книги / Теплотехника (курс общей теплотехники)

Фланцы 2°несколько°б!аЙЗерНЫХ Труб имеются квадратные приливы — фланцы 2 несколько большего размера, чем ребра на трубе Эти флан-

с^Ь Г ЛГазоХИк Г Г аЙЗера 06РЭЗУЮТ ДВе спРлош„ыеР^еталличФеские стенки, азоход экономайзера отделяется от окружающей среды с двух

Ребристая труба 1

Калач для соединения групп4

297

ных паров, входящих в состав дымовых газов, и осаждения влаги на трубах экономайзера. Конечная температура воды, подогретой в чугун­ ном экономайзере, должна быть ниже температуры насыщения пара при данном давлении не менее чем на 40—20 град, чтобы*исключить воз­ можность парообразования в экономайзере и гидравлических ударов. Для очистки наружной поверхности труб экономайзера от золы и сажи их обдувают при помощи специальных обдувочных устройств 5 паром

или сжатым воздухом.

Отечественная промышленность выпускает чугунные ребристые эко­ номайзеры типа ВТИ, размеры труб и калачей которых показаны на рис. 25-4. Поверхность нагрева одной трубы равна 2,95 м2. 3}ти эконо­

ных труб диаметром 32—38 мм обычно стали марки 20. Трубы изгиба­ ют в горизонтальные змеевики и завальцовывают в сборные камеры / и 2 или приваривают к ним. Питательная вода поступает в нижний коллектор экономайзера /, нагретая вода выходит из верхнего коллек­ тора 2 и направляется в барабан котла по нескольким необогреваемым трубам, расположенным вне газохода, или по большому числу труб, про­ ходящих под потолком газохода.

Расположение труб в экономайзере обычно шахматное, но оно мо­ жет быть и коридорным.

В котельных агрегатах экранного типа температура воды, выходя­ щей из экономайзера, бывает либо близкой температуре кипения, либо равной ей, и в этом случае часть ее может превратиться в пар. Эконо­ майзеры, в которых в условиях нормальной, работы котла вода на вы­ ходе из экономайзера не доходит до кипения, называют некипящими, а экономайзеры, в которых в тех же условиях вода нагревается до тем­ пературы кипения и частично испаряется, называют кипящими. Обычно в кипящем водяном экономайзере испаряется до 10—15% проходящей через него воды. Минимальную скорость дымовых газов в экономай­ зере при сжигании твердого топлива принимают не ниже 6 м\сек

Рис. 25-5. Стальной глалкотрубнын водяной экономайзер котельного агрегата экранного типа

298

по условиям предотвращения заноса летучей золой. Верхний предел скорости по условиям эолового износа ограничивают 9—10 м/сек. Ско­ рость воды принимают не менее 0,3 м/сек.

ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛИ

Воздухоподогреватель воспринимает приблизительно 7—15% тепла, полезно воспринятого котельным агрегатом.

Воздухоподогреватели делят на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативном воздухоподогревателе тепло дымовых газов переда­ ется воздуху через стенку, разделяющую потоки воздуха и дымовых га­ зов. В регенеративном воздухоподогревателе тепло передается метал­ лической насадкой, которая периодически нагревается теплом горячих дымовых газов, а затем отдает аккумулированное тепло потоку холод­ ного воздуха.

Рекуперативный воздухоподогреватель современного котельного аг­ регата представляет собой систему параллельно расположенных свар­ ных стальных тонкостенных труб наружным диаметром 25—51 мм, вва­ ренных в плоские трубныедоски. Трубы размещают в шахматном поряд­ ке. Дымовые газы проходят внутри труб; нагреваемый воздух омывает трубы снаружи в поперечном направлении. Скорость дымовых газов принимают равной 10—14 м/сек для предотвращения оседания золы на стенках труб: при такой скорости происходит самообдувка воздухоподо­ гревателя. Скорость воздуха принимают приблизительно в 2 раза мень­

шей скорости дымовыхгазов.

