
- •В.А. Волощук, а.К. Денісов, і.П. Трофимчук котельні установки промислових підприємств Навчальний посібник
- •1. Загальна технологічна схема котельної устаноки. Загальні характеристики котлів. Конструкції котлів та парогенераторів
- •1. 1. Загальна технологічна схема котельної установки
- •1.2. Схема барабанного котла з природною циркуляцією
- •1. 3. Загальні характеристики котлів
- •1. 4. Котли з природною циркуляцією низького та середнього тиску
- •1. 5. Енергетичні котли з природною циркуляцією
- •1. 6. Прямотечійні котли
- •1. 7. Конструкції водогрійних котлів
- •1.8. Конструкції парогенераторів аес
- •2. Матеріальний баланс процесу горіння палива. Матеріальний баланс середовища, що нагрівається
- •2.1. Матеріальний баланс процесу горіння палива
- •2.2. Визначення кількості повітря, що необхідне для горіння
- •2.3. Кількість продуктів згорання
- •2.4. Ентальпія продуктів згорання
- •2.5. Матеріальний баланс середовища, що нагрівається
- •Приклади розв’язування задач
- •Об’єми газів, об’ємні долі трьохатомних газів
- •3. Тепловий і ексергетичний баланси котла
- •3.1. Загальне рівняння теплового балансу
- •3.2. Корисно витрачена на виробництво пари теплота
- •3.3. Витрата палива і ккд котла
- •3.4. Втрати теплоти в котельному агрегаті
- •3.5. Втрати теплоти від неусталеного теплового стану котла. Залежність ккд котла від навантаження
- •3.6. Ексергетичний| баланс котла
- •Приклади розв’язування задач
- •4. Спалювання твердого палива в котлоагрегаті
- •4.1. Класифікація топок і загальні|спільні| характеристики процесів
- •4.2. Немеханізовані, напівмеханізовані та механічні топки для спалювання твердого палива в щільному шарі
- •4.3. Механізовані шарові топки
- •4.4. Топки з киплячим шаром
- •4.5 Особливості спалювання твердого палива у пилоподібному стані
- •4.6. Основні схеми пилоприготування
- •4.7. Класифікація і схеми пиловугільних пальників
- •4.8. Показники роботи топкових пристроїв
- •5. Спалювання газоподібного палива в котлоагрегаті
- •5.1. Спалювання газоподібного палива. Загальні положення
- •5.2. Принципи організації спалювання газового палива
- •5.3. Топки, класифікація пальників для газоподібного палива
- •5.4. Спалювання газоподібного палива з|із| низькою теплотою згоряння
- •5.5. Спалювання газоподібного палива з|із| високою теплотою згоряння
- •5.6. Спалювання газу разом |спільне|з|із| іншими видами палива
- •5.7. Експлуатація газових топок. З|утворенню|меншення шкідливих викидів
- •5.8. Особливості розрахунку газових пальників і топок
- •6. Спалювання рідкого палива в котлоагрегаті
- •6.1. Спалювання рідкого палива. Загальні положення|спільні|
- •6.2. Схеми розпилювання рідкого палива. Мазутові форсунки
- •7. Випарні поверхні нагріву котлоагрегатів
- •8. Пароперегрівники. Регулювання температури пари
- •8.1. Призначення і класифікація пароперегрівників
- •8.2. Конструкція і компоновка пароперегрівника
- •8.3. Конвективні пароперегрівники
- •8.4. Радіаційні і ширмові пароперегрівники
- •8.5. Регулювання температури пари
- •9. Економайзери та повітропідігрівники
- •9.1. Економайзери
- •9.2. Повітропідігрівники
- •10. Каркас і обмурівка котлоагрегату
- •10.1. Каркас котлів
- •10.2. Призначення обмурівки і вимоги до неї
- •10.3. Конструкція обмурівки
- •10.4. Тепловий розрахунок обмурівки
- •11. Теплообмін в елементах котла
- •11.1. Теплообмін в елементах котла, загальні положення
