Что такое конвективная часть котла

Поверхности нагрева котлов: экранные и конвективные

GardenWeb

Трубно-барабанная система парового котла состоит из радиационных и конвективных поверхностей нагрева, барабанов и камер (коллекторов). Для радиационных и конвективных поверхностей нагрева используют бесшовные трубы, изготовленные из углеродистой качественной стали марок 10 или 20 (ГОСТ 1050—74**).

Радиационные поверхности нагрева выполняют из труб, размещаемых вертикально в один ряд по стенкам (боковой и задний экраны) или в объеме топочной камеры (фронтовой экран).

При низких давлениях пара (0,8…1 МПа) свыше 70% теплоты тратится на парообразование и лишь около 30 % — на нагревание воды до кипения. Радиационных поверхностей нагрева оказывается недостаточно для испарения заданного количества воды, поэтому часть испарительных труб размещают в конвективных газоходах.

Конвективными называются поверхности нагрева котла, получающие теплоту в основном конвекцией.

Конвективные испарительные поверхности обычно выполняют в виде нескольких рядов труб, закрепленных верхними и нижними концами в барабанах или камерах котла. Эти трубы принято называть кипятильным пучком.

К конвективным поверхностям нагрева относятся также пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель.

Пароперегреватель — устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

Пароперегреватель представляет собой систему змеевиков, соединенных на входе насыщенного пара с барабаном котла и на выходе — с камерой перегретого пара.

Направление движения пара в змеевиках пароперегревателя может совпадать с направлением движения газового потока — прямоточная схема — или быть ему противоположным—протнвоточная схема.

Трубная система парового котла: 1, 19— верхний и нижний барабаны, 2 — выход пара, 3 — предохранительный клапан, 4 — подвод питательной воды, 5 — манометр, 6 — водоуказа-тельная колонка, 7 — непрерывная продувка, 8 — водоспускные трубы фронтового экрана, 9 — водоспускные трубы боковых экранов, 10 — фронтовой экран, 11, 14 —- камеры боковых экра нов, 12 — дренаж (периодическая продувка) 13 — камера фронтового экрана, 15, 17 — боко вой и задний экраны, 16 — камера заднего экра на, 18 — водоспускные трубы заднего экрана 20 — продувка нижнего барабана, 21 — конвек тивный пучок труб

Рис. 2. Схемы включения пароперегревателя:
а — прямоточная, б — протнвоточная, в — смешанная

При смешанной схеме движения газов и пара (рис. 2, в), наиболее надежной в эксплуатации, змеевики входные (по ходу пара), в которых наблюдаются наибольшие отложения солей, и выходные с паром максимальной температуры отнесены в область умеренных температур.

В конвективном вертикальном пароперегревателе насыщенный пар, поступающий из барабана котла, подается в змеевики первой ступени 6, включенные по противоточной схеме, нагревается в них и направляется в регулятор перегрева — пароохладитель. Перегрев пара до заданной температуры происходит в змеевиках второй ступени, включенных по смешанной схеме.

Вверху змеевики пароперегревателя подвешены к балкам потолочного перекрытия котла, а внизу они имеют дистанционные крепления — планки 7 и гребенки 8. К промежуточной камере (пароохладителю) и к камере перегретого пара змеевики присоединяют сваркой.

Камеры пароперегревателя изготовляют из стальных труб диаметром 133 мм, а змеевики; 9 — из стальных труб диаметром 32, 38 или 42 мм со стенками толщиной 3 или 3,5 мм.

При температуре стенок труб поверхностей нагрева до 500 °С материалом для змеевиков и камер (коллекторов) служит углеродистая качественная сталь марок 10 или 20.

Последние по ходу пара змеевики пароперегревателя, которые работают при температуре стенок труб более 500 °С, выполнены из легированных сталей 15ХМ, 12Х1МФ.

Регулятор перегрева, в который пар поступает после пароперегревателя, представляет собой систему стальных змеевиков диаметром 25 или 32 мм, установленных в стальном корпусе и образующих два контура: левый и правый. По змеевикам прокачивается питательная вода в количестве, необходимом для охлаждения пара на заданную величину. Пар омывает змеевики с наружной стороны.

Экономайзер — устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для подогрева или частичного испарения поступающей в котел воды. Водяные экономайзеры по конструкции делятся на стальные змееви-ковые и чугунные ребристые.

Стальные змеевиковые экономайзеры применяют для котлов, работающих при давлении свыше 2,3 МПа. Они представляют собой несколько секций, набранных из стальных змеевиков диаметром 28 или 32 мм со стенками толщиной 3 или 4 мм. Концы труб змеевиков вварены в расположенные вне обмуровки котла камеры диаметром 133 мм.

По характеру работы стальные змеевиковые экономайзеры бывают некипящего и кипящего типов. В экономайзерах неки-пящего типа питательная вода не догревается до температуры кипения, т. е. в них отсутствует парообразование.

В экономайзерах кипящего типа допускается вскипание и частичное парообразование питательной воды.

Из схемы включения экономайзеров некипящего и кипящего типов видно, что экономайзер кипящего типа не отделен от барабана котла запорным устройством и представляет с котлом единое целое.

Чугунные ребристые экономайзеры, используемые для котлов низкого давления, состоят из литых ребристых чугунных труб с квадратными ребрами.

Чугунные трубы собирают в группы и соединяют между собой литыми калачами с фланцами. По системе труб питательная вода проходит вверх навстречу дымовым газам.

Для очистки ребристых труб от золы и сажи между отдельными группами труб устанавливают обдувочные устройства.

