Тема 2.2. Котельные агрегаты

2.2.1. Теплообмен в элементах котельного агрегата

Расчет топочной камеры выполняется с целью выявления экономичности и надежности ее работы. Экономичность характеризуется минимальными потерями теплоты от химической и механической неполноты горения при максимально допустимых удельных нагрузках решетки и топочного объема и минимальном коэффициенте избытка воздуха. Надежность топки обеспечивается при отсутствии ее шлакования, а для этого на выходе из топки должны быть обеспечены определенные температуры.

Расчет топки может быть конструктивным или поверочным. При конструктивном расчете определяются размеры топки и площадь расположенных в ней поверхностей нагрева. При поверочном расчете определяется температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры, производится оценка надежности и экономичности работы топки.

В топке передача теплоты поверхностям нагрева происходит в основном за счет излучения. Поверхности нагрева, воспринимающие теплоту за счет излучения – радиационные.

Теплота, передающаяся этим поверхностям, непосредственно связана с излучательной способностью факела пламени и его температурой. При заданных температурах излучательная способность факела зависит от вида топлива и способа его сжигания. В зависимости от вида топлива и условий его сжигания принята следующая классификация:

- полусветящееся пламя получается при сжигании твердого топлива в факельных и слоевых топках. Излучение этого пламени складывается из излучения трехатомных газов, золы и кокса;

- светящееся пламя получается при сжигании жидкого топлива, а также газа при плохом перемешивании или недостатке воздуха. Излучение этого пламени складывается из излучения трехатомных газов и мельчайших частичек сажи;

- несветящееся пламя получается при сжигании газа в условиях хорошего перемешивания с воздухом (в большинстве применяемых горелок). Излучение этого пламени – это излучение трехатомных газов.

Передача теплоты конвективным поверхностям (кипятильные пучки) от продуктов сгорания происходит путем конвекции и излучения. От наружной поверхности труб к внутренней теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару – конвекцией. Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры работают при большей температуре продуктов сгорания. По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту их температура уменьшается и хвостовые поверхности (ВЭК, ВЗП) работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды. Поэтому, чем дальше конвективная поверхность от топочной камеры, тем больше ее размеры (например, I КП и фестон омываются продуктами сгорания при температуре 1000-1100 ºС, а ВЭК около 300ºС).

При выборе последовательности размещения конвективных поверхностей в котле стремятся так расположить эти поверхности, чтобы разность температуры продуктов сгорания и воспринимающей среды была наибольшей. Пароперегреватель располагают сразу после топки или фестона (температура пара выше температуры воды), а ВЭК - после кипятильных пучков (вода в ВЭК имеет температуру ниже температуры кипения в котле).