yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Різні конспекти лекцій->Содержание->13 ТЕПЛООБМЕН В ЭЛЕМЕНТАХ ПАРОВОГО КОТЛА. МЕТОДИКА КОНСТРУКТИВНОГО И ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА

Котельные установки промышленных предприятий

13 ТЕПЛООБМЕН В ЭЛЕМЕНТАХ ПАРОВОГО КОТЛА. МЕТОДИКА КОНСТРУКТИВНОГО И ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА

 

13.1 Теплообмен в элементах котла

По определяющему способу передачи теплоты от газов поверхности нагрева принято условно разделять на радиа­ционные, полу радиационные и конвективные. К радиаци­онным поверхностям относят экраны, фестоны, паропере­греватели, расположенные в топке. Полурадиационными поверхностями являются ширмовые поверхности нагрева - ширмовые поверхности пароперегревателя и испаритель­ные поверхности нагрева, расположенные за топкой. Да­лее по ходу газов в газоходах котла располагаются кон­вективные поверхности нагрева: испарительные и пароперегревательные   поверхности   нагрева,   экономайзеры и воздухоподогреватели. К экранам, расположенных в слоевых и факельных топках перенос теплоты радиацией составляет более 90 %, к экра­нам топок с кипящим слоем 70÷80 %. В ширмовых поверх­ностях нагрева, расположенных на выходе из топки, тепловосприятие за счет радиации составляет 60÷70 %. Далее теплоты, передаваемой конвекцией, увеличивается и со­ставляет в пароперегревателе 70÷80%, а в воздухоподогревателя—более 95%.

13.2 Теплообмен в топке

В топке одновременно происходят горение топлива и сложный радиационный и конвективный теплообмен меж­ду заполняющей ее средой и поверхностями нагрева.

Источниками излучения при слоевом сжига­нии топлива являются поверхность раскаленного слоя топ­лива, пламя горения летучих веществ, выделившихся из топлива, и трехатомные продукты сгорания СО2, SО2 и Н2О. При факельном сжигании пыли твердого топлива и мазута источниками излучения являются центры пламени, образу­ющиеся вблизи поверхности частиц топлива от горения летучих, распределенных в факеле, раскаленные частицы кокса и золы, а также трехатомные продукты сгорания. При горении жидкого топлива из­учение частиц топлива незначительно. При сжигании газа источниками излучения являются объем его горящего факела и трехатомные продукты сгорания. Наиболее интенсивно излучает теплоту пламя горящих летучих веществ, выделяющихся при горении твердого и жидкого топлива.

Менее интенсивно излучение горящего кокса и раскален­ных частиц золы, наиболее слабым оказывается излучение трехатомных газов. Двухатомные газы практически не из­лучают теплоту. По интенсивности излучения в видимой области спектра различают светящийся, пол светящийся и несветящийся факелы.

Применительно к идеальной системе с полусферичес­ким излучением абсолютно черного тела и с равновесной температурой в вакууме общий удельный поток энергии выражается законом Стефана—Больцмана, который пос­ле интегрирования исходной зависимости имеет вид

                                                Вт/м2 ,                                        (13.1)

 

где Е0 — общий удельный поток энергии, Вт/м2,

с0 — ко­эффициент излучения абсолютного черного тела;

Т — абсо­лютная температура, К.

Тепловосприятие

                                             Вт,                                 (13.2)

где Т1 , Тn — температуры излучающей и тепловоспринимающей поверхности, К.

Условия радиационного теплообмена в топке отличают­ся от идеальных условий, соответствующих передаче энер­гии излучения, а именно:

1. Среда в топке и ограждающие ее поверхности не яв­ляются абсолютно черными телами. Часть энергии топки поглощается непрозрачной топочной средой (частицы кокса и золы), а часть возвращается обратно.

В результате излучающая способность

                                        ,                             (13.3)

где  — интегральный или средний коэффициент теплового излучения серого тела;

с—коэффициент излу­чения серого тела, Вт/м2К.

2. В топке имеет место пространственное и несимметрич­ное поле температур излучающей среды. Мак­симальна температура в ядре факела, а на выходе из топки она минимальна и ниже на 700÷800 °С максимальной. Разность температур по се­чению вблизи экранов в центре топки составляет 200÷300 °С, а неравномерность температур на выходе из топки 50÷100 °С. В итоге процесс лучистого теплообмена существенно усложняется.