Рис. 3. Конвективный вертикальный пароперегреватель парового котла средней мощности: 1 — барабан, 2—-камера перегретого пара, 3 — промежуточная камера, выполняющая роль регулятора перегрева пара, 4 — балка, 5 — подвеска, 6. 9— змеевики, 7—планка, 8 — гребенка

Рис. 4. Регулятор перегрева: 1, 12 — камеры выхода и входа воды, 2 — штуцер, 3 — фланец с крышкой, 4 — подводящие пар трубы, 5 — опоры, 6 — корпус, 7 — отводящие пар трубы, 8 — металлическое корыто, 9 — дистанционная доска, 10 — змеевики, 11 — кожух

Преимущества чугунных экономайзеров: их повышенная сопротивляемость химическим разрушениям и меньшая стоимость по сравнению со стальными. Однако в чугунных экономайзерах из-за хрупкости металла не допускается образование пара, поэтому они могут быть только некипящего типа.

Стальные и чугунные водяные экономайзеры в современных котлах изготовляют в виде блоков; их поставляют в собранном виде.

Воздухоподогреватель — устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания топлива перед подачей его в топку котла, состоящее из системы прямолинейных труб, концы которых закреплены в трубных досках, каркасной рамы и металлической обшивки. Воздухоподогреватели устанавливают в газоходе котла за экономайзером — одноступенчатая компоновка или в «рассечку» — двухступенчатая компоновка.

Барабан котла — это цилиндр, изготовленный из специальной котельной стали 20К или 16ГТ (ГОСТ 5520—79*), со сферическими днищами на торцах. С одной или двух сторон барабана расположены лазы овальной формы. Экранные, конвективные, опускные и пароотводящие трубы присоединяют к барабану с помощью развальцовки или сварки.

Рис. 5. Секция экономайзера: 1,2 — камеры входа и выхода воды, 3 — опорные стойки, 4 — змеевики, 5 — опорная балка

Рис. 6. Схемы включения экономайзера некипящего (а) и кипящего (б) типов: 1 — вентиль, 2 — обратный клапан, 3,7 — вентили для питания котла через и мимо экономайзера, 4 — предохранительный клапан, 5 — входная камера, 6 — экономайзер, 8 — барабан котла

Барабаны котлов малой и средней мощности изготовляют диаметром от 1000 до 1500 мм и толщиной стенки от 13 до 40 мм в зависимости от рабочего давления. Например, толщина стенок барабанов котлов типа ДЕ, работающих при давлении 1,3 МПа, равна 13 мм, а котлов, работающих при давлении 3,9 МПа,— 40 мм.

Внутри барабана размещаются питательное и сепарационные устройства, а также труба для непрерывной продувки. Арматуру и вспомогательные трубопроводы присоединяют к штуцерам, приваренным к барабану. Барабан, как правило, закрепляют на каркасе котла двумя роликовыми опорами, которые осуществляют его свободное перемещение при нагревании.

Рис. 7. Одноколонковый блочный экономайзер: 1 — блок, 2 — обдувочное устройство, 3 — коллектор (камера), 4 — соединительный калач, 5 — труба

Тепловые расширения трубно-барабанной системы котла обеспечивает конструкция опор барабанов и камер.

Нижний барабан и камеры (коллекторы) экранов котлов имеют опоры, допускающие их перемещение в горизонтальной плоскости и исключающие движение вверх.

А вся трубная система котла вместе с верхним барабаном, опирающимися на трубную систему, при тепловых расширениях может перемещаться только вверх.

У других котлов средней мощности неподвижными в вертикальной плоскости являются опоры верхних камер и барабанов.

Рис. 8. Воздухоподогреватель: 1,3 — верхняя и нижняя трубные доски, 2 — труба, 4 — рама, 5 — обшивка

Рис. 9. Компоновка конвективной шахты: а — одноступенчатая, 6 — двухступенчатая; 1 — воздухоподогреватель, 2 — водяной экономайзер, 3,7— водяные экономайзеры соответственно второй и первой ступени.

4 — опорная охлаждаемая балка водяного экономайзера, 5,9 — воздухоподогреватели соответственно второй и первой ступени, 6 — опорная балка воздухоподогревателя, 8 — компенсатор, 10 — колонна каркаса

Рис. 10. Роликовая опора барабана котла: 1— барабан, 2 — верхний ряд роликов, 3 — нижний ряд роликов, 4 — неподвижная подушка опоры, 5 — балка каркаса

В этом случае радиационные трубы вместе с нижними камерами перемещаются по вертикали вниз. Нижние камеры удерживаются от поперечных перемещений направляющими опорами, допускающими только вертикальный ход камер.

Для того чтобы радиационные трубы не выходили из плоскости экрана, все трубы дополнительно закрепляют в несколько ярусов по высоте. Промежуточное крепление экранных труб по высоте в зависимости от конструкции обмуровки — неподвижное, связанное с каркасом,, или подвижное — в виде поясов жесткости.

Первый тип крепления используют при обмуровке, опирающейся на фундамент или каркас котла, второй — при натрубной обмуровке.

Свободное вертикальное перемещение трубы при ее креплении к каркасу котла обеспечивается за счет зазора в скобе, приваренной к трубе. Тяга, жестко закрепленная в каркасе, исключает выход трубы из плоскости экрана.

