75 группа 2 вариант / Котельные установки и парогенераторы / Часть 2 / kotly_ch_21

Теплообмен в поверхностях нагрева котла

Радиационный теплообмен

Основные определяющие, параметры радиационного, теплообмена и характеристики экранов

Радиационный теплообмен является основным способом передачи тепла топочным экранам

Таким образом, определяющими факторами радиационного теплообмена являются:

1. температура газового факела (Т_ф);

2. температура наружних загрязнений (Т_НЗ);

3. степень черноты топки (а_Т), которая определяется коэффициентом тепловой эффективности экранов (), концентрацией трехатомных газов и водяных паров (r_n), концентрацией золы и коксовых частиц.

Расчет теплообмена излучения в топочной камере

понятие адиабатической температуры газов.

Конвективный теплообмен

К конвективным относятся поверхности нагрева, расположенные в поворотном газоходе за фестоном или ширмами и в конвективной шахте котла.

и - коэффициенты теплоотдачи от газов к наружным загрязнениям и от накипи к обогреваемой среде.

- толщина наружных загрязнений, металла и накипи.

- соответствующие коэффициенты теплопроводности.

Температурный напор - средняя температура между греющей и обогреваемой средой.

Таким образом, определяющими параметрами конвективного теплообмена для существующей конструкции поверхности нагрева являются:

1. Скорость теплообменивающихся сред [особенно среды, теплоотдача от которой имеет наибольшее термическое сопротивление (чаще всего с газовой)].

2. Температурный напор (∆t).

Регулирование температуры перегретого пара

Рассмотрим регулировочные характеристики различных типов пароперегревателей (ПЕ), под которыми понимается зависимость температуры перегретого пара от нагрузки котла -

В радиационном ПЕ с увеличением паропроизводительности (D), количество тепла на 1 кг пара убывает, что ведет к снижению температуры перегрева пара ().

В конвективном ПЕ объем и скорости продуктов сгорания увеличиваются пропорционально расходу топлива. Кроме того, температура газов на выходе из топки также увеличивается. Таким образом, повышается коэффициент теплопередачи и возрастает температурный напор в пароперегрвателе. Поэтому количество тепла, передаваемое на 1 кг пара с ростом D увеличивается, а следовательно возрастает .

В котле с естественной циркуляцией снижение температуры питательной воды приведет к снижению паропроизводительности при постоянном расходе топлива. Следовательно, будет увеличиваться .

Увеличение коэффициента избытка воздуха в топке (α_Т)и увеличение влажности топлива (W^P) приведет:к снижению температуры факела. к. Для сохранения паропроизводительности (D=const), очевидно, потребуется увеличить расход топлива, Что вызовет увеличение объема и скорости продуктов сгорания,Температур газов за топкой и по Всему газовому тракту, температурного наплра в пароперегревателе. В рзультате произойдет изменение радиационного и конвективного тепловосприятия пароперегревателя:

В прямоточном котле, где границы поверхностей нагрева не зафиксированы, снижение температуры питательной воды вызовет увеличение поверхности экономайзера; поверхность ПЕ сократится, что приведет к снижению .

Существуют два основных метода регулирования температуры перегретого пара:

1. паровые методы;

2. газовые методы.

При паровом регулировании поверхность регулируется: поверхностным пароохладителем, изменением расхода охлаждающей воды, или с помощью впрыскивающего пароохладителе, изменением расходы воды на впрыск.

Схемы включения парохладителей (ПО)

а) – за пароперегревателем;

б) – до пароперегревателя;

в) – в рассечку между ступенями.

В схеме (а): металл ПЕ надежно защищен от перегрева (от повышения) по всей длине. Недостатком данного метода является его наибольшая инерционность.

Схема (б): обладает наименьшей инерционностью, но выходная часть змеевиков может работать в недопустимых температурных условиях.

Паропаровой теплообменник (ППТО)

Для стабилизации температуры вторичного пара, используется перераспределение тепла между острым и вторичным паром, которое осуществляется в ППТО.

Газовые методы регулирования

1. рециркуляция газов;

2. изменение положения факела;

3. байпасирование продуктов сгорания.

Гидродинамика котлов с естественной циркуляцией

- основное уравнение циркуляции.

Причины возникновения экономайзерного участка:

1. Давление в точке закипания (т.з.) больше, чем давление в барабане;

.

2. Захват питательной воды в опускные трубы при некипящем экономайзере.

Надежность режимов циркуляции

Различают следующие режимы нарушения циркуляции:

1. свободный уровень;

2. застой циркуляции;

3. опрокидывание циркуляции;

4. появление пара в опускных трубах (приводит к нарушениям 1,2,3).