Рекуперативный воздухоподогреватель крупного котельного агре­ гата экранного типа показан на рис. 25-6. Трубы 3 вварены в трубные доски 1; ввиду относительно большой длины труб воздухоподогревателя междутрубное пространство для обеспечения достаточных скоростей воздуха разделено на два хода, по которым воздух проходит последова­

тельно перекрестным током. Воздух из одного хода в другой подается по воздухоперепускным коробам 2, служащим также для отделения

трубной системы воздухоподогревателя от окружающей среды с двух сторон. Две другие стороны системы отделяются от окружающей среды плотной листовой металлической обшивкой, которую, как и воздухоперепускные короба, покрывают тепловой изоляцией для уменьшения потерь тепла в окружающую среду. Воздухоподогреватель обычно раз­

мещается на раме, связанной с каркасом котельного агрегата.

Так как поверхности нагрева воздухоподогревателей котельных аг­ регатов большой паропроизводительности получаются очень большими, их для удобства транспортировки и монтажа собирают из отдельных

секций (кубов); В современных котельных агрегатах воздухоподогреватель разме­

щают либо полностью за водяным экономайзером, либо в рассечку с водяным экономайзером. В этом случае вначале по ходу газов распола­ гают первую часть экономайзера, затем верхнюю часть воздухоподогре­ вателя, под которой размещают вторую часть экономайзера, а еще ни­ же—нижнюю часть воздухоподогревателя. Такое расположение низко­ температурных поверхностей нагрева позволяет получить более высокую

температуру подогрева воздуха (до 360—400°С). Температура дымовых газов за воздухоподогревателем обычно составляет 130—170° С.

Регенеративный воздухоподогреватель (рис. 25-7) представляет со­ бой вертикальный цилиндрический барабан 2, заключенный в неподвиж­ ный цилиндрический корпус 3 и заполненный набивкой 4, выполненной из гофрированных стальных листов толщиной 0,5—1,25 мм. Вдоль оси барабана проходит вал 5, фиксированный в подшипниках 6 и приво­ димый в движение от электродвигателя 7 небольшой мощности. Дымо­

299

Кроме того, в отдельных случаях учитывают тепло <2ф, вносимое в топку водяным паром в случаях применения парового дутья или паро­ вого распыливания.

При сжигании газообразного топлива приходная часть теплового баланса складывается из тех же составляющих с той особенностью, что низшая теплота сгорания относится к сухому топливу, т. е. к величи­

не (Й.

При сжигании твердого топлива внесенное в котельный агрегат теп­ ло распределяется по следующим расходным статьям, кдж/кг:

При сжигании жидкого и газообразного топлива потери тепла Р4

и С?6 отсутствуют.

Тепловой баланс котельного агрегата составляют относительно не­ которого температурного уровня или, другими словами, относительно некоторой отправной температуры. Если в качестве этой температуры принять температуру воздуха, поступающего в котельный агрегат, то в приходной части теплового баланса исчезнет член /Б, в соответствии

В последних двух уравнениях величина (З? носит название распо­ лагаемого тепла, приходящегося на 1кг или 1м3 топлива.

Во многих случаях выражение для располагаемого тепла может быть упрощено. В нем обычно отсутствует составляющая <3ф; кроме того, в большинстве случаев можно исключить величину /тл, так как она пренебрежимо мала по сравнению с теплотой сгорания топлива. Поэто­ му для многих котельных агрегатов при сжигании твердого и жидкого топлива принимают

Когда тепловой баланс составляют относительно температуры воз­ духа, поступающего в котельный агрегат, величина потери тепла с ухо­ дящими газами /ух должна быть исправлена на величину энтальпии воздуха, поступающего в котельный агрегат, и в этом случае потеря теп­ ла с уходящими газами выразится формулой

<^2 = /ух — /в кдж/кг или кдж/м3.