Рис. 11. Крепление труб поверхностей нагрева к каркасу, обеспечивающее их перемещение: а — по вертикали, б — по горизонтали; 1 — скоба, 2— труба, 3— защитное ребро, 4— тяга, 5 — закладная деталь, 6 — пояс жесткости

Монтаж котлов – Поверхности нагрева

Поверхности нагрева парового котла

Элементы поверхностей нагрева являются главными в котельном агрегате и их исправность в первую очередь определяет экономичность и надежность котельной установки.

Размещение элементов поверхности нагрева современного котла показано на рисунке:

Этот котел имеет П-образную форму. Левая вертикальная камера 2 образует топку, все стены ее покрыты трубами. Расположенные на стенах и потолке трубы, в которых происходит испарение воды, называют экранами.

Экранные трубы, а также части пароперегревателя, расположенные на стенах топки, называют радиационными поверхностями нагрева, так как они воспринимают тепло от топочных газов главным образом вследствие радиации или лучеиспускания.

Нижнюю часть 9 топочной камеры обычно называют холодной воронкой. В ней происходит выпадение из топочного факела частиц золы. Охлажденные и затвердевшие частицы золы в виде спекшихся комков (шлака) через устройство 8 удаляются в систему гидрозолоудаления.

Верхняя часть топки переходит в горизонтальный газоход, в котором размещены ширмовый 3 и конвективный 5 пароперегреватели. Боковые стены и потолок горизонтального газохода обычно также покрыты трубами пароперегревателя.

Эти элементы пароперегревателя называют полурадиационными, так как они воспринимают тепло от топочных газов как в результате радиации, так и конвекции, т. е.

теплообмена, который происходит при соприкосновении горячих газов с трубами.

Схема устройства котла зависит от его конструкции и мощности, а также давления пара. В устаревших трех-барабанных котлах низкого и среднего давления вода нагревается и испаряется не только в экранах, но и в кипятильных трубах, расположенных между верхними и нижними барабанами.

По опускному 3 пучку кипятильных труб вода из заднего барабана опускается в нижний барабан; эти трубы играют роль водоопускных труб.

Незначительный нагрев этих труб топочными газами не нарушает циркуляции воды в котле, так как при низком и среднем давлениях разница в удельных весах воды и пара большая, что обеспечивает достаточно надежную циркуляцию.

Вода в нижние камеры экранов 7 подается из верхних барабанов 2 по наружным необогревяемым водоопускным трубам.

В котлах среднего давления доля тепла, идущего на перегрев пара, сравнительно невелика (менее 20% всего тепла, воспринимаемого котельным агрегатом от дымовых газов), поэтому поверхность нагрева пароперегревателя также невелика и он размещается между пучками кипятильных труб.

В однобарабанных котлах среднего давления более поздних выпусков основная испарительная поверхность размещена на стенах топки в виде экранов 6, а небольшой конвективный пучок 10 выполнен из разведенных с большим шагом труб, которые представляют собой полурадиационную часть котла.

Котлы высокого давления изготовляются обычно с одним барабаном и конвективных пучков не имеют. Вся испарительная поверхность нагрева выполнена в виде экранов, которые питаются водой по наружным необогреваемым водоопускным трубам.

В прямоточных котлах барабан отсутствует.

Вода из экономайзера 3 поступает по подводящим трубам 7 в нижнюю камеру 6, а затем в радиационную часть 5, которая представляет собой испарительные трубы (витки), расположенные по стенам топки.

Пройдя через витки, большая часть воды превращается в пар. Полностью испаряется вода в переходной зоне 2, которая располагается в области более низких температур топочных газов.

Из переходной зоны пар поступает в пароперегреватель 1.

Таким образом, в прямоточных котлах циркуляция воды с ее возвратным движением отсутствует. Вода и пар проходят по трубам только один раз.

Пароперегревателем называют поверхность нагрева парового котла, в которой происходит перегрев пара до заданной температуры.

Современные паровые котлы большой паропроизводительности имеют два пароперегревателя — первичный и вторичный (промежуточный).

В первичный пароперегреватель насыщенный пар, имеющий температуру кипящей воды, поступает из барабана котла или переходной зоны прямоточного котла. Во вторичный пароперегреватель пар поступает из для повторного перегрева.

Для перегрева пара в котлах высокого давления затрачивается до 35% тепла, а при наличии вторичного перегрева — до 50% тепла, воспринимаемого котельным агрегатом от топочных газов.

В котлах с давлением более 225 ата эта доля тепла возрастает до 65%.

На рисунке ниже изображена схема пароперегревателя современного котла.

Пар из барабана 7 направляется в настенные трубные панели радиационной части 2 ж 4, затем в потолочные трубные панели 5. Из пароохладителя 8 пар поступает в ширмы 6, а затем в змеевики 10 конвективной части пароперегревателя.

Ширма представляет собой расположенный в одной плоскости пакет U-образных труб, которые жестко скреплены между собой почти без зазора. Пар входит в одну камеру ширмы, проходит по трубам и выходит через вторую камеру.

Схема расположения ширм в котле показана на рисунке:

Водяные экономайзеры вместе с воздухоподогревателями обычно располагают в конвективных шахтах. Эти элементы поверхности нагрева называют хвостовыми, так как их располагают последними по пути дымовых газов.

Водяные экономайзеры выполняют преимущественно из стальных труб. На котлах низкого и среднего давления устанавливают чугунные экономайзеры, составленные из чугунных ребристых труб.

Трубы соединены чугунными отводами (калачами).

Стальные экономайзеры могут быть кипящего и некипящего типа. В экономайзерах кипящего типа часть подогреваемой воды (до 25%) превращается в пар.

