Этот поток тепла описывается уравнением:
Q * = | T 1− T 2 | |||
ln(R 02 | / R 01 ) |
|||
2πλL | ||||
Удобной характеристикой интенсивности теплового потока для трубы, не зависящей от радиуса цилиндрической поверхности, является линейная (погонная) плотность теплового потока q л :
q л= | T − T | |||||||||||||||
ln(R 02 /R 01 ) | ||||||||||||||||
ln(R | / R ) | – линейное |
||||||||||||||
тепловое сопротивление трубы. |
||||||||||||||||
Для многослойной трубы | ||||||||||||||||
q л= | T 1− T n +1 | |||||||||||||||
ln(R 0,i +1 | / R 0, i ) | |||||||||||||||
i =1 | 2πλi | |||||||||||||||
Для процесса теплопередачи плотность теплового потока q л , проходящего через многослойную трубу, определяется уравнением:
q л= | T ср1 | − Т ср2 | ||||||||||||||||
+ ∑ | 0, i + 1 | |||||||||||||||||
2π R 01α 1i =1 | 2πλi | R 0,i | 2πR 02 α2 |
|||||||||||||||
– внешние тепловые сопротивления. |
||||||||||||||||||
2πR α | 2πR | |||||||||||||||||
Если ввести обозначение:
K л= | ||||||||||
+ ∑ | 0, i | |||||||||
2π R 01α 1i =1 | 2πλi | R 0,i | 2πR 02 α2 |
|||||||
то уравнение (5.6) примет вид:
q л= К л(T ср,1− Т ср,2) ,
где К л – линейный коэффициент теплопередачи [Вт/(м·К)]. Температурный напор между средой и контактирующей
поверхностью определяется уравнениями:
− T | |||||||||||
2πR α | |||||||||||
− T | |||||||||||
2πR 02 α1 | |||||||||||
П Р И М Е Р Ы
1. Обмуровка топки парового котла состоит из двух слоев.
Внутренний слой выполнен из шамотного кирпича: δ 1 = 400 мм,λ 1 = 1,4 Вт/(м·К), а наружный – из красного кирпича:δ 2 = 200 мм,
λ 2 =0,58 Вт/(м·К). Температуры внутренней и | наружной поверхности |
|||||||||||||
обмуровки соответственно Т 1 = | 900° С и Т 3 = 90° С. |
|||||||||||||
Определить потери тепла | через обмуровку и наибольшую |
|||||||||||||
температуру Т 2 красного кирпича. | ||||||||||||||
Р е ш е н и е. | ||||||||||||||
Для определения | тепла q воспользуемся уравнением |
|||||||||||||
(5.1) для n = 2,0: | ||||||||||||||
T 1− T 3 | 900 - 90 | 1292 Вт/м2 . |
||||||||||||
400 × 10- 3 | 200 × 10- 3 | |||||||||||||
λ 1λ 2 | ||||||||||||||
Для определения температуры на границе наружного и внутреннего слоя обмуровки (Т 2 ) воспользуемся уравнением (5.2):
T − T | |||||||
Отсюда T | T − | δ 1 q = 900- | 400.10- 3 | × 1292= 530о С. |
|||
2. Определить потерю теплаQ [Вт] через стенку из красного |
|||||||
кирпича [λ = | длиной l = 5 м, высотойh = 4 м и |
||||||
толщиной δ = 510 мм, если температура воздуха внутри помещения
Т ср2 = – 30° С, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенкиα 2 = 20 Вт/(м2 ·К). Вычислить также температуры на поверхностях стеныТ п1 иТ п2 .
Р е ш е н и е. | |||||||||||||||
Пользуясь уравнением | (5.3) для п = | 1, находим плотность |
|||||||||||||
теплового потока: | |||||||||||||||
T ср1− T ср2 | 18 - (- 30) | 58,5 Вт/м2 . |
|||||||||||||
510 × 10- 3 | |||||||||||||||
α1 λ α2 | |||||||||||||||
Следовательно, потери тепла через стенку будут равны:
Q = q·S = 58,5·5·4 = 1170 Вт.
Для определения температур поверхностей стенки воспользуемся уравнениями (5.4). Из них следует:
q = 18- | × 58,5= 10,4о С |
|||||||||||
q = -30 - | × 58,5= - 27,1о С. |
|||||||||||
3. Определить расход тепла q л через стенку трубы (d 1 /d 2 =
= 20/30 мм) из жаропрочной стали, коэффициент теплопроводности
которой λ = 17,4 Вт/(м·К), а температуры внешней и внутренней поверхностейТ 1 = 600° С,Т 2 = 450° С.
Р е ш е н и е.
Для определения расхода тепла через стенку трубы воспользуемся уравнением (5.5) для п = 1:
T 1− T 2 | 600 - 450 | 40750 Вт/м. |
|||||||||||
ln(R 02 /R 01 ) | × 10- 2 | ||||||||||||
× 3,14 | × 17,4 | × 10 | |||||||||||
4. Вычислить потерю тепла с 1 м неизолированного трубо- |
|||||||||||||
диаметром d 1 /d 2 = 300/330 мм, проложенного на открытом |
|||||||||||||
воздухе, если внутри трубы протекает вода со средней температурой Т ср1 = 90° С. Температура окружающего воздухаТ ср2 = – 15° С. Коэффициент теплопроводности материала трубыλ = 50 Вт/(м·К), коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубыα 1 = 1000 Вт/(м2 ·К) и от трубы к окружающему воздухуα 2 = 12 Вт/м2 ·К. Определить также температуры на внутренней и внешней поверхностях трубы.