 

13.3 Расчет теплообмена в топке

Количество тепла переданное в топке определяется разностью между полезным тепловыделением и энтальпией газов на выходе из топки.

1.     Полезное тепловыделение в топке

                                                       (13.4)

Величина QТ определяется из располагаемого тепла топлива за вычетом топочных потерь тепла внешнего подогрева воздуха QВН + тепло внешнего воздуха или циркулирующих газов

                                  ,               (13.5)

r – доля рециркуляции газов

Iг от – энтальпия рециркулирующих газов в топке их отбора

2.                                                                                             (13.6)

температура в ядре факела

Максимальная при условии отсутствия теплообмена с экранами топки.

ci – находят методом последних приближений

3.  температура газов на выходе из топки. Выбирается по характеристикам топлива.

4. Удельное тепловосприятие топки

                                           , кДж/кг                                     (13.7)

где φ – коэффициент сохранения тепла газов, воспринимающих дольной поверхностью нагрева.

 

13.5 Геометрические характеристики топочной камеры

 

1.                      Объем топки (VТ) – характеризует границы объема топочной камеры.

Граница определяются по оси экранных труб или экранных поверхностей нагрева топки.

2.                      Полная поверхность стен топки определяется по рядам поверхностей ограничиваемых объем топки

                                        Fст = Fсв + Fш zш + Fпр zпр,                                   (13.8)

Fш – площадь ширм 

Fпр – площадь прилегающих к ширмам экранов 

zш и zпр –коэффициент, учитывающий неравномерности освещения ширм прилегающих к ним экранов.

3.                      Относительный уровень расположения горелок

                                                       ,                                               (13.9)

hТ – высота горелки

НТ – высота топки опред до середины газового окна от середины холодной воронки.

4.                      Угловой коэфф.  показывает отношение Нлэ (лучевоспринимающей поверхности) к Fcтэ к площади стен покрытых этими экранами, т. е.  характеризует долю подающего потока лучистой энергии ко всему потоку излучаемой энергии

D/= 1   Hлэ = Fстэ =n l d,

где n  - количество труб,

l – их длина;

d – их диаметр.

5.                      Степень экранирования топки

                                                     ,                                                  (13.10)

 

где НЛ – все лучевоспринимающие поверхности;

FС – площадь стен.

При камерном сжигании FС включается площадь холодной воронки, при жидком шлакоудалении площадь пода топки, + площадь выходного окна газового тракта.

6.                      Коэффициент тепловой аэрореактивности ψ. Чистые экраны не излучают, но в процессе работы загрязняются, вводится  - коэфф. Загрязнения

                                                       ,                                                 (13.11)

где  загрязняющего экрана;

чистого экрана;

для различных видов топлив различны (газ – 0,65, мазут – 0,55, уголь – 0,4 – 0,45, сланцы – 0,25).

                                                                                                       (13.12)

                                                                                   ,                                                               (13.13)

где угловой коэффициент.

Коэффициент  характеризует отношение воспринятом экраном лучистой тепловой энергии к падающей на них лучистой энергии.

 

13.6 Методика конструктивного и поверочного расчета

 

Различают конструктивный и поверочный расчеты котла. Целью конструктивного расчета является определение площадей поверхности нагрева элементов котла при заданных паропроизводительности, параметрах пара и характеристиках топлива. Целью поверочного расчета является определение параметров, характеризующих тепловую работу элементов котла при заданном топливе и режиме работы.

 

13.6.1 Конструктивный расчет топки расчет топки

Площадь поверхности стен топочной камеры

                                    ,                        (13.14)

где Та - адиабатная температура;

ВР - расчетный расход топлива;

QЛ - кол - во тепла передаваемое экранам топки;

QТ - степень черноты топки;

Ψ - средний коэффициент излучения;

ТТ - температура продуктов сгорания на выходе из топки.

                                        ,                                   (13.15)

с0 - коэфф. излучения абсолютно твердого тела;

φ - коэфф. сохранения тепла;

(V2 cCP)- средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания в интервале температур от ТТII до Та .