Современные котлы, в отличие от тех, которые использовались несколько лет назад, в качестве топлива могут использовать не только газ, уголь, мазут и т.д. В качестве экологически чистого топлива в настоящее время все более часто используют пелетты. Заказать пелетты для Вашего пелеттного котла, Вы сможете здесь — http://maspellet.ru/zakazat-pellety.

Основы расчета конвективных поверхностей нагрева

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару – конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс, называемый теплопередачей.

Процесс передачи теплоты через разделительную стенку подчиняется общему уравнению, называемому уравнением теплопередачи,

В этом уравнении коэффициент теплопередачи (К) является расчетной характеристикой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводности и теплового излучения.

Из уравнения теплопередачи ясно, что количество теплоты, переданное сквозь заданную поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и разность температур продуктов сгорания и нагреваемой жидкости.

Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей теплоту среды.

По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхности нагрева (водяной экономайзер, воздухоподогреватель) работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды.

Поэтому чем дальше конвективная поверхность нагрева от топочной камеры, тем большие размеры должна она иметь и тем больше металла расходуется на ее изготовление. Так, например, первые ряды кипятильных труб и фестон омываются продуктами сгорания при температуре 1000-1100 °С, а водяной экономайзер парогенераторов с развитой конвективной поверхностью нагрева – продуктами сгорания с температурой около 300 °С.

При выборе последовательности размещения конвективных поверхностей нагрева в котле стремятся так расположить эти поверхности, чтобы разность температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей среды была наибольшей.

Так, например, пароперегреватель располагают сразу после топки или фестона, поскольку температура пара выше температуры воды, а водяной экономайзер – после конвективной поверхности нагрева, потому что температура воды в водяном экономайзере ниже температуры кипения воды в котле.

Температура продуктов сгорания по мере их движения через какую-либо поверхность нагрева непрерывно уменьшается, а нагреваемой среды непрерывно возрастает.

В связи с этим уравнение (6-8) может применяться для бесконечно малой поверхности нагрева.

Для поверхности нагрева, имеющей заданную площадь, при условии постоянства коэффициента теплопередачи можно получить среднее значение температурного напора в виде

где ∆t6- наибольшая разность температур продуктов сгорания и нагреваемой среды; ∆tм- наименьшая разность температур продуктов сгорания и нагреваемой среды.

Передача теплоты в конвективных поверхностях нагрева происходит сквозь стенку труб, которые снаружи подвержены загрязнению запыленными продуктами сгорания, а изнутри – осаждающейся накипью.

Толщина стенки труб, применяемых при изготовлении конвективных поверхностей нагрева, мала по сравнению с их диаметром, поэтому влияние кривизны поверхности труб на процесс передачи теплоты весьма незначительно.

Пренебрегая влиянием кривизны поверхности труб на процесс передачи теплоты коэффициент теплопередачи в конвективных поверхностях нагрева [Вт/(м2*К)] определяют по формуле

где a1 – коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к наружной поверхности труб, Вт/(м2*К); а2 – коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности труб к нагреваемой жидкости (пар, вода, пароводяная эмульсия), Вт/(м2*К); Ϭ3, Ϭтр, Ϭн – соответственно толщина слоя наружных загрязнений (зола,сажа), стенки трубы, слоя накипи на внутренней поверхности трубы, м; ʎз, ʎтр, ʎн – соответственно теплопроводность наружных загрязнений, металла трубы, накипи, Вт/(м2*К).

Рассмотрим влияние каждого из факторов, входящих в уравнение (6-10), на коэффициент теплопередачи.

Продукты сгорания отдают теплоту наружной поверхности труб конвекцией и излучением. При этом теплоту излучают трехатомные газы и раскаленные частицы золы. Следовательно, коэффициент теплоотдачи (а1) от продуктов сгорания к наружной поверхности труб будет складываться из коэффициента теплоотдачи конвекцией (аск) и коэффициента теплоотдачи излучением (ал).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от конкретных условий работы и конструктивных характеристик поверхности нагрева. На коэффициент теплоотдачи влияет ряд факторов: характер омывания трубного пучка продуктами сгорания, характер расположения труб в пучке, диаметр труб, скорость продуктов сгорания.

Коэффициент теплоотдачи излучением зависит от температуры продуктов сгорания, температуры стенки труб, воспринимающих теплоту, от содержания в продуктах сгорания трехатомных газов и летучей золы, толщины слоя излучающих трехатомных газов. Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к наружной стенке поверхности нагрева невелик и изменяется в пределах 23-70 Вт/(м2*К).

Загрязнение наружной поверхности нагрева даже при небольшой толщине отложений существенно уменьшает передачу теплоты вследствие низкой теплопроводности загрязнений.

Исследование загрязнений на поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов показало, что первоначальный слой загрязнений толщиной 0,1-0,15 мм имел теплопроводность 0,017- 0,03 Вт/(м – К), т. е. меньшую, чем у воздуха. С ростом отложений меняется теплопроводность.

Так, для стабилизированного слоя отложений толщиной 1 мм и более теплопроводность оказалась равной 0,06-0,09 Вт/(м-К).

Загрязнения наружной поверхности нагрева хотя и снижают эффективность передачи теплоты, но предохраняют трубы от перегрева вследствие уменьшения температуры стенки.

Величиной Ϭтр/ʎтр, входящей в формулу (6-10), при определении коэффициента теплопередачи пренебрегают вследствие высокой теплопроводности металла.

Загрязнения внутренней поверхности труб накипью влияют не только на интенсивность передачи теплоты, но могут привести к перегреву стенки трубы и выходу ее из строя. Теплопроводность накипи зависит от химического состава отложений и для отдельных отложений составляет примерно 0,06 Вт/(м-К).