Р е ш е н и е. | ||||||||||||||||||||||
Потери тепла с 1,0 м | трубопровода | находим воспользовав- |
||||||||||||||||||||
шись уравнением (5.6) для n = 1: | ||||||||||||||||||||||
q л= | T ср1− Т ср2 | |||||||||||||||||||||
2πR α | 2πR α | |||||||||||||||||||||
90 - (- 15) | ||||||||||||||||||||||
16,5 × 10- 2 | ||||||||||||||||||||||
2 × 3,14× 15× 10−2 × 103 | 2 × 3,14× 50 | 15 × 10- 2 | 2 × 3,14× 16,5× 10- 2 × 12 | |||||||||||||||||||
652 Вт/м.
× 652 | 89,8о С, |
|||||||||||||||||||
ср1 2π R 01 α 1 | 2π × 15× 10- 2 × 103 | |||||||||||||||||||
а из (5.5) находим: | ||||||||||||||||||||
ln(R | / R ) =89,8 - | |||||||||||||||||||
16,5 × 10- 2 | × 652= 89,6o С. | |||||||||||||||||||
2 π × 50 | 15 × 10- 2 | |||||||||||||||||||
З А Д А Ч И | ||||||||||||||||||||
Определить коэффициент теплопроводности | кирпичной |
|||||||||||||||||||
стенки толщиной | δ = 390 мм, если температура на | внутренней |
||||||||||||||||||
поверхности стенки Т 1 = 300° С и на наружнойТ 2 = 60° С. |
||||||||||||||||||||
Потери тепла через стенку | q = 178 Вт/м2 . | |||||||||||||||||||
5.2. Через плоскую металлическую стенку топки котла
толщиной δ = 14 мм от газов к кипящей воде проходит удельный тепловой потокq = 25000 Вт/м2 . Коэффициент теплопроводности сталиλ = 50 Вт/(м·К).
Определить перепад температур на поверхностях стенки.
5.3. Определить удельный тепловой поток через бетонную стенку толщиной δ = 300 мм, если температуры на внутренней и наружных поверхностях стенки соответственно равныТ 1 = 15° С и
Т 2 = – 15° С.
Коэффициент теплопроводности бетона λ = 1,0 Вт/(м·К).
5.4. Определить потерю тепла q через свод пламенной печи,
5.5. Определить расход тепла Q [ВТ ] через кирпичную стенку толщинойδ = 250 мм на площади 3× 5 м2 , если температуры
поверхностей стенки | T 1= | и Т 2 | а коэффициент |
|||
теплопроводности кирпича λ = 1,16 BT / (м·К). | ||||||
5.6. Вычислить плотность теплового потока q | через плоскую |
|||||
однородную станку, толщина | значительно меньше шири- |
|||||
ны и высоты, если | выполнена: | |||||
а) из стали λ ст = 40 Вт/(м·К); из | λ б = 1,1 Вт/(м·К); в) из |
|||||
диатомитового кирпича λ к = 0,11 Вт/(м·К). Во всех случаях толщина
Внутренний слой выполнен из огнеупорного кирпича толщиной δ 1 = 350 мм, а наружный из красного кирпича толщинойδ 2 = 250 мм.
Определить температуру на внутренней поверхности стенки Т 1 и на внутренней стороне красного кирпичаТ 2 , если на наружной стороне температура стенкиТ 3 = 90° С, а потеря тепла через 1 м2 поверхности стенки равна 1 кВт. Коэффициенты теплопроводности огнеупорного и красного кирпича соответственно равны:
кирпича и диатомитовой засыпки между ними. Диатомитовая засыпка имеет толщину δ 2 = 50 мм иλ 2 = 0,14 Вт/(м·К), а красный кирпич имеетδ 3 = 250 мм иλ 3 = 0,7 Вт/(м·К).
Во сколько раз необходимо увеличить толщину красного кирпича для того, чтобы обмуровка печи без диатомитовой засыпки имела такое же внутреннее термическое сопротивление, как и с засыпкой?
5.9. Определить поток тепла q через поверхность стальной стенки котла [δ 1 =20 мм,λ 1 = 58 Вт/(м·К)], покрытую слоем накипи
[δ 2 = 2 мм,λ 2 = 1,16 Вт/(м·К)]. Наибольшая температура поверхности стенки равна 250° С, а наименьшая температура накипи 100° С. Определить также наибольшую температуру накипи.
5.10. Вычислить тепловой поток через 1 м2 чистой поверхности нагрева парового котла и температуры на поверхностях стенки, если заданы следующие величины: температура дымовых газовТ ср1 = =1000° С, температура кипящей водыT ср2 = 200° С, коэффициенты теплоотдачи от газов к стенкеα 1 = 100 Вт/(м2 ·К) и от стенки к кипящей водеα 2 = 5000 Вт/(м2 ·К). Коэффициент теплопроводности материала стенкиλ = 50 Вт/(м·K) и толщина стенкиδ = 12 мм.
5.11. Решить задачу 10 при условии, что в процессе эксплуатации поверхность нагрева парового котла со стороны дымовыx газов покрылась слоем сажи толщиной δ с = 1 мм
[ λ с = 0,08 Вт/(м·К)], а со стороны воды – слоем накипи толщинойδ н = 2 мм [λ н = 0,8 Вт/(м·К)]. Вычислить тепловой поток через 1 м2
загрязненной поверхности нагрева и температуры на поверхностях соответствующих слоев Т п1 , Т п2 , Т п3 иТ п4 .