- •11.2. Теплообмін в топці
- •11.3. Розрахунок теплообміну в топці
- •11.4. Теплообмін у конвективних поверхнях нагріву
- •11.5. Інтенсифікація радіаційного і конвекційного теплообміну
- •12. Водний режим і якість пари котлів
- •12.1. Утворення накипу і вимоги до живильної води
- •12.2. Системи підготовки живильної води
- •12.3. Водний режим і продування котла
- •12.4. Сепарація і промивка пари
- •13. Аеродинаміка та гідродинаміка котла
- •13.1. Системи газоповітряного тракту
- •13.2. Аеродинамічні опори
- •13.3. Аеродинаміка димової труби
- •13.4. Вибір вентилятора і димососа
- •13.5. Характеристика і режими роботи випарних систем
- •13.6. Гідродинаміка в елементах парогенераторів із природною циркуляцією
- •13.7. Режим, структура і характеристики потоку робочого тіла
- •13.8. Гідродинаміка котлів із природньою циркуляцією
- •13.9. Схема розрахунку циркуляції
- •14. Абразивний знос, корозія, забруднення і очистка поверхонь нагріву
- •14.1. Абразивний знос
- •14.2. Корозія металу елементів котла
- •14.3. Високотемпературна корозія зовнішніх поверхонь нагріву
- •14.4. Низькотемпературна корозія зовнішніх поверхонь нагріву
- •14.5. Корозія металу внутрішніх поверхонь нагріву
- •14.6. Забруднення поверхонь нагріву
- •14.7. Очищення зовнішніх поверхонь нагріву від забруднень
- •15. Захист навколишнього середовища від шкідливих викидів при роботі котлоагрегатів
- •15.1. Вміст шкідливих домішок в продуктах згоряння
- •15.2. Золовловлювання
- •15.3. Очищення продуктів згоряння від оксидів сірки
- •15.4. Очищення продуктів згоряння від оксидів азоту
- •16. Експлуатація котлів
- •16.1. Організація управління котлами
- •16.2. Експлуатація котлів
- •16.3. Показники роботи котельних установок
- •Контрольна тестова програма Знайдіть одну правильну відповідь.
- •9.Чим обумовлені втрати теплоти від хімічної неповноти згоряння:
- •10. Чим обумовлені втрати з фізичною теплотою золи і шлаку:
- •Термінологочний словник
- •Предметний покажчик
- •Літератрура
11.4. Теплообмін у конвективних поверхнях нагріву
Конвективні поверхні нагріву звичайно виконують у вигляді рядів труб з коридорним або шаховим розташуванням, які омиваються продуктами згорання палива. Рух газів в трубному пучку поздовжнє або поперечне. У цих поверхнях нагріву перенесення теплоти від гріючих газів до робочого середовища здійснюється переважно за рахунок конвекції. Радіаційна складова загалом - відносно невелика внаслідок зниження температур потоку газів по ходу їх руху в газоходах котла і малої товщини випромінюючого шару в міжтрубному просторі. Тепловий потік до робочого тіла в конвекційній поверхні нагріву в загальному вигляді визначається за виразом, кВт
,
(11.4)
де k
— коефіцієнт теплопередачі через дану
поверхню нагріву, кВт/(м2·К);
— осереднене значення різниці температур
гріючого газу і робочого середовища -
температурний напір, °C;
— площа поверхні нагріву, м2.
Відповідна теплова напруга поверхні нагріву, кВт/м2
|
(11.5) |
В межах елементу конвекційної поверхні нагріву температури газів і їх фізичні характеристики, а також робочого середовища, за винятком того, що знаходиться в випарній поверхні нагріву, міняються, і тому вираз (11.4) застосований до нескінченно малого елементу поверхні нагріву і для всієї поверхні повинно бути записано в диференціальній формі
|
(11.6) |
де
— температура газів перед елементом
поверхні нагріву.