Вследствие малой теплопроводности накипи отвод теплоты от стенки трубы резко падает, что приводит к повышению ее температуры. Во избежание выхода из строя поверхности нагрева отложений накипи на внутренней поверхности труб недопустимо.

Поэтому при расчетах член Ϭтр/ʎтр в формуле (6-10) не учитывают.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой среды (а2) изменяется в очень больших пределах в зависимости от физического состояния среды.

Так, при теплоотдаче от стенки к пару коэффициент теплоотдачи составляет 600-3500 Вт/(м2*К), при теплоотдаче к воде 600-17000 Вт/(м2*К) и при теплоотдаче к кипящей воде 12 000-120 000 Вт/(м2*К).

Во всех случаях когда передача теплоты происходит от стенки к кипящей или некипящей воде, величиной 1/а2 в расчетах пренебрегают.

Основы расчета конвективных поверхностей нагрева могут быть конструктивными и поверочными. Поверочный расчет является более общим и выполняется для определения температуры по тракту продуктов сгорания.

При расчете конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса.

Расчет выполняется для 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива или 1 м3 газа при нормальных условиях.

Уравнение теплового баланса

где К – коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева, Вт/(м2*К); ∆t – температурный напор, °С; Вр – расчетный расход топлива, м3/с или кг/с; Н – расчетная поверхность нагрева, м2; ф – коэффициент сохранения теплоты, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения, опре­деляется по формуле (4-37); I’, I”- энтальпия продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, кДж/кг или кДж/м3; /0ПрС – количество теплоты, вносимой присасываемым в газоход воздухом, кДж/кг пли кДж/м3.

Количество теплоты (кДж/кг или кДж/м3), отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой водой или пароводяной смесью, проходящей по трубам конвективной поверхности нагрева.

Для выполнения расчета задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем уточняют ее путем последовательных приближений.

В связи с этим расчет ведут для двух значений температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода.

Основы расчета конвективных поверхностей нагрева рекомендуют придерживаться следующей последовательности.

По чертежу определяются конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода: площадь поверхности нагрева, шаг между трубами и рядами, диаметр труб, число труб в ряду, число рядов труб и живое сечение для прохода продуктов сгорания. Площадь поверхности нагрева, расположенной в рассчитываемом газоходе (м2),

где d – наружный диаметр труб, м; L – длина труб, расположенных в газоходе, м; п – общее число труб, расположенных в газоходе.

По конструктивным данным подсчитываются относительный поперечный шаг Ϭ = s1/d и относительный продольный шаг Ϭ= s2/d.

Площадь поперечного сечения (м2) для прохода продуктов сгорания: при поперечном омывании гладких труб

при продольном омывании гладких труб

где а и b – размеры газохода в расчетных сечениях, м; I – длина труб (при изогнутых трубах длина проекции труб), м; г – число труб в пучке.

Предварительно за основы расчета конвективных поверхностей нагрева принимаются два значения температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода. В дальнейшем весь расчет ведется для двух предварительно принятых температур

Определяется теплота, отданная продуктами сгорания (кДж/кг или кДж/м3),

где Ϭ’ и Ϭ’’ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее.

Определяется температурный напор (°С)

где tK – температура кипения воды при давлении в котле, определяется из таблицы для насыщенных водяных паров, °С.

Подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания в газоходе (м/с)

где Вр – расчетный расход топлива, кг/с или м3/с (определен при составлении теплового баланса котла, см. § 4-4); F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (см. п.

1), м2; Vr – объем продуктов сгорания на 1 кг твердого и жидкого топлива или на 1 м3 газа (из расчетной табл.

3-6 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха); Ɵ – средняя расчетная температура потока продуктов сгорания, °С (см. п. 4).

Определяются основы расчета конвективных поверхностей нагрева – коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева: при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков и ширм

при продольном омывании

где ан – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме: при поперечном омывании коридорных пучков – по рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков – по рис. 6-11, при продольном омывании – по рис. 6-12;

с2 – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков из рис. 6-10, при поперечном омывании шахматных пучков из рис.

6-11; cs – поправка на геометрическую компоновку пучка, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков из рис. 6-10, при поперечном омывании шахматных пучков из рис.

6-11; Сф – коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков труб из рис. 6-10, при поперечном омывании шахматных пучков труб из рис. 6-11,

при продольном омывании труб из рис. 6-12, Ɵ- поправка на относительную длину, вводится при l/d4 при постоянной температуре одной из сред (испарительные конвективные поверхности нагрева)
∆t6/∆tм≤1,7, то температурный напор может быть определен как среднеарифметическое разностей температур:

13. По принятым двум значениям температуры ƟI” и ƟII” и полученным двум значениям Q6 и QT производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгора­ния после поверхности нагрева.

Для этого строится зависимость Q=f(Ɵ”), показанная на рис. 6-14.

Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания Ɵр”, которую следовало бы принять при расчете.

Если найденное значение Ɵр” отличается от одного из принятых предварительно значений ƟI” и ƟII” не более чем на 50 °С, то для завершения расчета необходимо по Ɵр” повторно определить только QT, сохранив прежний коэффициент теплопередачи. При большем расхождении заново определяется коэффициент теплопередачи для найденной температуры Ɵр”.

Парообразующие поверхности нагрева котлов

Судовые паропроизводящие установки

Перенос тепла от факела и газов к котловой воде и пароводяной смеси производится через поверхности нагрева, расположенные на пути продуктов сгорания топлива.