Сравнить результаты расчета с ответом задачи 10 и определить уменьшение тепловой нагрузки q (в %).
5.12. Определить плотность теплового потока q [Вт/м2 ] через кирпичную стенку толщиной 510 мм с коэффициентом теплопроводностиλ к = 0,8 Вт/(м·К), покрытую снаружи слоем теплоизоляции
теплоотдачи от наружной поверхности α 2 = 20 Вт/(м2 ·К). Вычислить также температуры на поверхностях стеныТ п1 , Т п2 и на поверхности слояТ п3 .
5.13. Змеевики пароподогревателя выполнены из труб жароупорной стали диаметром d 1 /d 2 = 32/42 мм с коэффициентом
Вычислить удельный тепловой поток через стенку на единицу длины трубы q л .
5.14. Железобетонная дымовая труба покрыта с внутренней стороны слоем огнеупорной футеровки λ1 = 0,5 Вт/(м·К).
Определить толщину футеровки δ 1 и температуру наружной поверхности трубыТ 3 при условии, чтобы потери тепла не превышалиq л = 2000 Вт/м, а наибольшие температуры футеровки и бетона не превышалиТ 1 = 421° С иТ 2 = 200° С.
5.15. Стальной паропровод покрыт двумя слоями тепловой изоляции одинаковой толщины [δ = 50 мм, λ2 = 0,07 Вт/(м·К), λ3 = 0,14Вт/(м·К)].
Определить потери тепла q л [Вт/м] и температуруТ 3 на границе соприкосновения этих слоев. Повторить эти расчеты при условии, что изоляция первого слоя установлена на место второго.
Температура Т 4 на внешней | поверхности в обоих случаях одина- |
||||||
кова и равна 50° С. | |||||||
Определить температуру на границах слоев трехслойной |
|||||||
изоляции трубы. Внутренний диаметр трубы d = 245 мм. | |||||||
слоев и коэффициенты теплопроводности изоляционных |
|||||||
материалов | соответственно | равны: δ1 = 100 мм, δ2 = 20 мм, δ3 = 30 |
|||||
мм, λ1 = | 0,03 Вт/(м·К), | 0,06 Вт/(м·К) | и λ3 = 0,12 Вт/(м·К). |
||||
Температура | внутренней | поверхности трубопровода 250° С, | |||||
наружной поверхности изоляции 65° С. | |||||||
Определить | тепловой поток | через поверхность | |||||
паропровода (d 1 /d 2 =140/150), изолированного двумя слоями тепловой
а на наружной поверхности изоляции T 4 = 55° С. | ||||
Как изменится потеря тепла через изолированную стенку, | ||||
изоляционные слои поменять местами? | ||||
5.18. Трубопровод диаметром d 1 /d 2 | 44/51 мм, по которому |
|||
течет масло, покрыт | толщиной δ2 = 80 | |||
Коэффициенты теплопроводности материала трубопровода и бетона
масла к стенке α1 = 100 Вт/(м2 ·К) и от поверхности бетона к воздуху
α2 = 10 Вт/(м2 ·К).
Определить потери тепла с 1 м трубопровода, покрытого бетоном. 5.19. Плоский алюминиевый лист толщиной 0,8 мм пластин-
водности стенки λ = 203,5 Вт/(м·К). Определить удельный тепловой поток, переданный через стенку.
5.20. Оценить тепловые потери с 1,0 м трубопровода диаметром d 1 /d 2 = 150/165 мм, покрытого слоем изоляции толщиной δ1 = 60 мм, если трубопровод проложен на воздухе сT ср2 = – 15° С и по нему течет вода со средней температуройT ср1 = 90° С. Коэффициенты теплопроводности материала трубы и изоляции соответственно равны λ1 = 50 Вт/(м·К), λ2 = 0,15 Вт/(м·К), а коэффициенты теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху α2 = 8 Вт/(м2 ·К), а от воды к стенке трубы α1 = 1000 Вт/(м2 ·К). Вычислить также
температуру на внешней поверхности трубы и внешней поверхности изоляции.
5.21. Определить необходимую мощность радиаторов отопления аудитории, если кладка ее наружной стены (8 × 4,5 м, δ = 500 мм) выполнена из красного кирпича (λ = 0,7 Вт/м·К), а температуры поверхностейТ ] = 12° С иТ 2 = −15° С. (Окна условно отсутствуют). Какова глубина промерзания стены.
5.22. Окно в аудитории имеет сдвоенные рамы с зазором между стеклами 60 мм. Вычислить тепловые потери через оконный проем 5 × 3 м, если толщина стекол δ = 4 мм, а температуры их соот-
ветствующих поверхностей Т 1 = 10°C иТ 4 = −18° С.λ ст = 0,74 и
λ возд = 0,0244 Вт/м·К.
5.23 Вычислить линейную плотность теплового потока через стенку змеевика из труб (d 1 /d 2 = 40 / 47 мм) жароупорной стали
(λ = 16,5 Вт/(м·К)), если температуры ее внутренней и наружной поверхностей составляют 400° С и 600° С соответственно. При каком значении радиуса трубы температура в стенке равна 500° С.
