Аккумулирующая способность котла

Дополнительная масса пара может быть получена за счет аккумулированных в котле массы рабочего тела и теплоты без изменения подачи в котел питательной воды и топлива. Эта возможность играет большую роль в регулировании блоков, особенно при их участии в противоаварийном регулировании энергосистем. Аккумулирующая способность котла используется при понижении давления, следующем за быстрым открытием регулирующих клапанов турбины. Если после увеличения отбора пара в момент времени t0 нет никаких воздействий на тепловыделение в топке котла, то давление свежего пара р0 непрерывно снижается. Расход пара G первоначально возрастает, затем в момент tx возвращается к первоначальному значению (рис. 6.5). Заштрихованная область характеризует массу пара ДМ, которая может быть дополнительно получена от котла и является мерой его аккумулирующей способности.
Общая аккумулирующая способность котла складывается из трех составляющих. Первая из них — теплота, аккумулированная в кипящей воде. При понижении давления на величину происходит изменение энтальпии кипящей воды. Вследствие этого уменьшается количество теплоты, аккумулированной в массе воды Мв. Высвободившееся количество теплоты затрачивается на испарение воды, образуя дополнительную массу сухого насыщенного пара, где г — удельная теплота парообразования.
Второй источник парообразования — теплота, аккумулированная в металле поверхностей нагрева водяной зоны котла. Понижение температуры кипящей воды, сопутствующее снижению давления, увеличивает разность температур между металлом и водой и соответственно количество теплоты, отдаваемой металлом и затрачиваемой на парообразование. Если считать температуру металла равной температуре воды то за счет отмеченного увеличения теплоотдачи может быть получена дополнительная масса насыщенного пара, где М и с — масса металла и его удельная теплоемкость.
За счет теплоты, аккумулированной в металле пароперегревателя и паропроводов, производится перегрев полученного дополнительно пара. Третий источник аккумуляции — масса пара, сосредоточенная в пароперегревателе и паропроводах. Изменение плотности пара Ар при понижении давления вытесняет из объема V пароперегревателя и паропроводов массу пара ДМ3 УД р. В результате в турбину направляется дополнительная масса пара ДМ = ДМх + ДМа + АМ8, которая возрастает с расширением диапазона Др допустимого снижения давления.
Количественной характеристикой аккумулирующей способности котла может служить удельная аккумулирующая способность М/др. или эквивалентная ей динамическая постоянная аккумуляции Т0, имеющая более универсальное значение. Значение Т0 определяется из уравнения материального баланса, которое при неизменном расходе питательной воды имеет вид, где AG —дополнительный расход пара турбиной за счет аккумулирующей способности.
Это уравнение можно переписать в относительных величинах:
Приняв, что для небольших отклонений давления Ар справедлива зависимость AM = k Ар/р0 (/?„ — номинальное давление), получим
Динамическая постоянная аккумуляции Т0 имеет смысл времени, которое мог бы работать котел за счет аккумуляции при полном расходе пара, пока давление не снизится до нуля. Значения Т0 могут быть определены либо расчетным путем по приведенным выше формулам, либо эмпирически по экспериментальным переходным характеристикам котла при быстром открытии регулирующих клапанов турбины и отключенных регуляторах топлива и питания. Как следует из уравнения (6.1), величину Т0 характеризует длина отрезка, отсекаемого на линии нового установившегося режима касательной к переходной характеристике изменения давления.
Значения Т0 для различных барабанных и прямоточных котлов по данным работы приведены на рис. 6.6. Из графиков следует, что для прямоточных котлов величина Т0 очень мала в области низких давлений и существенно повышается с ростом давления. Уменьшение массы воды, аккумулированной в котлах сверхкритического давления, компенсируется увеличением количества теплоты, аккумулированной в металле поверхностей нагрева, а также повышением плотности пара. Вместе с тем для лучшего использования аккумуляции теплоты в металле в таких котлах целесообразно возможно быстрейшее увеличение подачи питательной воды. Величина динамической постоянной аккумуляции котла существенно уменьшается при снижении его нагрузки, особенно на скользящем давлении пара.
Для парогенераторов двухконтурных ядерных энергоблоков мощностью 440—1000 МВт динамическая постоянная аккумуляции Т0 согласно данным ЦКТИ и ЛПИ [41 ] составляет 115—140 с, причем ее значения уменьшаются с ростом единичной мощности блока. Определяющую роль в общей аккумулирующей способности парогенераторов этого типа играет аккумуляция теплоты в воде, за счет которой может быть получено примерно 70 % общей массы пара, дополнительно направляемой в турбину.
Практическое значение имеет не только динамическая постоянная аккумуляции, но и допустимая скорость снижения давления. На рис. 6.7 приведена сравнительная оценка времени, в течение которого котлы различного типа могут отдавать дополнительно пар при понижении давления на 10 %, без изменения мощности топки [1501. Прямоточные котлы (кривые 1—4) допускают очень высокие скорости снижения давления, но в течение непродолжительного отрезка времени. При скорости 4,5 МПа/мин может быть достигнуто повышение пара производительности на 30—35 % в течение 15—25 с. Если ограничиться повышением пара производительности на 10 %, то время, за которое давление на выходе из пароперегревателя снижается на 10 %, составляет 50—75 с. Котлы с естественной циркуляцией (кривые 5—7) могут значительно дольше увеличивать расход пара, но допускают меньшую скорость снижения давления. Ограничения определяются набуханием воды в барабане котла и опасностью парообразования в опускных трубах. При увеличении паропроизводительности на 10—12 %, чему соответствует скорость 0,5 МПа/мин, возможна работа в течение 2—3 мин.