Повна кількість теплоти, що передається даному елементу поверхні нагріву, визначається інтегруванням виразу (11.6) по змінній величині Н. В результаті передачі теплоти від гріючих газів до поверхні нагріву знижується ентальпія газів і підвищується ентальпія середовища, що обігрівається, — пари, води або повітря. Відповідно рівняння теплового балансу поверхні нагріву прийме вигляд, кДж/кг
|
(11.7) |
де φ
— коефіцієнт збереження теплоти, що
враховує втрати в навколишнє середовище;
— ентальпії газів на вході в поверхню
нагріву і на виході з неї, кДж/кг;
— кількість теплоти, що вноситься
присосом повітря в газохід даної поверхні
нагріву.
Основними чинниками, що визначають тепловий потік в конвекційних поверхнях нагріву, є температурний напір і коефіцієнт теплопередачі.
Температурний напір — середня по площі поверхні нагріву різниця температур між гріючими середовищами і середовищами що нагріваються, та залежить від взаємного напряму їх руху. Паралельний рух гріючих середовищ та середовищ, що нагріваються, назустріч один одному називають протитоковим, а в один бік — прямотоковим. Перпендикулярний напрям руху одного з потоків середовищ по відношенню до напряму руху іншого середовища називають перехресним рухом. Застосовують також елементи поверхонь нагріву з комбінованими прямотоковим і протитоковим, а також з паралельним і перехресним рухами середовищ.
Найбільший можливий температурний напір досягається при протитоковій схемі, найменший — при прямотоковій, при всіх інших схемах включення поверхонь нагріву температурний напір має проміжні значення. При сталій масової витрати теплоносіїв і коефіцієнта теплопередачі для даної поверхні нагріву середній температурний напір для прямотокової і протитокової схеми руху середовищ визначається за формулою, °C
|
(11.8) |
де ∆tб— більша різниця температур середовищ, °С; ∆tм — менша різниця температур, °С.
При нормальній експлуатації відкладення накипу на трубах економайзера, випарної поверхні нагріву і пароперегрівника не повинні досягати товщини, що викликає істотне підвищення термічного опору і зростання температури стінки труби, і тому в тепловому розрахунку частка впливу накипу на коефіцієнт теплопередачі може бути прийнята рівна нулю.
Коефіцієнт теплопередачі в шахових трубних пучках пароперегрівників при спалюванні твердих палив визначається за формулою, Вт/(м∙К)
|
(11.9) |
де
- коефіцієнт тепловіддачі від гріючого
середовища до стінки конвекційної
поверхні, Вт/(м2∙К);
- коефіцієнт тепловіддачі від стінки
конвекційної поверхні до середовища,
що гріється, Вт/(м2∙К).
Коефіцієнт теплопередачі для економайзерів, перехідних зон прямотечійних котлів і випарних поверхонь, а також пароперегрівників при надкритичному тиску визначається за формулою, Вт/(м∙К)
|
(11.10) |
Коефіцієнт
тепловіддачі конвекцією (
).
Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією в
поверхнях нагріву котла змінюється в
широких межах залежно від швидкості і
температури потоку, визначального
лінійного розміру і розташування труб
в пучку, виду поверхні (гладка або
ребриста) і характеру її обмивання,
фізичних властивостей омиваючого
середовища, а в окремих випадках — від
температури стінки. Стаціонарний процес
конвекційного теплообміну при постійних
фізичних параметрах теплообмінних
середовищ описується системою
диференційних рівнянь збереження
енергії, збереження кількості руху і
збереження маси потоку. У конкретних
умовах до цих рівнянь приєднують умови
однозначності: значення фізичних
констант, поля швидкостей і температур,
конструктивні параметри і ін. Рішення
цих рівнянь складне, і тому в інженерних
розрахунках використовуються критеріальні
залежності, одержані на основі теорії
подібності і експериментальних даних.
Результати дослідження оброблені у
вигляді степеневих залежностей
Nu=f(Re·Pr),
де Nu,
Re
і
Рr—
відповідно числа Нуссельта, Рейнольдса
і Прандтля.
