Процессы тепло- и массообмена при впрыске воды в собственный перегретый пар в настоящее время достаточно изучены по результатам стендовых [127-131] и эксплуатационных исследований [132,133]. Они дают возможность определения длины испарительного участка lисп, поскольку ВПО всегда являются прямыми участками паропроводов. В тех случаях, когда расчетная длина lисп превышает конструктивно возможную, применяются конструкции ВПО, повышающие эффективность процессов тепло- и массообмена при тех же значениях температуры, давления и расхода пара.
Впрыскивающие пароохладители по конструктивному принципу подразделяются на ВПО с цилиндрической защитной рубашкой и струйным распиливающим устройством, с цилиндрической защитной рубашкой и центробежными форсунками, а также с трубой Вентури.
По эксплуатационному использованию ВПО разделяется на: основные в первичном паровом тракте высокого давления; основные в паровом тракте промперегрева (так называемые «аварийные» или низкого давления), пусковые, размещаемые в главных паропроводах на остром паре и в паропроводах горячего промперегрева.
По типу котлов и варианту использования источника воды для впрыска ВПО делятся следующим образом:
- использующие для впрыска питательную воду (в основном, прямоточные котлы, однако не исключаются и барабанные котлы при впрыске питательной воды удовлетворительного качества);
- использующие для впрыска «собственный конденсат» (в основном, барабанные котлы);
- использующие основное распыливание подаваемой питательной воды с помощью центробежной форсунки для уменьшения длины испарительного участка (пусковые ВПО прямоточных и барабанных котлов мощных энергоблоков).
Интенсивность распыливания впрыскиваемой воды различается на процессы первичного и вторичного дробления воды.
При первичном дроблении воды в форсунке наибольшей эффективностью обладают центробежные форсунки с высоким качеством распыливания, под которым понимают высокий коэффициент:
(1-41)
Рис. 1.40. Структурная схема впрыскивающего пароохладителя
где dc — диаметр сопла центробежной форсунки, DK3 — диаметр камеры закручивания в осях входных каналов, dBX — диаметр входного канала воды в форсунку, nвх — число входных каналов. Исходя из условий эксплуатации, принимают Аф = 0,5:1,0 для пусковых ВПО острого пара и Аф = 1,5:3,0 для пусковых ВПО промперегрева.
Вторичное дробление воды паровым потоком в ВПО, из которых наилучшим является ввод воды в эжектирующее сопло трубы Вентури в месте пережима.
Оптимальный способ распыливания выбирается из следующих условий: наличия значительного перепада давления между водой и паром для наиболее эффективного использования центробежной форсунки (следует обеспечить ее эрозионную защиту от износа) и проверки допустимости потери давления пара ввиду размещения трубы Вентури (вся конструкция ВПО будет более сложной).
На рис. 1.40 приведены основные элементы, составляющие ВПО при разном конструктивном решении. В зависимости от параметров и типа котла, в котором устанавливается ВПО, выбирается металл, элементы конструкции, используемые источники воды для впрыска. Режим работы устройства имеет отличительные особенности, однако структурная схема остается неизменной.
Особенность использования трубы Вентури в паропроводе состоит в следующем. На рис. 1.41 показан график изменения давления и скорости по ходу пара в трубе Вентури и места размещения форсунки для ввода воды (1-4). В сечении 2 реализуется наибольшее располагаемое давление между водой и паром и наилучшее распыливание паром впрыскиваемой воды.
Рис. 1.41. Принципиальная схема работы ВПО с трубой Вентури и характеристики изменения основных параметров: 1-4 — место размещения распыливающего воду устройства; кривые изменения давления пара рп, скорости пара wп, разности давления между водой и паром рв — рп, а также потери давления пара в трубе Вентури ∆рвент = P1n — Р2п, lвпо - длина пароохладителя; dTp и dСЖ — диаметры корпуса и пережима в трубе Вентури; ∆рсж — разрежение в месте пережима
В сечении 1 нет дополнительного движущего напора, но смесь воды с паром хорошо перемешивается повышенной скоростью в горловине трубы Вентури. В сечениях 3 и 4 практически нет эффекта распыливания и дополнительного подпора, создаваемого трубой Вентури.