В процессе передачи тепла температура газов понижается от 1800 ^ 2000 0С в топке до 190 ^ 500 0С на выходе из котла.

Перенос тепла в котле производится всеми существующими способами теплообмена – теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Перенос тепла производится в парообразующих поверхностях с помощью явлений теплопроводности, конвекции и излучения. Причем

Топки стационарных котлов имеют большие объемы (300 ^ 350 м, часто

До 900 м ), и небольшие скорости движения газов (2 ^ 5 м/с). В этих условиях основная часть тепла передается излучением, и небольшая доля – конвекцией. Топки судовых и особенно корабельных котлов имеют малые

Объемы (10 ^ 12 м, иногда до 0,5 м и меньше) и больШиЕ скорости движения газов (до 30 ^ 40 м/с и больше). При таких условиях соотношение между теплом, переданным воде излучением и конвекцией меняется; возрастает доля конвективного теплообмена и снижается доля тепла, переданного излучением.

Парообразующими (испарительными) называют такие поверхности нагрева котла, в которых за счет теплоты сгорания топлива происходит превращение котловой воды в пар. В зависимости от того, какой способ передачи тепла в данной поверхности нагрева является доминирующим, различают экранные и конвективные парообразующие поверхности нагрева.

Лучевоспринимающие (экранные) поверхности нагрева

К экранным поверхностям нагрева относят трубы, непосредственно ограничивающие топочное пространство и освещенные факелом.

В экранах основное количество теплоты (80 ^ 90 %), передаваемое воде, составляет теплота излучения факела, и только 10 ^ 20 % передаваемой теплоты приходится на конвективный теплообмен.

По этой причине экранные поверхности нагрева называют также лучевоспринимающими или радиационными. Общая лучевоспринимающая поверхность нагрева делится на поверхность экрана и поверхность притопочного пучка.

Экраны выполняются в один ряд, реже в два ряда, как правило без зазора между трубами. Пространство, находящееся за экранными трубами является необогреваемым, поэтому за экраном обычно размещают один или несколько рядов опускных труб большого диаметра. В некоторых котлах с целью лучшего использования теплоты излучения факела топки

Поток продуктов сгорания

Рис. 21. Строение экранных и конвективных поверхностей нагрева паровых котлов: а – схема однорядного и двухрядного экранов;

Б – шахматное расположение труб конвективной поверхности нагрева; в – коридорное расположение труб конвективной поверхности нагрева.

Почти полностью экранируются лучевоспринимающих поверхностей нагрева.

Отношение площади лучевоспринимающей поверхности к площади поверхности стенок всей топки называют степенью экранирования топки:

В топках различных конструкций эта величина может меняться в широких пределах: от 0,85 ^ 0,95 в прямоточных котлах, до 0,6 ^ 0,75 в котлах с естественной циркуляцией с неэкранированными фронтами.

1111111111″ излучение факела

11111111111 О О О О О О О О ооооооооооо о о с о о о о с о о оооо о ооооооооооо оооооооооооооооо ооооооооооооооо о оооооооооооооооо оооооооооооооооо

В состав лучевосприни­мающей поверхности котла входят обычно и 3 + 4 первых освещенных ряда конвектив­ного парообразующего пучка, расположенного со стороны газохода напротив экрана.

Первые ряды труб конвективного испаритель­ного пучка в высокофорсиро­ванных котлах выполняются, как правило, прореженными, шахматного строения, и трубами большего диаметра.

Использование труб боль­шого диаметра для первых рядов обусловлено тем, что в них происходит наиболее

Гидравлические испытания проводятся с целью проверки прочности и плотности узлов и соединений котла, работающих под повышенным давлением пара и воды. Котел подвергается гидравлическим испытаниям в следующих случаях: – при освидетельствовании; …

Поддержание котла в горячем резерве осуществляется периодическим подъемом давления пара с последующим естественным охлаждением котла при выключенном горении. Максимальное и минимальное давление пара, а также номера котлов для нахождения в …

При эксплуатации паровых котлов различают нормальный и экстренный вывод котельной установки из действия. Для автоматизированной котельной установки, когда в эшелоне остается в действии второй котел, при нормальном выводе котла из …

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Конвективная поверхность нагрева размещена в газоходе и представляет змеевиковый экономайзер, состоящий из 16 секций.

Секции набирают таким образом, чтобы змеевики располагались параллельно фронту котла в шахматном порядке.

Для сжигания газа установлены четыре подовые горелки с прямой щелью, заканчивающейся вверху внезапным расширением. Горелки размещены между вертикальными топочными экранами. [2]

Конвективные поверхности нагрева должны иметь устройства для удаления осевшей после обдувки золы. Из мест обора зола должна удаляться свободно я без перегрузок. Все места, где скапливается осевшая зола, должны быть достаточных размеров и доступны для чистки. Глухие мешки, где может скапливаться зола, должны быть уменьшены до минимума. [3]

Конвективная поверхность нагрева 2 котла состоит из 156 горизонтальных труб длиной 2 9 м, расположенных в 6 рядов по 26 труб в каждом и вваренных в коллекторы диаметром 108 X 4 мм. [5]

Конвективные поверхности нагрева, за исключением экономайзера, расположены в плоскости, перпендикулярной фронту, и опираются на подвесные трубы 6, являющиеся первой ступенью экономайзера. [7]

Конвективные поверхности нагрева в передвижных паровых котлах состоят из испарительных поверхностей котла, пароперегревателей и водяных экономайзеров. [8]