302

В результате общее уравнение теплового баланса котельного агре­ гата при сжигании твердоготоплива принимает вид

При этом во многих случаях при факельном сжигании твердого топ­ лива можно неучитывать величины <Э6.

При сжигании жидкого и газообразного топлива общее уравнение теплового баланса котельного агрегата принимает вид

Если разделить почленно уравнения (26-5) и (26-6) на фр и умно­ жить на 100, то можно для случая сжигания твердого топлива получить

В этой форме уравнения теплового баланса котельного агрегата да­ ют процентное распределение располагаемого тепла на 1кг или на 1мъ топлива по расходным статьям теплового баланса.

Тепло, использованное в котельном агрегате, определяют из балан­ сового уравнения, отнесенного к 1сек работы агрегата:

мг)сек\ й —секундная производительность котельного агрегата, кг/сек\

Фк.а—количество тепла, полученное в котельном агрегате питатель­ ной водой при ее превращении в пар или горячую воду, выра­ батываемые в котле, отнесенное к 1 кг произведенного пара

или горячей воды, кдж/кг.

Левая часть этого уравнения выражает секундное количество ис­

пользованного тепла через расход топлива, а правая часть—через теп­ ло, полученное в котельном агрегате питательной водой.

Для котельных агрегатов, в которых производится перегретый пар,

гдег'п.п» *п.в* —соответственно энтальпии перегретого пара, питательной воды и котловой воды (принимаемая равной энтальпии воды при температуре кипения), кдж)кг\

П—доля непрерывной продувки, °/о (обычно колеблется в пределах 2—5% от б).

Для котельных агрегатов, в которых производится насыщенный пар, величина гпп заменяется величиной энтальпии насыщенного пара

Для котельных агрегатов, в которых получают горячую воду, вели­ чина <?к-а принимает вид

303

где (х и *2—соответственно энтальпии воды, поступающей в котел

ивыходящей из него, кдж1кг.

Врезультате деления обеих частей уравнения (26-9) на В и <2р и умножения на 100 можно получить

только в том случае, когда известен секундный расход топлива на ко­ тельный агрегат. Если же величина В неизвестна, то величина <71может быть определена лишь как остаточный член уравнений теплового балан­

и способа его сжигания может колебаться в пределах от 70—80 до 91 — 94%. Первые цифры относятся к агрегатам небольшой производительно­ сти со слоевыми топками, вторые—к крупным агрегатам с камерными топками. Особенно высокими оказываются величины <71для котлов, ра­ ботающих на жидком и газообразном топливе.

Потерю тепла с уходящими газами определяют как разность между

где /ух —энтальпия уходящих газов при коэффициенте избытка воз­

духа за агрегатом о^-х и температуре уходящих газов 0ух, кдж/кг;

/х.в—энтальпия теоретического количества воздуха, необходимого для горения при температуре поступления его в котельный агрегат, кдж/кг.

Множитель 100 —<74вводится в формулу в связи с тем, что энталь­ пии дымовых газов и воздуха, необходимого для горения, определяются для 1кг действительно сожженного топлива, а не для 1кг топлива, по­

чина <72увеличивается с ростом этих величин и, наоборот, уменьшается с их уменьшением. В современных котельных агрегатах величина <72ко­ леблется от 6—8% при сжигании газообразного, жидкого и пылевидного топлива в крупных котлах до 10—15% при сжигании в слое твердого

топлива в малых котлах.

Величину потери тепла от химической неполноты сгорания в эксплу­ атации и при тепловых испытаниях котельных агрегатов находят по со­ держанию в дымовых газах продуктов неполного сгорания— СО, Н2, СН4, СтНп, определенному на основе химического анализа дымовых га­ зов. При проектировании же котельных агрегатов значением потери с химической неполнотой сгорания задаются в пределах 0,5—1,5%, ру­ ководствуясь нормами теплового расчета котельных агрегатов.