5.24. Стальной паропровод (d 2 = 100 иδ = 5 мм) проложен на открытом воздухеТ ср2 = 20° С. Тепловая изоляция паропровода выполнена из двух слоев - минеральной ваты и асбеста (δ мв =δ ас = = 50 мм; λмв = 0,047 и λас = 0,11 Вт/м·К).
Вычислить потери тепла с погонного метра паропровода и температуры на его границах, если температура пара Т ср1 = 300°C, а коэффициенты теплоотдачи от пара к внутренней поверхности паропровода и с внешней поверхности второго слоя изоляции к воздуху соответственно 90 и 15 Вт/(м2 ·К).
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГАОУ ВПО
Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
КУРСОВАЯ РАБОТА
Поверочный тепловой расчет водогрейного котла
Руководитель О.А. Раков
Студент П.А. Стадухин
группа ЭНЗ-320915с
г. Екатеринбург - 2015
Введение
.Исходные данные
2. .Тепловой расчет котла
3.1Расчетные характеристики топлива
3.2Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания
3 4Тепловой баланс котла
5Тепловой расчет топки
6Расчет конвективных пучков
4.Расчетная невязка теплового баланса
Заключение Список литературы
Введение
В данной работе представлен поверочный тепловой расчет водогрейного котла, предназначенного для нагрева сетевой воды при сжигании газа. Поверочный расчет производят для оценки показателей экономии и надежности котла при работе на заданном топливе, выявления необходимых реконструктивных мероприятий, выбора вспомогательного оборудования и получения исходных материалов для проведения расчетов: аэродинамического, гидравлического, температуры металла и прочности труб, интенсивности износа труб, коррозии и др. Спецификой расчета котла является неизвестность промежуточных температур газов и рабочего тела - теплоносителя, включая температуру уходящих газов; поэтому расчет выполняют методом последовательных приближений, задаваясь вначале некоторым значением температуры уходящих из котла газов, а затем сравнивая его с результатами расчета. Допустимые отклонения в значениях этой температуры не должны превышать ± 5%.
1.
Исходные данные
.Марка котла: КВ-ГМ-4,65-95П.
2.Топливо: газопровод Ярино-Пермь.
.Теплопроизводительность котла Qк= 4,65 МВт.
.Начальная температура воды t1=55оС.
.Максимальная температура воды на выходе из котла t2=95оС.
.Давление воды на входе в котел: р1 = 12 бар.
.Котел вырабатывает 60% от номинальной полезной тепловой мощности.
2.
Описание конструкции котла и топочного устройства
Котел водогрейный марки КВ-ГМ-4,65-95П предназначен для получения горячей воды температурой 95°С, используемой в системах отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения. Котел типа КВ-ГМ представляет собой устройство, несущий каркас которого отсутствует. Система трубная имеет опоры, приваренные к нижним коллекторам. Опоры, расположенные на стыке топочной камеры и конвективной шахты, неподвижны. Котлы типа КВ-ГМ-4,65-95П состоят из единой трубной системы. Топочная камера, имеющая горизонтальную компоновку с прямоточным принудительным движением воды, экранирована трубами диаметром 51х4 мм, входящими в коллекторы диаметром 159х6 мм. К коллекторам присоединены радиационные и конвективные поверхности нагрева, имеющие облегченную натрубную изоляцию и газоплотную обмуровку. Конвективная поверхность нагрева расположена в вертикальной шахте и набирается из U-образных ширм из труб диаметром 28х3 мм. Котел оборудован горелкой типа РГМГ. Горелка устанавливается на воздушном коробе котла, который крепиться на фронтовом экране к щиту. Движение воды и газа в котле организовано противоточно - сетевая вода подается в конвективные поверхности нагрева и выводится из топочных экранов. Движение воды обеспечивается насосом. На выходном коллекторе котла до запорной арматуры установлены: манометр, прибор для измерения температуры и труба с запорным устройством для удаления воздуха при заполнении котла. Оснащается предохранительными клапанами. Котел имеет дренажные и воздушные вентили с запорной арматурой, обеспечивающие возможность удаления воды и осадков из нижних участков всех элементов котла и удаления воздуха из верхних. Котлы КВ-ГМ оснащены лестницами-площадками для удобства обслуживания.
Таблица 1 Технические характеристики котлоагрегата КВ-ГМ-4,65-95П Теплопроизводительность, МВт4,65Рабочее давление воды на входе в котел / на выходе из котла, МПа1,6/ 1,0Температура воды на входе/выходе, ˚С70 / 150Расход воды через котел, т/ч160Гидравлическое сопротивление, МПа, не более0,19Расход расчетного топлива для природного газа, м3/ч501Аэродинамическое сопротивление, Па, не более270Коэффициент избытка воздуха для природного газа по ГОСТ 5542, не более1,15Температура уходящих газов, ˚С130Диапазон регулирования, %30 - 100КПД котла на природном газе, %, не менее94,4Габаритные размеры в облегченной изоляции с металлической обшивкой, мм: - длина по выступающим частям блока котла; - ширина по выступающим частям блока котла; - высота от уровня пола котельной до выступающих частей блока котла 5720 2284 1985Масса котла без горелки, кг, не более9700
3.
