- •1. Классификация и типы паровых котлов.
- •1.1. Паровой котел. Общее устройство и определения.
- •3.3. Общие технические характеристики топлив.
- •3.5.1. Характеристики твердого топлива.
- •3.5.2. Характеристики мазута.
- •3.5.3. Характеристики природного газа.
- •3.6.1. Размолоспособность топлива.
- •3.6.2. Тонкость размола пыли.
- •3.6.3. Затраты энергии на размол топлива.
- •3.6.4. Характеристика угольной пыли.
- •4.1. Основы кинетики химических реакций.
- •4.2.1. Горение газового топлива
- •4.2.2. Горение твердого топлива.
- •4.2.3. Горение жидкого топлива.
- •4.3. Развитие и воспламенение топливно-воздушной струи в топочном объеме.
- •4.4. Продукты сгорания топлива.
- •5.1. Введение.
- •5.2. Топочные камеры и горелки для сжигания твердых топлив.
- •5.3. Газомазутные топки и горелки.
- •6. Эффективность работы и основы теплового расчета котла.
- •6.1. Общее уравнение теплового баланса котла.
- •6.2. Коэффициент полезного действия парового котла и котельной установки.
- •6.3.1. Потери теплоты с уходящими газами.
- •6.3.2. Потери теплоты с химическим недожогом топлива.
- •6.3.3. Потери теплоты с механическим недожогом топлива.
- •6.3.4. Потери теплоты от наружного охлаждения.
- •6.3.5. Потери с физической теплотой удаляемых шлаков.
- •6.3.6. Оптимизация показателей работы парового котла по сумме тепловых потерь.
- •7. Эксплуатация паровых котлов.
- •7.1. Эксплуатационные режимы паровых котлов.
- •7.2. Статические характеристики парового котла в нерасчетных режимах работы.
- •7.3. Переходные процессы в котле при изменении нагрузки.
- •7.4.Регулирование температуры пара.
- •7.4.1. Методы парового регулирования температуры пара.
- •7.4.2. Методы газового регулирования.
- •7.5. Загрязнения и абразивный износ конвективных поверхностей нагрева.
- •7.6.1. Высокотемпературная коррозия.
- •7.6.2. Низкотемпературная коррозия.
- •7.7. Сокращение вредных выбросов в окружающую среду.
- •8.Характеристики и виды движения водного теплоносителя в паровых котлах
- •8.1.Водный теплоноситель в паровых котлах и его физико-химические характеристики.
- •8.2 Общие уравнения движения жидкости в трубах.
- •8.2.1.Уравнения неразрывности, движения, энергии и состояния жидкости.
- •8.2.2.Уравнение движения однофазного потока в трубах.
- •8.2.3.Уравнение движения двухфазного потока в трубах.
- •8.3.Режимы течения двухфазного потока.
- •8.4.Перепад давления при движении рабочей среды в трубе.
- •8.5.Виды движения жидкости.
- •9.Гидродинамика водного теплоносителя в паровых котлах.
- •9.1.Гидродинамика водного теплоносителя в поверхностях с принудительным движением.
- •9.1.1.Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла.
- •9.1.2.Гидравлическая характеристика горизонтальных одиночных труб.
- •9.1.3.Гидравлические характеристики вертикальных одиночных труб.
- •9.1.4.Гидравлические характеристики системы труб парового котла.
- •9.1.5.Гидравлическая разверка в системе труб парового котла.
- •9.1.6.Пульсация потока в системах труб парового котла.
- •9.2.Гидродинамика водного теплоносителя при естественной циркуляции.
- •9.2.1.Движущий и полезный напоры контура циркуляции.
- •9.2.2.Гидравлические характеристики контура циркуляции.
- •9.2.3.Расчет контуров циркуляции.
- •9.2.4.Показатели надежности работы контура циркуляции.
- •9.3. Организация сепарации влаги и пара в барабанных котлах.
- •9.3.1.Барабан - сепарационное устройство барабанного котла.
- •9.3.2.Гидродинамические процессы в барабане парового котла.
- •10. Температурный режим поверхностей нагрева паровых котлов.
