также до определенного значения G
п макс п
. Кроме того, очевидно наличие
минимальных температур питательной воды T
в 0 мин
и T
в 1 мин
, при которых наблюдается минимальная
паропроизводительность G
п мин
. При подаче воды с температурой ниже минимальной, поток воды
испарится не полностью и будет накапливаться в паропроводе.
Были проведены параллельные расчеты систем балансов для обеих конструкций теплогенераторов
(без перегрева воды и с перегревом). Для наглядности, на диаграмме (рис. 2) начальные температуры
подаваемой воды T
в 0 1
(для конструкции без перегрева воды) и T
в 0 2
(для конструкции с перегревом воды)
Никитин М. Н. Влияние направленного впрыска воды в теплогенераторе на давление получаемой
парогазовой смеси //
. 2010. № 6. С. 42--46. URL:
http://science.nikitin-pro.ru/j/Nikitin-IE-2010.pdf
были приведены к единой конечной температуре T
в 1
. Видно, что для достижения одной и той же
конечной температуры воды, начальная температура воды, подаваемой в парогенератор первой
конструкции (без перегрева) T
в 0 1
должна быть выше, чем начальная температура воды для
парогенератора второй конструкции (с перегревом) T
в 0 2
. Особенно это заметно при условии достижения
максимальной паропроизводительности установки. Начальные температуры питательной воды,
необходимые для достижения максимума паропроизводительности заметно отличаются и составляют
T
в 0 п 1
и T
в 0 п 2
для первой (без перегрева) и второй (с перегревом) конструкций соответственно. Отсюда
очевидно преимущество второй конструкции, требующей меньшего нагрева подаваемой воды для
достижения режима впрыска перегретой воды.
Если не учитывать давление дымовых газов в зоне выхода струи воды (пара) из водяного сопла, то
зависимость расхода питательной воды G
в
от давления P
в
при площади выходного сечения сопла F
0
:
G
в
=
μ · F
0
·
√
2· P
в
ρ
в 1
,
где µ = ε
·φ – коэффициент расхода; P
в
– давление питательной воды в сопле, Па; ρ
в 1
– плотность
воды при температуре T
в 1
, кг/м
3
.
Давление смешанного потока (т.е. парогазовой смеси) P
п
можно определить по следующей
зависимости [1]:
∆ P
п
P
ДГ
=
k
в
2·
(
k
в
+
1
)
·
P
ДГ
P
в
·
φ
1
2
· φ
2
2
· λ
в− ДГ
2
(
1
φ
3
+
0.5
)
·
W
п
W
в
· (1+u )
2
−
(
φ
2
· φ
4
−
0.5
)
·
W
ДГ
W
в
· n ·u
2
,
где P
ДГ
– давление дымовых газов, Па; k
в
– показатель адиабаты воды; φ – коэффициент скорости
для каждого сечения; W
п
, W
в
и W
ДГ
– скорости потоков парогазовой смеси, воды и дымовых газов, м/с; u
– коэффициент инжекции; n = F
3
/F
ДГ
– коэффициент, учитывающий площади сечений камер смешения и
сгорания.
Никитин М. Н. Влияние направленного впрыска воды в теплогенераторе на давление получаемой
парогазовой смеси //
. 2010. № 6. С. 42--46. URL:
http://science.nikitin-pro.ru/j/Nikitin-IE-2010.pdf
Аэродинамический расчет теплогенераторов [2] со свободным и направленным впрыском позволяет
составить сравнительную характеристику по важному параметру – давлению получаемой парогазовой
смеси. Графическое отображение полученной сравнительной характеристики парогенераторов
представлено на рис. 3.
Видно, что повышение давления питательной воды в парогенераторах со свободным впрыском до
оптимального значения P
в опт св
приводит к росту давления парогазовой смеси до значения P
ПГС макс св
.