Величину потери тепла от механической неполноты сгорания в экс­ плуатации и при тепловых испытаниях котельных агрегатов определяют по содержанию горючих веществ в шлаке и золе. При проектировании

304

котельных агрегатов величиной этой потери задаются так же, как и зна­

атл—доля золы топлива в шлаке; сшл—теплоемкость шлаков, кдж1(кг-град);

/ш<п— температура шлаков, °С.

Потерю с физическим теплом шлаков учитывают при слоевом сжи­ гании всех твердых топлив и в тех случаях факельного и вихревого сжи-

Рис. 26-1. Зависимость потери тепла на наружное охлажде­ ние котельного агрегата от его паропроизводительности

гания, когда шлаки удаляются в жидком виде или когда сжигается м гозольное топливо, для которого Температуру шлаков

принимают при сухом шлакоудалении равной 600°С, а при жидком шлакоудалении равной температуре жидкоплавкого состояния золы, увели­ ченной на 100 град. Средняя теплоемкость шлаков с.повышением темпе­ ратуры от 100 до 1500°С возрастает приблизительно от 0,8 до 1.2 кдж!(кг• град).

Потерю тепла от наружного охлаждения котельного агрегата опре­ деляют по особому графику, составленному на основании обработки большого числа опытных данных (рис. 26-1). Величина потери тепла на наружное охлаждение котельного агрегата неуклонно падает с ро­ стом паропроизводительности агрегата.

Отношение величины использованного в котельном агрегате тепла к величине располагаемого тепла топлива представляет собой коэффи­ циент полезного действия котельного агрегата брутто:

агрегата брутто, можно выразить уравнение теплового баланса котель­ ного агрегата, отнесенное к 1сек его работы в виде

Этим уравнением обычно пользуются либо для определения расхо­ да топлива на котельный агрегат по известной величине к. п.д. агрегата брутто, либо для определения к. п. д. котельного агрегата брутто по из­ вестному расходу топлива на котельный агрегат.

305

Глава 27 ГАЗО-ВОЗДУШНЫЙ ТРАКТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Газовым трактом котельного агрегата называют топку и совокуп­ ность следующих за ней газоходов, в которые размещены конвективные поверхности нагрева, омываемые дымовыми газами, движущимися в этих газоходах. Воздушный тракт котельного агрегата представляет собой совокупность воздуховодов и поверхностей нагрева, по которым движется воздух, подаваемый в топку для поддержания горения. Газо­ вый и воздушный тракты тем сложнее и длиннее, чем крупнее котель­ ный агрегат.

Дымовые газы по выходе из топки движутся по газовому тракту к выходу из котельного агрегата и, омывая соответствующие поверхнос­ ти нагрева, отдают через них свое тепло воде, водяному пару и воздуху. Эти два процесса—движения и теплопередачи— являются основными.

Указанным основным процессам сопутствует ряд других процессов, вредно сказывающихся на работе агрегата. При сжигании твердого топлива к ним относится загрязнение поверхностей нагрева сажей и ле­

тучей золой, а также иногда истирание труб поверхностей нагрева этой золой. При сжигании влажного и особенно сернистого топлива возника­

ет коррозия труб воздухоподогревателя в области поступления в него холодного воздуха.

Воздушный тракт котельного агрегата проще и короче газового тракта. В воздушном тракте протекают только два основных процес­ са—движение воздуха и теплоотдача от поверхности нагрева воздухо­ подогревателя к нагреваемому воздуху.

ТЕПЛООТДАЧА В ТОПКЕ

В топке тепло, развивающееся в результате горения топлива, пере­ дается поверхностям нагрева излучением. В слоевых топках количество тепла, передаваемое излучением, невелико, в факельных же и циклон­ ных топках оно значительно и достигает 40% и более всего сообщаемого котельному агрегату тепла.

Количество тепла, передаваемое в топке,,определяется двумя урав­ нениями, а именно: а) уравнением теплового баланса топки; б) уравне­

конце толки, °К; / '—энтальпия дымовых газов при температуре на выходе

из топки, кдж1кг или кдж/м3;

306