Тепловой расчет котла
.1 Расчетные характеристики топлива
Топливо: газопровод Ярино-Пермь. СН4 - 38
С2Н6 - 25,1
С3Н8 - 12,5
С4Н10 - 3,3
С5Н12 - 1,30
N2 - 18,7
Н2S - 1,1
Низшая теплота сгорания Qнр = 46,890 МДж/м3
Плотность при 0ºС и 101,3 кПа ρ = 1,196 кг/м3
3.2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания
Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах (для котлов, работающих под разрежением) меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата. Обычно при расчетах температуру воздуха, присасываемого в газоходы, принимают равной 30°С. Для котлов, работающих под наддувом, коэффициент избытка воздуха на участке тракта от топки до воздухоподогревателя принимается постоянным. Примем коэффициент расхода воздуха в топке αт = 1,05 (2), коэффициент расхода воздуха за конвективной поверхностью αкп = αт + Δα, где Δα = 0,05 - присос воздуха в конвективном пучке (2): αух = 1,1 . Среднее значение коэффициента расхода воздуха αср = (αт+ αкп)/2 = 1,075 (в конвективной части).
Теоретическое количество воздуха: Vно=12,37 м3/ч
Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания: Vн оRO2=1,47 м3/м3
VноN2=9,96м3/м3
Vн оН2О=2,47 м3/м3
Vно,г=13,9 м3/м3
Действительный объем водяных паров: Действительный объем дымовых газов:
Vнг = Vн оRO2+ VноN2+ Vн Н2О+(αi-1) Vн о
Объемная доля водяных паров:
RH2O = VнН2О/ Vнг
Объемная доля трехатомных газов:
RRO2 = Vн оRO2/ Vнг
Суммарная доля водяных паров и трехатомных газов:
Rп = RH2O+ RRO2
Таблица 2 Расчет объёмов воздуха и продуктов сгорания № п/пНаименование величиныОбозначениеРазмерностьαтαсрαух1.Действительный объем водяных паровVH2Oм3/ м32,4802,4852,4902.Действительный объем продуктов сгоранияVгм3/ м314,52814,84315,1573.Объемная доля водяных паров в продуктах сгоранияRH2O-0,1710,1670,1644.Объемная доля трехатомных газов в продуктах сгоранияRRO2-0,1010,0990,0975.Суммарная доля водяных паров и трехатомных газовRП-0,2720,2660,261
3.3
Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания
Таблица 3 Энтальпии воздуха и продуктов сгорания t, оСIго, кДж/м3Iво, кДж/м3Iг= Iго+ Iво(αт-1)Iг= Iго+ Iво(αух-1)30495,9100191816412000,052041,075200387633024041,14123,65400791967048254,2600122391026612752,3800167321396417430,21000211131778622002,31200262172169527301,751400310622567832345,91600360682972237554,11800411653379242854,62000463053792348201,15
3.4
Тепловой баланс котла
При работе водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Qр. Между теплотой, поступившей в котельный агрегат и покинувшей его, существует равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды. Следовательно, тепловой баланс котла для 1 м3 газа при нормальных условиях имеет вид:
Qр = Q1+Q2+Q3+Q5, где
р - располагаемая теплота, кДж/м3;1 - полезная теплота, содержащаяся в паре или горячей воды, кДж/м3;2 - потери теплоты с уходящими газами, кДж/м3 ;3 - от химической неполноты сгорания, кДж/м3;5
В котлах, как и других отопительных установках, используется не все тепло, которое выделяется при сгорании топлива. Довольно большая часть тепла уходит вместе с продуктами горения в атмосферу, часть теряется через корпус котла и небольшая часть теряется из-за химического или механического недожога. Под механическим недожогом понимаются потери тепла из-за провала или уноса зольных элементов с несгоревшими частицами.
Тепловой баланс котла — это распределение тепла, которое выделяется при сжигании топлива, на полезное тепло, используемое по назначению, и на потери тепла, которые происходят при работе теплового оборудования.
Схема основных источников теплопотерь.
В качестве эталонной величины прихода тепла принимают ту величину, которая могла выделиться при низшей теплоте сгорания всего топлива.
Если в котле используется твердое или жидкое топливо, то тепловой баланс составляют в килоджоулях относительно каждого килограмма израсходованного топлива, а при использовании газа — относительно каждого кубического метра. И в том, и в другом случае тепловой баланс может быть выражен в процентном отношении.
Уравнение теплового баланса
Уравнение теплового баланса котла при сжигании газа можно выразить следующей формулой:
Параметры оптимальной нагрузки обеспечивают высокую производительность отопительной системы.
- QT=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6;
- где QT — общее количество термического тепла, которое поступило в топку котла;
- Q1 — полезное тепло, которое используется для нагрева теплоносителя или получения пара;
- Q2 — потери тепла, которое уходит вместе с продуктами горения в атмосферу;
- Q3 — потери тепла, связанные с неполным химическим сгоранием;
- Q4 — потери тепла из-за механического недожога;
- Q5 — потери тепла через стенки котла и труб;
- Q6 — потери тепла из-за удаления золы и шлака из топки.
Как видно из уравнения теплового баланса, при сжигании газообразного или жидкого топлива отсутствуют величины Q4 и Q6, которые характерны только для твердого топлива.
Если же тепловой баланс выразить в процентах от общей теплоты (QT=100%), то данное уравнение принимает вид:
- 100=q1+q2+q3+q4+q5+q6.
Если разделить каждый член уравнения теплового баланса из левой и правой части на QT и умножить его на 100, то получится тепловой баланс в процентах от общего поступившего количества тепла:
- q1=Q1*100/QT;
- q2=Q2*100/QT и так далее.
