44. Расчёт конвективных поверхностей нагрева.

Конвективные поверхности нагрева водогрейных и паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды. В паровых котлах – это кипятильные трубы, расположенные в газоходах, трубы пароперегревателя и водяного экономайзера, а в водогрейных котлах – трубы фестона и конвективного пучка (шахты).

Продукты сгорания, проходя по газовому тракту котла, передают теплоту наружной поверхности труб за счет конвекции и лучеиспускания, затем это же количество теплоты проходит через металлическую стенку, после чего теплота от внутренней поверхности труб передается воде и пару. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности теплопередачи – передачи теплоты от продуктов сгорания к воде и пару через разделяющую стенку.

Порядок действий таков. Сначала определяют конструктивные характеристики: площади поверхности нагрева, живое сечение для прохода газов, шаг труб и рядов, диаметр труб и др. Далее предварительно, если известно по паспортным характеристикам котла, принимают значение температуры топочных газов после рассчитываемой поверхности нагрева. Если таких данных нет, то согласно условиям работы котла, задают произвольно два значения температур топочных газов, которые вероятнее всего могут оказаться после рассчитываемой поверхности нагрева, а расчеты вести параллельно.

Следующим шагом согласно уравнению теплового баланса, определяют количество теплоты, передаваемое от продуктов сгорания к теплоносителю через конвективную поверхность нагрева. Затем вычисляют среднюю температуру воды (для водогрейного котла), средний температурный напор и подсчитывают среднюю скорость продуктов сгорания. После названных действий по номограммам графоаналитическим методом определяют коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, после чего вычисляют коэффициент теплопередачи и тепловосприятие поверхностью нагрева.

45.Гидродинамика паровых котлов.Структура и характер потока рабочего тела в трубах.

Для надежной работы поверхностей паровых котлов необходим отвод теплоты в соответствии с интенсивностью обогрева поэтому в поверхностях нагрева непрерывно движется вода частично превращается в пар. В экономайзерах и пароперегревателях вода и пар движутся принудительно и скорость воды определяется только нагрузкой котла. В поверхностях нагрева топки вода движется многократно но так же определяется нагрузкой. Скорость воды на входе в парообразующие трубы после растопки котла быстро возрастает и достигает максимального значения 1,2-1,5 м/с.По мере роста нагрузки скорость уменьшается из-за увеличения пара в трубах, что приводит к повышению сопротивления труб. В котлах с принудительной циркуляцией движения воды и пара осуществляется за счет насоса поэтому независимо от нагрузки скорость постоянна 1,5-2 м/с и определяется она условиями охлаждения металла труб. В прямоточных паровых котлах скорость движения пропорциональна нагрузке. При малой нагрузке и скорость воды низкая, а тепловыделение в ядре факела остается высоким что может привести к повреждению труб из-за их перегрева. Поэтому в практике используют прямоточное движение в котлах с принудительной циркуляцией части воды в начале топки. На интенсивность отвода теплоты в парообразующих трубах сильное влияние оказывает режим течения пароводяного потока в свою очередь режим течения зависит от расположения труб в объеме топки (горизонт., вертик., наклонный, с наличием гибов). В зависимости от паросодержания, скорости и давления структура движущего потока может иметь следующие виды: - пузырьковый режим движения, это такая структура, которая бывает при небольшой скорости смеси в вертикальной трубе. С увеличением паросодержания пузырьков их скорости концентрируются в центральной части потока, при этом они объединяются в большие пузырьки. (При давлениях больше 4 МПа) диаметр которых меньше внутреннего диаметра трубы, а длина может быть значительная. Такой режим называется – снарядным. При дальнейшем увеличении паросодержания снаряды, соединяясь между собой, образуют сплошной паровой стержень, движущийся по оси трубы в которой распылена часть капель жидкости. Паровой стержень окутан сплошной водяной плёнкой движущейся по стене трубы вместе с паром. Такой режим называется – стержневой. Толщина водяной плёнки определяется соотношением расхода воды и пара. При большой скорости пара и высоком давлении, плёнка может срываться с внутренней поверхности трубы и уноситься в виде капель. В итоге в трубе образуется режим движения влажного пара. Таким образом, с увеличением паросодержания и потока паровая смесь проходит все режимы движения. Из отмеченных режимов наилучшим условием охлаждения стенки трубы обеспечивает пузырьковый режим потока, однако он может использоваться при низких давлениях. Переход из пузырькового к эмульсионному режиму характеризуется массовым паросодержанием в потоке более 10%, а в начале стержневого режима паросодержания 30-50%. Режим влажного пара наступает при паросодержании около 90%. Парообразование усложняет профиль скоростей в трубе при подъёме пар обгоняет воду так как плотность пара насыщенного меньше плотности кипящей воды, при докритическом давлении. При опускном движении смеси вода опускается быстрее, чем пар что изменяет профиль скоростей. В горизонтальной трубе наблюдается неравномерное распределение воды и пара из-за разности плотностей, пар располагается в верхней части трубы, а вода - в нижней.