Свободный уровень наблюдается при подводе пароводяной смеси в паровой объем барабана и при скорости циркуляции близкой к нулю. Застой циркуляции. Возникает при подводе пароводяной смеси в водяной объём барабана и и равной подпитки.

Опрокидывание циркуляции возникает для слабообогреваемых подъемных труб, включенных в водяной объем барабана.

Методы повышения надежности циркуляции.

1). Снижение сопротивления опускных труб.

2). Секционирование топочного экрана с включением в каждую секцию труб с близкими тепловыми и гидравлическими характеристиками.

Гидродинамика прямоточных (разомкнутых) элементов котлов.

Причины гидравлической неустойчивости:

1. многозначность (нестабильность) гидравлической характеристики;

2. пульсации расхода (потока);

коллекторный эффект.

Гидравлическая устойчивость потока описывается гидравлической характеристикой:

Причины неоднозначности

1. Изменение теплофизических свойств рабочей среды, а именно плотности или удельного объёма (или v) при изменении расхода рабочей среды.

2. Влияние нивелирного напора.

Меры повышения стабильности гидравлической характеристики

Путем введения дополнительного сопротивления на экономайзерном участке установкой дроссельной шайбы;

Пульсации потока

Возмущения, вызывающие пульсации расхода через парогенерирующие трубы: изменение условий обогрева; давления; изменение температуры воды на входе; изменение расхода.

Для борьбы с пульсациями используется повышение гидравлического сопротивления, т.е. дросселирование (установка дроссельных шайб), на преодоление которых требуется дополнительный расход энергии.

Очистка воды от нерастворимых примесей.

Для осветления воды путем отстаивания и фильтрования необходимо укрупнение тонкодисперстных и коллоидных частиц – коагуляция (лат. - свертывание).

Коагуляция связана с добавлением в исходную воду коагулянтов: сернокислого железа, сернокислого алюминия

Водный режим барабанных котлов

Методы получения чистого пара в котле с естественной циркуляцией

1. осушка пара;

2. промывка пара;

3. ступенчатое испарение.

.

Осушка пара

Влажность пара, поступающего в пароперегреватель, зависит от эффективности работы паросепарационных устройств, которые применяются для осушки пара.

Промывка пара

После прохода пара через более чистую питательную воду его солесодержание будет уменьшаться.

Ступенчатое испарение

Сущность данного метода состоит в разделении испарительной системы котла на ряд отсеков или ступеней по воде и соединенных по пару

Водный режим прямоточных котлов.

Применяются следующие водные режимы.

Гидразинно-аммиачный. В воду дозируют гидразингидрат или гадразинсульфат .

Кислородо-нейтральный. При малых концентрациях кислорода он усиливает коррозию. При повышенных концентрациях ведет к образованию на поверхности металла защитной пленки из магнетита () и гематита () железа.

Комплексонный водный режим.

Процессы на внешней стороне поверхностей нагрева

1. Образование внешних отложений.

2. Абразивный износ.

3. Коррозия.

Меры снижения абразивного износа.

• Ограничение скорости дымовых газов для топлив с абразивной золой;

• Установка сменных защитных устройств, манжет, накладок, листов и т.д. в местах наиболее подверженных абразивному износу;

Коррозия поверхностей нагрева

Высокотемпературная коррозия.

Наблюдается при температуре газов больше 700°С.

а). Высокотемпературная сернистая коррозия возникает в ядре факела

Меры борьбы:

1.максимально возможная равномерность раздачи топлива и воздуха по горелкам

2.исключение касания факелом топочных экранов.

б). Высокотемпературная ванадиевая коррозия характерна для труб конвективного пароперегревателя.

Меры борьбы с ванадиевой коррозией:

1.снижение , чтобы избежать образования ;

2.введение в топку щелочных присадок, например в количестве 0,6-0,8 , которые частично связывают ;

3.выделение из мазута в процессе его подготовки ванадия и натрия;

4.снижение до температуры ниже 600°С. Температура перегрева с учетом тепловой разверки не должна превышать 550-545°С.

Методы борьбы с низкотемпературной коррозией.

1.Уменьшение (наддув).

2.Удаление S из топлива и связывание SO₂ в дымовых газах.

3.Топочный режим (затянутый процесс горения снижает концентрацию SO₃ за топкой);

4.Коррозионно-стойкий материал (эмалевое покрытие, стекло, керамика);

5.Увеличение температуры металла () выше температуры точки росы (подогрев воздуха на входе в воздухоподогреватель в паровом калорифере или рециркуляцией горячего воздуха).