Конвективная поверхность нагрева, располагаемая в зоне температур, указанных в таблице или на 50 С меньших, должна быть фесто-нирована. В противном случае температуры газов, указанные в таблице, должны быть уменьшены на 50 С. [9]

Конвективные поверхности нагрева ( испарительная и пароперегревателя) размещены в двух самостоятельных горизонтальных газоходах и выполнены в виде гладкотрубных змеевиков, расположенных вертикально. Пароперегреватель конвективного типа, двухступенчатый. Температура перегрева пара регулируется двухступенчатым пароохладителем, установленным в рассечку. [10]

Конвективные поверхности нагрева расположены в двух опускных газоходах с полностью экранированными стенами. Ограждающими поверхностями каждой конвективной шахты являются промежуточная стена котла, боковая стена котла, фронтовая и задняя стены конвективной шахты. [11]

Конвективные поверхности нагрева обычно выполняют в виде рядов труб с коридорным или шахматным расположением, омываемых продуктами сгорания топлива.

Движение газов в трубном пучке продольное или поперечное, В этих поверхностях нагрева перенос теплоты от греющих газов к рабочей среде осуществляется преимущественно за счет конвекции.

Радиационная составляющая в общем потоке теплоты, передаваемом рабочему телу, относительно невелика вследствие снижения температур потока газов по ходу их движения в газоходах котла и малой толщины излучающего слоя в межтрубном пространстве. [12]

Конвективные поверхности нагрева всех котлов выполнены одинаково, за исключением котла KB-TGB, у которого в конвективной шахте установлен един пакет. [14]

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару. [15]

Страницы: 1 2 3 4 5

Поверхности нагрева парового котла

Испарительные поверхности. Парогенерирующие (испарительные) поверхно­сти нагрева отличаются друг от друга в котлах различных систем, но, как пра­вило, располагаются в основном в топоч­ной камере и воспринимают теплоту из­лучения. Это — экранные трубы, а также устанавливаемый на выходе из топки не­больших котлов конвективный пучок труб (см. рис. 18.1).

Экраны котлов с естественной цирку­ляцией, работающих под разрежением в топке, выполняются из гладких труб с внутренним диаметром 40—80 мм. Эк­раны представляют из себяряд парал­лельно включенных вертикальных подъемных труб, соединœенных между собой коллекторами.

Зазор между трубами обычно составляет 4—6 мм.

Размеры топки и величину поверхности экранов рассчитывают таким образом, чтобы на выходе из топки температура продуктов сгорания не превышала температуру размягчения золы, иначе зола будет при­липать к деталям котла, расположенным за топкой, и забьет (ʼʼзашлакуетʼʼ) путь для прохода газа.

Пароперегреватели. Пароперегрева­тель предназначен для повышения тем­пературы пара, поступающего из испари­тельной системы котла.

Его трубы (диа­метром 22—54 мм) могут располагаться на стенах или потолке топки и восприни­мать теплоту излучением — радиаци­онный пароперегреватель либо в ос­новном конвекцией — конвективный пароперегреватель.

В этом случае трубы пароперегревателя располагаются в го­ризонтальном газоходе или в начале кон­вективной шахты.

Температура перегретого пара долж­на поддерживаться постоянной всœегда, независимо от режима работы и нагруз­ки котлоагрегата͵ поскольку при ее пони­жении повышается влажность пара в по­следних ступенях турбины, а при повы­шении температуры сверх расчетной по­является опасность чрезмерных термиче­ских деформаций и снижения прочности отдельных элементов турбины. Поддер­живают температуру пара на постоянном уровне с помощью регулирующих устройств — пароохладителœей. Наиболее широко распространены пароохладители впрыскивающего типа, в которых регули­рование производится путем впрыскива­ния обессоленной воды (конденсата) в поток пара. Вода при испарении отни­мает часть теплоты у пара и снижает его температуру.

Низкотемпературные поверхности нагрева. Низкотемпературными считают­ся поверхности, расположенные в кон­вективном газоходе и работающие при относительно невысоких температурах продуктов сгорания. К ним относятся водяные экономайзеры и воздухоподог­реватели. Основная цель их установки — максимальное использование теплоты уходящих из котла газов.

Водяные экономайзеры, предназначенные для подогрева пита­тельной воды, обычно выполняют из стальных труб диаметром 28—38 мм, со­гнутых в вертикальные змеевики и ском­понованных в пакеты.

Трубы в пакетах располагаются в шахматном порядке до­вольно плотно: расстояние между осями сосœедних труб поперек потока дымовых газов составляют 2—2,5 диаметра трубы, а между рядами — вдоль потока — 1 — 1,5.

Крепление труб змеевиков и их дистанционирование реализуются опорными стойками, закрепленными в большинстве случаев на полых (для воздушного охлаждения), изолирован­ных со стороны горячих газов балках каркаса (рис. 18.4).

В экономайзере котлов высокого дав­ления до 20 % воды может превращать­ся в пар.

Общее число параллельно работаю­щих труб выбирается исходя из скорости воды не ниже 0,5—1 м/с.

Эти скорости обусловлены крайне важно стью смывания со стенок труб пузырьков воздуха, спо­собствующих коррозии, и предотвраще­ния расслоения пароводяной смеси, кото­рое может привести к перегреву слабо охлаждаемой паром верхней стенки тру­бы и ее разрыву. Движение воды в эко­номайзере обязательно восходящее; в данном случае имеющийся в трубах после монтажа (ремонта) воздух легко вытес­няется водой.

