13.9. Схема розрахунку циркуляції

Метою розрахунку циркуляції у випарній системі котла є визначення швидкості води і пароводяної суміші. Випарні системи складаються з ряду паралельно включених елементів, поєднуваних колекторами і барабанами. Циркуляційні контури можуть мати послідовне або паралельне з'єднання окремих ділянок, що обігрівають. Для контурів з послідовним включенням ділянок корисний тиск контуру при циркулюючому в ньому кількості води G_ц. дорівнює

.

(13.54)

Для контурів з паралельно включеними ділянками, наприклад для випарних поверхонь нагріву екрану з декількома рядами труб, об'єднаних загальним колектором і барабаном (рис. 13.5), у кожному ряді встановлюється однаковий корисний тиск із загальною кількістю циркулюючої води

.

(13.55)

В

Рис. 13.5. Циркуляційний контур екрану

изначити G_ц у контурі можна по швидкості циркуляції у вхідних ділянках піднімальних труб, які рівні w₀, і їхньому перетину. Отже, на початку розрахунку необхідно знати швидкість циркуляції w₀, визначення якої є підсумковою метою розрахунку. Тому на початку розрахунку даного контуру доводиться орієнтовно задаватися декількома значеннями швидкості циркуляції і далі будувати гідравлічні характеристики при цих значеннях w₀, по яких графічно визначається дійсне значення w₀ у даному контурі. Попередні значення w₀, м/с, звичайно приймаються наступними:

Для настінних екранів 0,6; 0,9; 1,2

Для двухсвітних екранів 0,9; 1,2; 1,5

Для випарних пучків 0,4; 0,7; 1,0

Збільшення швидкості циркуляції w₀ приводить до зменшення корисного тиску, тому що збільшується опір опускних труб і знижується об'ємний паровміст у них. Зі збільшенням теплового навантаження кратність циркуляції зменшується.

Після визначення витрат G_ц в окремих контурах і їхніх елементах варто провести перевірку правильності попередньо прийнятих у розрахунку швидкостей циркуляції, витрат води і опорів, а також визначити недогрів води в барабані котла. Недостатня кратність циркуляції вказує на великий опір опускних труб контуру і необхідність його зменшення.

Питання для самоперевірки

1. Схеми газоповітряного тракту котла і область їх застосування.

2. Навести та пояснити аеродинамічні опори при русі газів і повітря в котлі.

3. Вивести формулу для визначення самотяги димової труби.

4. Навести методику з вибору вентилятора і димососа для котельної установки і способи їх регулювання.

5. Описати структури потоків пароводяної суміші.

6. Навести та пояснити рівняння руху пароводяної суміші у котлі.

7. Пояснити методику розрахунку природної циркуляції.

14. Абразивний знос, корозія, забруднення і очистка поверхонь нагріву

14.1. Абразивний знос

Продукти згорання твердого палива виносять з топки значну кількість частинок золи і незгорілого палива. Вважають, що в світі до 1990 р. при спалюванні твердого і рідкого палива, враховуючи сучасні засоби очистки продуктів згорання, в атмосферу викидатиметься до 40 млн. т/год викидів і до 170 млн. м³/год SО₂.

Середня концентрація частинок викидів в потоці газів визначається за формулою, г/м³

,

(14.1)

де А^р — вміст золи в робочій масі палива %; — частка золи в продуктах згорання; — вміст горючих у виносі %; — об'єм продуктів згорання, м³/кг; — температура продуктів згорання на вході в конвекційну поверхню нагріву °C.

Наприклад, при спалюванні вугілля марки АШ в топках з сухим шлаковидаленням =0,14 г/м³.

Частинки викидів , що знаходяться в потоці газів, зустрічають на своєму шляху труби поверхонь нагріву. Крупні (інерційні) частинки (розміром більше 20 мкм) під дією кінетичної енергії, що виникає при їх русі разом з газами з відносно високою швидкістю, пробивають прикордонний шар, вдаряються об труби і викликають їх стирання — абразивний знос зовнішньої поверхні.

Золовий винос за проміжок часу τ визначається по формулі, мм або г/м²

,

(14.2)

де а= (2÷9,5)·10^-9 — коефіцієнт, що характеризує абразивні властивості частинок, мм·с³/(г·год); — концентрація викидів в потоці газу, г/м³; — середня швидкість потоку газів, м/с; z — коефіцієнт, що враховує вірогідність ударів частинок об поверхню; m — коефіцієнт, що враховує опір металу від виносу; m =1 для вуглецевих труб і m = 7 для хромомолібденових труб.

При тривалому стиранні товщина стінки труб зменшується, знижується її міцність, що може привести до розриву труб, які працюють під тиском. Найбільший місцевий абразивний знос в шаховому пучку труб поверхні нагріву, мм, характеризується виразом

,

(14.3)

де — коефіцієнт нерівномірності концентрації золи в газоході, звичайно = 1,2÷1,25; — середня швидкість по струмінню газів, в найбільш вузькому місці, м/с; — коефіцієнт нерівномірності поля швидкостей в газоході, =l,2÷1,4; τ — тривалість роботи поверхні нагріву, год; k — середня концентрація частинок в потоці газів.

З формул (14.2) і (14.3) видно, що знос в основному визначається швидкістю потоку газів і місцевої концентрації крупних частинок в потоці. Найбільшу швидкість потік газів має в каналах біля труб, розташованих у стінок газоходів. Характер розподілу концентрації частинок залежить від аеродинамічних умов руху. Найбільша концентрація крупних частинок має місце біля задньої стінки газоходу в місцях повороту газів, і тому зносу найбільш схильні змійовики економайзера, розташовані у верхній частині конвекційної шахти безпосередньо за поворотною газовою камерою.

Н

Рис. 14.1. Розподіл швидкостей продуктів згорання по ширині газоходу і крупних фракцій віднесення в місці повороту потоку газів

ерівномірність швидкості потоку газів і концентрації в ньому крупних частинок виносу (рис. 14.1) викликає нерівномірне зношення поверхонь нагріву. При поперечному обтіканні поверхні нагріву більшому зносу підлягають шахові пучки труб, розташовані в зоні найбільшої концентрації крупних частинок віднесення. Найбільше до зносу схильні ділянки труб при куті атаці потоку 30—50°.

Істотний вплив на зношення поверхонь нагріву впливають абразивні властивості золи і незгорілі частинки палива. Легкоплавкі зольні частинки оплавляються і менше стирають труби. Частинки тугоплавкої золи, а також недопаленого палива мають шорстку поверхню з гострими кромками, що підвищує їх абразивні властивості. При рідкому шлаковидаленні частинки золи оплавлені і мають менші розміри, тому знос поверхонь нагріву зменшується.

Зменшення зносу може бути досягнуте за рахунок зниження швидкості газового потоку, а також зменшення концентрації в ньому викидів, зокрема, шляхом застосування топок з рідким шлаковидаленням. З метою захисту робочих поверхонь нагріву в місцях найбільш інтенсивного зносу на трубах встановлюють кутики і накладки на гнутих елементах змійовиків і приварюють прутки на прямих ділянках труб. У трубчастих повітрепідігрівачах у вхідних ділянках, де має місце найбільший знос, встановлюють вставки завдовжки 150—200 мм.