                                              , МПа/кгК                             (13.16)

                                              с0 = 5,67*10-14, МВт/м2К4                            (13.17)

 

ITII - энтальпия продуктов сгорания при ТTII на выходе из топки;

М - коэффициент характеризующий место максимальной действительной температуры в топке.

Для разных видов топки

                                                   М = А - В (ХТ),                                         (13.18)

А и В - коэффициент зависимые от вида топки и топлива

ХТ - от расположения горелки

Расчет топки выполняют по средним значениям тепловой нагрузки по высоте топки, т. е. в обычных расчетах распределение тепловой нагрузки по высоте не существенно. Существенно важным является QЛ и ТII. Для определения локальных тепловых нагрузок  по высоте в специальных расчетах котлов приводят расчет топки. Топку разбивают условно на несколько зон для каждой составляют тепловой баланс по которому рассчитывают тепловыделение и теплоотвод в зоне, для каждой зоны определяют температуру продуктов сгорания на выходе из нее.

13.6.2 Расчет пароперегревателя

Суммарное тепловосприятие пароперегревателя при конструктивном расчете определяют по заданной температуре перегрева и принятому тепловосприятию пароохладителя, а так же количеству теплоты, переданное вторичному пару, кДж/кг

                                            ,                                    (13.19)

QT - количество теплоты, переданной в теплообменник первичным паром вторичному на 1 кг топлива.

При поверочном расчете, задавшись температурой газов на выходе из п/п, определяют теплоту отданную газом в п/п. При расчете по частям тепловосприятие рассчитываемой части определяется по заданным или принятым температурам пара на ее концах.

При конструктивном расчете по уравнению теплопередачи определяют необходимую площадь поверхности нагрева п/п, при поверочном расчете по этому уравнению рассчитывают тепловосприятие п/п. Если оно расходится со значением, найденным по уравнениям теплового баланса не более чем на 2 % расчет считают законченным. Если расходуется больше, то расчет надо повторять.

 

13.6.3 Расчет экономайзера

При конструктивном расчете экономайзера энтальпии газов и воды на входе, известны и тепловосприятие определяется из уравнения теплового баланса

                          .                    (13.20)

При поверочном расчете входные энтальпии газов и воды, известны.

 

13.6.4 Расчет воздухоподогревателя

При одноступенчатой компоновке в/п рассчитывают целиком. При компоновке в рассечку - каждую часть отдельно. При конструктивном расчете задаются температурами воздуха на входе с учетом рециркуляции и выходе, а также температурами газов на одном конце. При поверочном расчете известны входные энтальпии газа и воздуха и определяют их температуру на выходе. Для одноступенчатого в/п  и второй ступени 2-х ступенчатого

                                        

                                               ,                                  (13.21)

где коэффициент избытка воздуха в топке, присосы воздуха в топке и в системе пылеприготовления.

Величина  для первой ступени 2-х ступенчатой в/п

                                              ,                                              (13.22)

где утечка воздуха из второй ступени.

При рециркуляции частиц горячего в - ха

                                        ,                                  (13.23)

где утечка воздуха во всем в/п.

tХВ, tВПI, tГП - температура холодного воздуха на входе в в/п после смешения и горячего воздуха.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 13.1 - Схема теплопередачи от продуктов сгорания к рабочему телу

 

а —топка для слоевого сжигания топлива; б — топка для факельного сжигания топлива при наличии ширм.

Рисунок 13.2 - Границы активного топочного объема

 

а — шахтно-мельничная  топка:  б — топка  с  пылеугольными  или  газовыми  горел» нами

Рисунок 13.3 - Относительный уровень расположения горелок в топке

 

 

 

 

 

Рисунок 13.4 - Схема последовательности конструктивного расчета топки

I — прямоток; II — противоток; III — перекрестный ток. Характерные схемы омывания поверхностей нагрева: а — воздухоподогреватель; 1 — одноходовой пере­крестный ток; 2 — двухходовой перекрестный ток; 3 — многократный перекрест­ный ток; б — экономайзер, многократный перекрестный ток: 1 — противоток; 2 — прямоток; в — пароперегреватель, многократный перекрестный ток, последова­тельно смешанный ток; 2 — то же, параллельно смешанный ток

 

Рисунок 13.5 - Схемы смывания продуктами сгорания топлива конвективных поверхностей нагрева

 

 

 

 

 

46