При визначенні швидкість потоку продуктів згорання визначається за формулою, м/с
|
(11.11) |
де F
—
площа живого перетину газоходу, м2;
— розрахункова витрата палива, кг/год;
—
об'єм
продуктів згорання на 1 кг палива, м3/кг,
при тиску 100 кПа і 0 °С, визначений при
середньому коефіцієнту надлишку повітря
в газоході;
- температура продуктів згоряння в
газоході, °C.
Швидкості водяної пари або води в трубах визначається за формулою, м/с
|
(11.12) |
де D
—
витрата пари, води, кг/год;
—
середній питомий об'єм пари, води, м3/кг;
ƒ
–
площа живого перетину для проходу пари,
води, м2.
Площа живого перетину, м2, для проходу газів або повітря в газоходах, заповнених трубами:
- для гладкотрубних пучків при поперечному омиванні
|
(11.13) |
де а і b — розміри газоходу в даному перетині, м; z1 — число труб в ряду;
d і l — діаметр і довжина труб, м.
- при поздовжньому обмиванні труб і руху середовища усередині труб
|
(11.14) |
де z — число паралельно включених труб;
Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією при поперечному омиванні коридорних пучків і ширм, віднесений до повної площі зовнішньої поверхні труб, визначається за формулою, Вт/(м2·К)
|
(11.15) |
де
—
поправка на число рядів труб по ходу
газів при z≥10,
;
—
поправка на компоновку пучка, визначена
залежно від відношення подовжнього і
поперечного кроку до діаметру [1]; λ
—
теплопровідність при середній температурі
потоку, Вт/( м·К);
—
кінематична в'язкість продуктів згорання
при середній температурі потоку, м2/с;
d
— діаметр
труб, м;
—
швидкість продуктів згорання, м/с.
Коефіцієнт тепловіддачі від газу до ширм визначається за формулою, Вт/( м2·К)
|
(11.16) |
де
—
коефіцієнт тепловіддачі конвекцією,
віднесений до площі повної поверхні
ширм, Вт/( м2·К);
— коефіцієнт забруднення, (м2·К)/Вт;
χ
— кутовий коефіцієнт ширм; s2
—
крок між ширмами, м.
Для чавунних ребристих і ребристо-зубчатих повітрепідігрівників, що випускаються вітчизняними заводами, приведений коефіцієнт тепловіддачі з газової сторони для чистих труб віднесений до повної зовнішньої поверхні, визначається за формулою, Вт/( м2·К)
|
(11.17) |
де
—
крок ребер, м.
Коефіцієнт
тепловіддачі випромінюванням.
Кількість теплоти, що передається 1 м2
поверхні нагріву випромінюванням потоку
газів,
,
Вт/м2
,
визначається за допомогою коефіцієнта
тепловіддачі випромінюванням, Вт/(м2·К)
|
(11.18) |
де
—
кількість теплоти, передана 1 м2
поверхні нагріву випромінюванням
кДж/м2;
і
—
температури газів
і забрудненої стінки °С.
Температура забрудненої поверхні труб ширмових і конвекційних перегрівників випарних ширм і настінних труб при спалюванні твердого і рідкого палива приймається рівній температурі зовнішнього шару забруднень, °С
|
(11.19) |
де Q — теплосприйняття даної поверхні нагріву, кДж/кг, визначене з рівняння балансу по заздалегідь прийнятій кінцевій температурі одного з середовищ; Qл, — теплота, сприйнята поверхнею випромінюванням з топки або з об'єму перед нею, кДж/кг; t — середня температура середовища °С; Н — площа поверхні нагріву, м2; ε — коефіцієнт забруднення, (м2·К)/Вт; — коефіцієнт тепловіддачі від стінки до пари, Вт/(м2·К).
Значення ε для шахових перегрівників і ширм приймають за даними [1]. Для коридорних і шахових пароперегрівників і настінних труб при спалюванні рідкого палива ε ≈0,003, а при спалюванні твердих палив ε ≈0,005 (м2·К)/Вт. У решті випадків температура стінки t3 = t + ∆t, °C.