- •10.1.Металл паровых котлов.
- •10.2.Расчет температурного режима обогреваемых труб парового котла.
- •10.3.Условия теплообмена на стенке прямолинейной части трубы парового котла.
- •10.3.1.Теплообмен при докритическом давлении водного теплоносителя.
- •10.3.2.Теплообмен при сверхкритическом давлении водного теплоносителя.
- •10.4.Особенности температурного режима горизонтальных труб, криволинейных труб и каналов и газоплотных экранов.
- •10.5.Влияние внутритрубных отложений на температурный режим обогреваемых труб парового котла.
- •11.Физико-химические процессы в пароводяном тракте парового котла.
- •11.1.Материальный баланс примесей в пароводяном тракте парового котла.
- •11.2.Коррозия металла в пароводяном тракте парового котла.
- •11.3.Растворимость примесей в водном теплоносителе.
- •11.4.Переход примесей из воды в насыщенный пар.
- •11.5.Внутритрубные отложения примесей водного теплоносителя.
- •11.6.Образование отложений примесей в пароводяном тракте прямоточного котла.
- •11.7.Образование отложений примесей в пароводяном тракте барабанного котла.
- •11.7.1.Удаление примесей с непрерывной продувкой воды из водяного тракта барабанного котла.
- •11.7.2.Организация ступенчатого испарения в барабанном котле.
- •12.Водно-химические режимы паровых котлов.
- •12.1.Водно-химические режимы и нормы качества пара и питательной воды.
- •12.2.Водно-химические режимы прямоточных котлов.
- •12.3.Водно-химические режимы барабанных котлов.
- •12.4.Влияние внутрибарабанных устройств на качество котловой воды и насыщенного пара.
- •12.5.Химические очистки паровых котлов.
- •12.6.Консервация паровых котлов.
10.4.Особенности температурного режима горизонтальных труб, криволинейных труб и каналов и газоплотных экранов.
Горизонтальные и слабонаклонные трубы используются в экономайзерах и пароперегревателях, расположенных в конвективной шахте, в радиационных поверхностях прямоточных котлов.
При движении пароводяной смеси с относительно низкой скоростью в горизонтальных трубах большого диаметра возможны режимы течения (слоистый, волновой, поршневой), при которых верхняя часть трубы непрерывно или периодически омывается паром, а нижняя часть - водой. При обогреве трубы теплоотдача к паровой фазе ниже, чем к жидкой, и это вызывает значительный перегрев верхней части трубы по сравнению с нижней (рис. 10.11).
При перепаде температуры по периметру трубы более 50°С, пульсации ее за счет наброса воды на верхнюю часть трубы происходит разрушение оксидной пленки на поверхности металла и интенсификация коррозионных процессов, появляются усталостные трещины в металле. Расслоенные режимы течения недопустимы.
Минимальные массовые скорости, при которых не возникают расслоенные режимы течения, составляют при р = 15 МПа и q = 200 кВт/м2: для труб с dвн= 50 мм (ρw)мин= 1200…1500 кг/(м2∙с); для труб с dвн= 20…30 мм (ρw)мин= 1000…1200 кг/(м2∙с). В барабанных котлах с естественной циркуляцией обеспечить такие массовые скорости невозможно, поэтому в них горизонтальные обогреваемые участки не выполняют.
Экономайзеры кипящего типа (желательно, чтобы хвых< 0,25) располагаются в зоне невысоких тепловых потоков (q < 20 кВт/м2), для них (ρw)мин= 500…700 кг/(м2∙с), рекомендуется принимать ρw= 800…1000 кг/(м2∙с). Для некипящих экономайзеров ρw= 500…600 кг/(м2∙с).
В прямоточных котлах и барабанных котлах с многократной принудительной циркуляцией в испарительных поверхностях нагрева можно исключить расслоенные режимы, приняв ρw>1000…1200 кг/(м2∙с). Но и при этих значениях ρwтолщина жидкой пленки у верхней образующей трубы меньше, чем у нижней, и кризис теплообмена на верхней образующей возникает при меньшем значении qкри хгр (рис. 10.12).