Если в котле использовано жидкое или газообразное топливо, то потери q4 и q6 отсутствуют, уравнение теплового баланса котла в процентах принимает вид:
- 100=q1+q2+q3+q5.
Следует рассмотреть каждый вид тепла и уравнения подробнее.
Тепло, которое было использовано по назначению (q1)
Схема принципа работы стационарного теплогенератора.
Теплом, которое используется для прямого назначения, считается то, которое тратится на нагрев теплоносителя, либо получение пара с заданным давлением и температурой, которая считается от температуры поступившей в экономайзер котла воды. Наличие экономайзера значительно увеличивает величину полезного тепла, так как позволяет в большей степени использовать тепло, которое содержится в продуктах горения.
При работе котла увеличивается упругость и давление пара внутри него. От этого процесса зависит и температура кипения воды. Если в обычных условиях температура кипения воды равна 100°С, то при повышении давления пара этот показатель увеличивается. При этом пар, который находится в одном котле вместе с кипящей водой, называют насыщенным, а температура кипения воды при данном давлении насыщенного пара называется температурой насыщения.
Если же в паре отсутствуют капельки воды, то он называется сухим насыщенным паром. Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном паре составляет степень сухости пара, выраженную в процентах. В паровых котлах влажность пара колеблется от 0 до 0,1%. Если же влажность превышает данные показатели, котел работает не в оптимальном режиме.
Полезное тепло, которое расходуется на нагрев 1 л воды от нулевой температуры до температуры кипения при постоянном давлении, называется энтальпией жидкости. Тепло, расходуемое на перевод 1 л кипящей жидкости в парообразное состояние, называется скрытой теплотой парообразования. Сумма этих двух показателей составляет общее теплосодержание насыщенного пара.
Потери тепла с продуктами горения, уходящими в атмосферу (q2)
Данный тип потерь в процентном отношении показывает разность энтальпии уходящих газов и холодного воздуха, поступающего в котел. Формулы определения этих потерь отличаются при использовании разных типов топливных веществ.
Сжигание мазута приводит к потерям тепла из-за химического недожога.
При использовании твердого топлива потери q2 составляют:
- q2=(Iг-αг*Iв)(100-q4)/QT;
- где Iг — энтальпия уходящих в атмосферу газов (кДж/кг), αг — коэффициент избытка воздуха, Iв — энтальпия воздуха, необходимого для горения, при температуре его поступления в котел (кДж/кг).
Показатель q4 вводится в формулу потому, что должно учитываться тепло, выделяемое при физическом сжигании 1 кг топлива, а не для 1 кг топлива, поступившего в топку.
При использовании газообразного или жидкого топлива эта же формула имеет вид:
- q2=((Iг-αг*Iв)/QT)*100%.
Потери тепла с уходящими газами зависят от состояния самого отопительного котла и режима работы. К примеру, при ручной загрузке топлива в топку потери тепла этого типа значительно увеличиваются из-за периодического притока свежего воздуха.
Потери тепловой энергии с уходящими в атмосферу дымовыми газами увеличиваются при увеличении их температуры и количества расходуемого воздуха. К примеру, температура уходящих в атмосферу газов при отсутствии экономайзера и воздухоподогревателя составляет 250-350°С, а при их присутствии — всего 120-160°С, что в несколько раз повышает величину полезно используемого тепла.
Схема обвязки котла.
С другой стороны, недостаточная температура уходящих продуктов горения может привести к образованию конденсата водяных паров на поверхностях нагрева, что также влияет на образование ледяных наростов на дымовых трубах в зимнее время.
Количество расходуемого воздуха зависит от типа горелки и режима работы. Если оно увеличено по сравнению с оптимальным значением, то это приводит к высокому содержанию воздуха в уходящих газах, который дополнительно уносит часть тепла. Это неизбежный процесс, который нельзя прекратить, но можно довести до минимальных значений. В современных реалиях коэффициент расхода воздуха не должен превышать 1,08 для горелок с полной инжекцией, 0,6 — для горелок с неполной инжекцией воздуха, 1,1 — для горелок с принудительной подачей и смешением воздуха и 1,15 — для диффузионных горелок с внешним смешением. К увеличению потерь тепла с уходящим воздухом приводит наличие дополнительных подсосов воздуха в топке и трубах котла. Поддержание расхода воздуха на оптимальном уровне позволяет снизить величину q2 до минимума.
Чтобы минимизировать значение q2, необходимо своевременно чистить внешнюю и внутреннюю поверхность котла, следить за отсутствием накипи, которая снижает передачу тепла от сжигаемого топлива к теплоносителю, соблюдать требования к воде, используемой в котле, следить за отсутствием повреждений в котле и соединениях труб, чтобы не допустить притока воздуха. Использование дополнительных электрических поверхностей нагрева в газовом тракте расходует электроэнергию. Однако экономия от оптимального расхода топлива будет гораздо выше стоимости потребляемой электроэнергии.
Потери тепла от химического недожога топлива (q3)
Данный вид схемы обеспечивает защиту системы отопления от перегрева.
Главным показателем неполного химического сгорания топлива является наличие в отработанных газах окиси углерода (при использовании твердого топлива) или окиси углерода и метана (при сжигании газообразного топлива). Потери тепла от химического недожога равны тому теплу, которое могло бы выделиться при сжигании этих остатков.
