10.4. Тепловий розрахунок обмурівки

Метою теплового розрахунку обмурівки є визначення температурних умов роботи матеріалів обмурівки, а також товщини її вогнетривких і теплоїзолюючих шарів при заданих теплових втратах в навколишнє середовище.

Температура на внутрішній поверхні обмурівки, захищеної екраном (рис. 10.5), визначається з умов променистого теплообміну між поверхнями обмурівки, екранними трубами і газами високої температури. Тепловий потік в навколишнє середовище, Вт/м², при даній температурі внутрішньої поверхні багатошарової обмурівки визначається за формулою

, (10.1)

де — температури внутрішньої поверхні обмурівки, зовнішньої поверхні і оточуючого обмурівку повітря, °С; ∑R =δ₁ /λ₁ + δ₂ /λ₂ +…+ δ_n /λ _n – загальний тепловий опір, м²·К/Вт; δ_1,δ₂, δ_n — товщина шарів обмурівки, м; λ₁, λ₂,λ_n – теплопровідність матеріалів шарів, Вт/(м·К); — коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні обмурівки до навколишнього середовища, Вт/(м²·К).

Д

Рис. 10.5. Схема умов роботи обмурівки

а – футеровка, б – ізоляція, в – газощільне покриття, 1 – дія високих температур, 2 – присоси через нешільність, 3 – агресивна дія золи, 4 – масові навантаження вищевстановлених ділянок обмурівки, 5 – тепловіддача від поверхні; 6 – газопроникнення.

ля вертикальних стінок значення , Вт/(м²·К), з достатньою точністю може бути визначено за формулою

. (10.2)

Температура зовнішньої поверхні обмурівки t_н визначається умовами техніки безпеки, згідно якого °C при температурі навколишнього повітря °С. Тоді, задаючись втратою теплоти в навколишнє середовище, необхідний термічний опір обмурівки можна визначити за формулою, м²/Вт

. (10.3)

По значенню сумарного термічного опору методом послідовного наближення можна визначити товщину шарів обмурівки з урахуванням допустимої температури матеріалу кожного шару, послідовно задаючись температурами між шарами t_1–2, t_2–3 і товщиною шарів.

Температури між шарами визначаються за формулами, °С

, (10.4)

де — тепловий опір першого шару, м²·К/Вт; — тепловий опір другого шару, м²·К/Вт.

Для неекранованого газоходу температура внутрішньої поверхні його стінки практично рівна температурі потоку газів. При розташуванні з внутрішньої сторони обмурівки газощільних панелей їх екранних труб, а також при безпосередньому зіткненні екранних труб з кроком менше 1,2·d до обмурівки середня температура внутрішньої поверхні обмурівки рівна температурі забрудненої поверхні екранних труб.

Розрахунок обмурівки для неекранованого газоходу і при суцільних екранних панелях виконують по вищенаведених формулах.

Питання для самоперевірки

1. Навести та описати конструкції обмурівок і каркаса.

2. Призначення і вимоги до обмурівки котла.

3. Навести та пояснити основи теплового розрахунку обмурівки.

11. Теплообмін в елементах котла

11.1. Теплообмін в елементах котла, загальні положення

Передача теплоти від продуктів згорання до води, пароводяної суміші, пари і повітря, що рухаються в елементах котла, здійснюється через металеві стінки. Процес теплопередачі здійснюється за рахунок теплопровідності, конвекції і радіації, що відбувається одночасно. До поверхонь нагріву теплота від газів передається конвекцією і радіацією. Через металеву стінку, зовнішні і внутрішні забруднення теплота передається теплопровідністю, а від стінки до омиваючого її середовища — конвекцією і теплопровідністю. Схема передачі теплоти від продуктів згорання до середовища, що обігрівається, показана на рис. 11.1.

В процесі перенесення теплоти від газів до поверхонь нагріву відносне значення радіації і конвекції змінюється. До екранів, розташованих в шарових і факельних топках у області найбільш високих температур перенесення теплоти радіацією складає більше 90 %, до екранів топок з киплячим шаром 70—80 %. У ширмових поверхнях нагріву, розташованих на виході з топки, теплосприйняття за рахунок радіації складає 60—70 %. Далі, у міру зниження температури газів відносна частка теплоти, що передається, конвекцією, збільшується і складає в пароперегрівачі 70—80 %, а в останній, по ходу газів, частині повітропідігрівника — більше 95 %.

Рис. 11.1. Схема теплопередачі від продуктів згорання до робочого тіла

За визначальним способом передачі теплоти від газів, поверхні нагріву прийнято умовно розділяти на радіаційні, напіврадіаційні і конвекційні. До радіаційних поверхонь відносять екрани, фестони, пароперегрівачі, розташовані в топці. Напіврадіаційними поверхнями є ширмові поверхні нагріву — ширмові поверхні пароперегрівача і випарні поверхні нагріву, розташовані за топкою. Далі по ходу газів в газоходах котла розташовуються конвекційні поверхні нагріву: випарні і паропеперегрівні поверхні нагріву, економайзери і повітрепідігрівники.