Число труб в пакете в горизонталь­ной плоскости выбирается исходя из ско­рости продуктов сгорания 6—9 м/с.

Ско­рость эта определяется стремлением, с одной стороны, получить высокие ко­эффициенты теплоотдачи, а с другой — не допустить чрезмерного эолового изно­са. Коэффициенты теплопередачи при этих условиях составляют обычно не­сколько десятков Вт/(м2-К).

Для удоб­ства ремонта и очистки труб от наруж­ных загрязнений экономайзер разделяют на пакеты высотой 1 — 1,5м с зазорами между ними до 800 мм.

Наружные загрязнения с поверхно­сти змеевиков удаляются, к примеру, пу­тем периодического включения в работу системы дробеочистки, в которой поток металлической дроби пропускается (па­дает) сверху вниз через конвективные поверхности нагрева, сбивая налипшие на трубы отложения.

Налипание золы должна быть следствием выпадения рось! из дымовых газов на относительно хо­лодной поверхности труб, особенно при сжигании сернистых топлив (пары H2SOs конденсируются при более высо­кой температуре, чем HsO). В теплоэнер­гетических установках питательная вода перед поступлением в котел обязательно подвергается регенеративному подогреву (см. §6.

4), в связи с этим ни налипания золы, ни наружной коррозии (ржавления) труб вследствие выпадения росы в эконо­майзерах таких котлов не бывает.

Верхние ряды труб экономайзера при работе котла на твердом топливе даже при относительно невысоких скоростях газов подвержены заметному износу зо­лой. Для его предотвращения на эти трубы крепятся различного рода защит­ные накладки (обычно сверху вдоль тру­бы приваривают уголок).

Воздухоподогреватели. По­скольку питательная вода перед эконо­майзером энергетических котлов имеет высокую температуру tn „ после регенера­тивного нагрева (при р= 10 МПа, напри­мер, tn B = 230 °С), глубоко охладить ухо­дящие из котла газы с ее помощью не­льзя.

Для дальнейшего охлаждения га­зов после экономайзера ставят воздухо­подогреватель, в котором нагревают воз­дух, забираемый из атмосферы и идущий затем в топку на горение.

При сжигании влажного угля нагретый воздух предва­рительно используется для его сушки в углеразмольном устройстве и транс­портировки полученной пыли в горелку.

По принципу действия воздухоподог­реватели разделяются на рекуператив­ные и регенеративные. Рекуператив­ные — это, как правило, стальные труб­чатые воздухоподогреватели (диаметр трубок 30—40мм).

Схема такого подо­гревателя приведена на рис. 18.5.

Трубки в нем расположены обычно вертикально, внутри них движутся продукты сгорания; воздух омывает их поперечным потоком в несколько ходов, организуемых за счёт перепускных воздуховодов (коробов) и промежуточных перегородок.

Газ в трубках движется со скоростью 9—13м/с, воздух между трубками— вдвое медленнее. Это позволяет иметь примерно равные коэффициенты тепло­отдачи с обеих сторон стенки трубы.

Температуру стенок труб воздухопо­догревателя во избежание конденсации на них водяных паров из уходящих газов желательно поддерживать выше точки росы. Этого можно достичь предвари­тельным подогревом воздуха в паровом калорифере либо рециркуляцией части горячего воздуха.

Регенеративный воздухопо­догреватель котла (рис. 18.6) пред­ставляет собой медленно вращающийся (3—5 об/мин) барабан (ротор) с набив­кой (насадкой) из гофрированных тон­ких стальных листов, заключенный в не­подвижный корпус.

Секторными плитами корпус разделœен на две части — воздуш­ную и газовую. При вращении ротора набивка попеременно пересекает то га­зовый, то воздушный поток.

Несмотря на то что набивка работает в нестационар­ном режиме, подогрев идущего сплошным потоком воздуха осуществляется не­прерывно без колебаний температуры. Движение газов и воздуха — противоточное.

Регенеративный воздухоподогрева­тель отличается компактностью (до 250 м2 поверхности нагрева в 1 м3 на­бивки); он широко распространен на мощных энергетических котлоагрегатах. Недостатком его являются большие (до 10 %) перетоки воздуха в тракт газов, что ведет к перегрузкам дутьевых венти­ляторов и дымососов и увеличению по­терь теплоты с уходящими газами.

Все описанные тепловоспринимаю-щие элементы котла (поверхности нагре­ва) являются типичными теплообменни­ками, и расчет их ведется по формулам, приведенным в гл. 14. Поверхность на­грева рассчитывается по уравнению теп­лопередачи

где k — коэффициент теплопередачи; Δtср — среднелогарифмическая разность температур продуктов сгорания и рабо­чей среды; BPQ — количество восприня­той теплоты.

Особенность расчета котлов состоит в том, что его принято осуществлять для 1 кг твердого и жидкого и 1 м3 газооб­разного топлива. В этом случае Q — теплота͵ отданная продуктами сгорания 1 кг (м3) топлива и равна разности эн­тальпий продуктов сгорания до (Н’) и после (Н”) рассматриваемой конвек­тивной поверхности, т. е.

Под Вр принято понимать расчетный расход топлива, т. е. его количество, действи­тельно сгоревшее в топке. Это же коли­чество теплоты передается в данной по­верхности рабочему телу (воде, пару, воздуху):

В этой формуле D — расход рабочего тела; hвх и hвых — энтальпии рабочего тела на входе в поверхность нагрева и вы­ходе из нее, рассчитанные, как обычно, на 1 кг рабочего тела.

Источник