Однако дальнейший рост давления воды приводит к увеличению аэродинамического сопротивления
потоку дымовых газов и, следовательно, снижению давления парогазовой смеси. Увеличение давления
питательной воды в парогенераторах с направленным впрыском выше оптимальных значений P
в опт в
и
P
в опт п
существенно не влияет на давления парогазовой смеси, которые будут равны P
ПГС макс в
и P
ПГС макс п
соответственно.
Также очевидна разница максимальных давлений парогазовой смеси при направленном впрыске
воды P
ПГС макс в
и пара P
ПГС макс п
. Таким образом, перегрев питательной воды до впрыска в поток продуктов
сгорания оказывает положительное влияние на рабочие характеристики теплогенератора. С другой
Никитин М. Н. Влияние направленного впрыска воды в теплогенераторе на давление получаемой
парогазовой смеси //
. 2010. № 6. С. 42--46. URL:
http://science.nikitin-pro.ru/j/Nikitin-IE-2010.pdf
стороны, указанная разница оказывается не большой, что свидетельствует о конкурентоспособности
парогенераторов с направленным впрыском воды в виду простоты их исполнения. Также это
подтверждает надежность работы парогенераторов с направленным впрыском пара, так как при
снижении теплообмена с питательной водой или давления подачи топлива они работают в режиме
впрыска воды, что очевидно не приведет к значительному снижению заявленных параметров
парогазовой смеси.
На рис. 3 также заметно наличие минимальных давлений питательной воды P
в мин
, при которых
наблюдается минимальное давление парогазовой смеси P
п мин
. Равенство минимальных давлений
парогазовой смеси для всех рассматриваемых типов парогенераторов объясняется отсутствием
принципиальных отличий между ними в этом режиме. При давлении воды ниже минимального, она
будет поступать в камеру смешения в недостаточном для существенного парообразования количестве и с
недостаточным для образования струи со значительным импульсом.
Изложенные выше результаты сравнительного анализа смесительных генераторов ПГС
свидетельствуют о целесообразности дальнейшего исследования предложенных в этой статье моделей.
Использованные источники:
1. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 352 с.
2. Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Газовая динамика сопел. – М.: Наука, 1990. – 368 с.
Никитин М. Н. Влияние направленного впрыска воды в теплогенераторе на давление получаемой
парогазовой смеси //
. 2010. № 6. С. 42--46. URL:
http://science.nikitin-pro.ru/j/Nikitin-IE-2010.pdf
3. Патент ВОИС № 005797 A1, F22B 1/26 Парогенератор с мгновенным режимом подачи/ N.E.
Feilden (Великобритания) Заяв. 05.07.02. Опубл. 15.01.04.
4. Патент США № 7146937 B2, F22G 5/12 Конструкция камеры сгорания для парогенератора с
впрыском воды и охлаждением/ T.J. Kraus (США) Заяв. 18.04.05. Опубл. 12.12.06.
5. Группа компаний “Амелин” [электронный ресурс]: официальный сайт производителя. – Режим
доступа: http://amelin.ru, свободный.
6. Johnson Gas Appliance Co. [электронный ресурс]: официальный сайт производителя. – Режим
доступа: http://www.johnsongas.com/industrial/concrete.asp, свободный.
7. Welden Steam Generators, Inc. [электронный ресурс]: официальный сайт производителя. –
Режим доступа: http://www.weldensteam.com/steam3.htm, свободный.
8. Fenimore C.P. Формирование оксидов азота в углеводородных пламенях / Formation of nitric
oxide in premixed hydrocarbon flames: 13th Int Symp. On Combustion. Pittsburg, 1971. – с. 373-380.
9. Фисенко В.В. Новое в термодинамике двухфазных потоков. Теоретические предпосылки и
практические
решения
[электронный
ресурс].
–
Режим
доступа:
http://www.fisonic.com/term.htm, свободный.
10. Белевич А.И., Жуков С.И., Крупцев А.В. Сверхзвуковой струйно-форсуночный аппарат (СФА)
[электронный ресурс]. – Режим доступа: http://npoema.ru/texts/5, свободный.