Неполное сгорание топлива зависит от недостатка воздуха, плохого смесеобразования топлива с воздухом, снижения температуры внутри котла или при соприкосновении пламени горящего топлива со стенками котла. Однако излишнее повышение количества поступающего кислорода не только не гарантирует полное сжигание топлива, но может нарушить работу котла.
Оптимальное содержание окиси углерода на выходе из топки при температуре 1400°С должно составлять не более 0,05% (в пересчете на сухие газы). При таких значения теплопотери от недожога составят от 3 до 7% в зависимости от топлива. Недостаток кислорода может довести это значение до 25%.
Но необходимо добиваться таких условий, чтобы химический недожог топлива отсутствовал. Необходимо обеспечивать оптимальное поступление воздуха в топку, поддерживать постоянную температуру внутри котла, добиться тщательного перемешивания топливной смеси с воздухом. Наиболее экономичная работа котла достигается при содержании углекислого газа в продуктах горения, уходящих в атмосферу, на уровне 13-15% в зависимости от вида топлива. При избытке поступления воздуха содержание двуокиси углерода в уходящем дыме может снизиться на 3-5%, однако потери тепла при этом увеличатся. При нормальной работе отопительного оборудования потери q3 равняются 0-0,5% для пылеугольных и 1% для слоевых топок.
Потери тепла от физического недожога (q4)
Данный вид потерь происходит из-за того, что несгоревшие частицы топлива проваливаются через колосники в зольник или уносятся вместе с продуктами горения через трубу в атмосферу. Потеря тепла от физического недожога напрямую зависит от конструкции котла, расположения и формы колосников, силы тяги, состояния топлива и его спекаемости.
Наиболее значительны потери от механического недожога при слоевом сжигании твердого топлива и излишне сильной тяге. В таком случае большое количество мелких несгоревших частиц уносится вместе с дымом. Особенно хорошо это проявляется при использовании неоднородного топлива, когда в нем чередуются мелкие и крупные куски топлива. Горение каждого слоя получается неоднородным, так как мелкие куски сгорают быстрее и уносятся с дымом. В образовавшиеся промежутки поступает воздух, который охлаждает большие куски топлива. Они при этом покрываются шлаковой коркой и не выгорают полностью.
Потери тепла при механическом недожоге составляют обычно около 1% для пылеугольных топок и до 7,5% для слоевых топок.
Потери тепла непосредственно через стенки котла (q5)
Данный вид потерь зависит от формы и конструкции котла, толщины и качества обмуровки как котла, так и дымоотводных труб, наличия теплоизолирующего экрана. Кроме того, большое влияние на потери оказывает конструкция самой топки, а также наличие дополнительных поверхностей нагрева и электрических нагревателей в дымовом тракте. Эти потери тепла увеличиваются при наличии сквозняков в помещении, где стоит отопительное оборудование, а также от количества и длительности открытия топки и лючков системы. Снижение количества потерь зависит от правильной обмуровки котла и наличия экономайзера. Благоприятно на снижении потерь тепла сказывается теплоизоляция труб, по которым отработанные газы выводятся в атмосферу.
Потери тепла из-за удаления золы и шлака (q6)
Данный тип потерь характерен только для твердого топлива в кусковом и пылевидном состоянии. При его недожоге частицы неостывшего топлива проваливаются в зольник, откуда удаляются, унося с собой часть тепла. Эти потери зависят от зольности топлива и системы шлакоудаления.
Тепловой баланс котла — это величина, которая показывает оптимальность и экономичность работы вашего котла. По величине теплового баланса можно определиться с мерами, которые помогут экономить сжигаемое топливо и увеличить эффективность отопительного оборудования.
Каркас. Каркасом котла называют металлическую конструкцию, которая поддерживает барабан, поверхности нагрева, обмуровку, лестницы и площадки, а также вспомогательные элементы агрегата и передает их вес на фундамент. Котлы низкого давления и малой производительности устанавливаются на раму, закрепленную непосредственно на фундаменте, или кирпичную обмуровку, и тогда основным назначением каркаса является придание обмуровке парогенератора большей устойчивости и прочности. Каркас современного котла является сложной металлической конструкцией, и на его изготовление затрачивается большое количество металла. В котлах высокого давления масса каркаса составляет 20 - 25 % всей массы металла котла, или 0,8 - 1,2 т на тонну его часовой производительности. Каркас представляет собой рамную конструкцию, выполненную из стандартных металлических профилей, изготовленных из малоуглеродистой стали марки Ст.3, и состоит из ряда основных и вспомогательных колонн и соединяющих их горизонтальных балок, воспринимающих нагрузку от барабанов, трубной системы поверхностей нагрева, а также горизонтальных и диагональных балок, служащих для придания прочности и жесткости системе каркаса.
На рис. 67 показана схема каркаса барабанного котла высокого давления.
Колонны выполняются обычно из двух стальных швеллеров или двутавровых балок, жестко соединенных между собой накладками из листовой стали; колонны передают на фундамент значительные сосредоточенные нагрузки - сотни тонн. Во избежание чрезмерных удельных давлений на фундамент колонны снабжаются башмаками (рис. 68), выполненными из листовой стали и угольников. Опорная плоскость башмаков рассчитывается на допускаемое для материала фундамента напряжение сжатия и закрепляется в фундаменте болтами или заделывается в нем. Основные горизонтальные балки привариваются к колоннам и образуют вместе с ними рамную систему. Несущие и распорные горизонтальные балки выполняются из стальных швеллеров, двутавров или угольников.