Для горизонтальных испарительных труб рекомендуется принимать граничное паросодержание хгр: при р = 5,0…10 МПа хгр= 0,2; при p = 10…15 МПа хгр= 0,1.
В слабонаклонных парообразующих трубах может возникнуть асимметрия потока, когда паровая фаза смещена к верхней образующей, поэтому зона ухудшенного теплообмена в них начинается раньше, чем в вертикальных. При угле наклона более 15°С значение (ρw)минрезко уменьшается, поэтому в контурах с естественной циркуляцией можно иметь обогреваемые участки с таким углом наклона.
При сверхкритическом давлении в зоне больших теплоемкостей в горизонтальных и слабонаклонных трубах теплоотдача по периметру трубы также различается, так как пристенный слой жидкости с меньшей плотностью и более высокой температурой поднимается к верхней образующей, где коэффициент теплоотдачи снижается по сравнению со средним значением и значением у нижней образующей (рис. 10.13).
В горизонтальных пароперегревателях ДКД и СКД при движении однофазной среды различия в плотности у верхней и нижней образующих практически нет.
Криволинейные каналы (изогнутые трубы) являются элементом змеевиковых поверхностей нагрева. При турбулентном течении воды и пара в изогнутых трубах при ДКД возникает кручение потока, увеличиваются перемешивание и интенсивность теплообмена. Коэффициент в изогнутых трубах становится выше, чем в прямых. Соотношение значений α2при одинаковых условиях для изогнутой и прямой труб определяется выражением
(10.25) |
где D - диаметр гиба; d - диаметр трубы.
При движении двухфазного потока в изогнутых трубах с увеличением скорости возрастает влияние инерционных сил и происходит разделение потока: вода отжимается к наружной образующей гиба, а пар - к внутренней ((рис. 10.14), сечение а), поэтому на криволинейных участках может возникнуть зона ухудшенного теплообмена раньше, чем в прямых трубах.
С учетом сказанного выполнение криволинейных участков в испарительных поверхностях при ДКД, особенно в зоне высоких тепловых потоков, нежелательно. При необходимости изготовления гибов в зоне обогрева проводят проверку температурного режима изогнутых участков труб.
При сверхкритическом давлении в криволинейных каналах с малым радиусом гиба коэффициент теплоотдачи близок к значению для прямых труб. В этом случае можно применять изогнутые трубы в зоне обогрева.
Газоплотные экраны представляют собой трубы, соединенные перемычками в цельносварную панель. Независимо от конструктивного выполнения половина соединительной перемычки, прилегающей к трубе, называется плавником.
На (рис. 10.15) показано выполнение плавниковой трубы и обозначены основные размеры: S - шаг трубы; h - высота плавника; bb, bk- толщина плавника в вершине и корне соответственно. При равномерном падающем (подводимом) тепловом потоке q воспринятый тепловой поток q по полупериметру трубы и температура стенки трубы и плавника будут различными. Максимальная температура стенки трубы имеет место на лобовой образующей, а плавника - в его вершине. Из-за возникшего градиента температуры между лобовой и тыльной сторонами происходит растечка тепла по стенке трубы, а также вдоль плавника.
Температура на лобовой образующей стенки плавниковой трубы определяется, как для обычной гладкой трубы.
На прочность цельносварных панелей большое влияние оказывает разность температур в свариваемых (соседних) трубах, вызывающая термические напряжения в плавниках и трубах. Допускается разность температур рабочей среды в свариваемых трубах не более 50°С. Необходимы специальные меры, чтобы выдержать это требование в НРЧ котлов сверхкритического давления, где на фронтовой и задней стенах (реже на боковых) располагаются рядом панели, включенные последовательно по ходу рабочей среды и, соответственно, имеющие разную температуру среды и стенок труб в месте их стыка.
Для уменьшения разности температуры среды по панелям выполняют байпас первого хода НРЧ, т.е. через панель пропускается часть воды, средняя температура ее при этом увеличивается и становится близкой к температуре второго хода. Оставшаяся вода по необогреваемым байпасным трубам поступает в смесительную камеру, где оба потока воды смешиваются и направляются во второй ход.