Когда сортамент прокатных профилей не обеспечивает необходимой прочности колонн и балок, их делают в виде сварной конструкции, состав- ленной из ряда профилей и листовой стали. Частью каркаса являются помосты, необходимые для обслуживания котла, которые работают как горизонтальные фермы и увеличивают жесткость каркаса. Помосты выполняются из рам прокатных профилей и приваренных к ним листов рифленой стали. Лестницы между помостами выполняются из стальных полос, между которыми приварены ступени. Угол наклона лестниц не должен превышать 50° к горизонту, а их ширина должна быть не менее 600 мм.
Рис. 67. Схема каркаса котла:
1 – колонны; 2 – несущие потолочные балки; 3 – ферма;
4 – ригель; 5 – стойки
Каркас рассчитывается как рамная конструкция, работающая под статической нагрузкой от веса элементов парогенератора и дополнительных термических напряжений, возникающих под влиянием неравномерного нагрева деталей каркаса и приваренных к ним конструкций. В целях предотвращения перегрева элементов каркаса его колонны, горизонтальные балки и фермы располагаются обычно за пределами обмуровки. При установке парогенератора вне здания должна учитываться и ветровая нагрузка на поверхности, ограничивающая парогенератор и передаваемая на каркас. Барабаны котла, коллекторы экранов пароперегревателей и водяных экономайзеров при нагревеудлиняются, и для предупреждения возникновения в них и в элементах каркаса, на которых они закрепляются, больших температурных напряжений необходимо предусмотреть возмож-ность свободного их расширения. С этой целью барабаны устанавливаются на специальных подвижных опорах, закрепленных на горизонтальных балках каркаса, или подвешиваются к этим балкам. Барабаны котлов средней и большой мощности обычно устанавливаются на двух подвижных опорах. Конструкция такой опоры показана на рис. 69.
При большой длине барабана, когда при установке на двух опорах прогиб его больше 10 мм, барабан подвешивают к каркасу в нескольких статически наивыгоднейших точках. Коллекторы экранов, пароперегревателей и водяных экономайзеров крепятся к каркасу шарнирными подвесками, а при малой их длине свободно опираются на скользящие опоры, закрепленные на каркасе.
Назначение и требования к обмуровке . Обмуровкой котла называют систему ограждений, отделяющих топочную камеру и газоходы от окружающей среды. Основным назначением обмуровки являются направление потока продуктов сгорания, а также тепловая и гидравлическая его изоляция от окружающей среды. Тепловая изоляция необходима для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду и для обеспечения допустимой температуры наружной поверхности обмуровки, которая по условиям безопасной работы персонала не должна превышать 55 °С. Гидравлическая изоляция необходима для предотвращения присосов холодного воздуха в газоходы или выбивания продуктов сгорания при разнице давлений в газоходах и снаружи, которая имеет место при работе котла с разрежением или с давлением в газовом тракте.
Элементы обмуровки котла работают в различных условиях. Наружная поверхность обмуровки имеет низкую и относительно постоянную температуру, внутренняя ее поверхность находится в области высокой и переменной температуры, снижающейся по ходу потока газов. По направлению потока газов разрежение в газоходах увеличивается, а давление при работе парогенератора под наддувом уменьшается. Различны и нагрузки на элементы обмуровки от ее веса и внутренних напряжений, возникающих при неодинаковых температур-ных удлинениях ее частей.
В наиболее тяжелых условиях находится внутренняя часть обмуровки топки, подвергающаяся воздействию высокой температуры более 1600 °С, а при сжигании твердого топлива также химическому и механическому воздействию шлака и золы. В результате взаимодействия материала обмуровки со шлаком, а также механического износа шлаком и золой происходит разрушение обмуровки.
Конструкция обмуровки. Соответственно назначению и условиям работы к обмуровке предъявляются следующие основные требования: малая теплопроводность, герметичность, механическая прочность и термическая устойчивость. Кроме того, конструкция обмуровки должна быть простой и не требовать больших затрат труда и времени на ее изготовление и монтаж.
Ранее обмуровка парогенераторов выполнялась только из красного и огнеупорного кирпича, из которого выкладывались ее стены и своды, скрепляемые стальными балками и стяжными болтами. Обмуровка современных парогенераторов представляет собой комбинированную систему, выполненную из кирпича, огнеупорных плит, изоляционных материалов, металлических скрепляющих частей, уплотняющих обмазок, металлической обшивки и других элементов. Конструкция обмуровки изменяется и совершенствуется по мере развития парогенераторо-строения и производства огнеупорных изделий и изоляционных материалов.
Обмуровки в зависимости от конструкции и способа крепления могут быть разделены на следующие типы (рис. 70):
а) стеновая кирпичная обмуровка, опирающаяся непосредственно на фундамент;
б) облегченная обмуровка, выполняемая из огнеупорного и диатомитового кирпича, изоляционных плит и стальной обшивки, закрепленная на каркасе парогенератора с помощью металлических конструкций;
в) легкая обмуровка, выполняемая из шамотобетонных или жаростойких бетонных плит, теплоизоляционных плит и металлической обшивки или уплотнительной обмазки.
Показатели указанных типов обмуровок характеризуются следующими данными:
Стеновая обмуровка применяется для парогенераторов малой мощности при высоте стен не более 12 м. При большей высоте обмуровка становится механически ненадежной. В этом случае она выполняется в виде наружной облицовки из красного кирпича толщиной 1-1,5 кирпича и внутренней футеровки из огнеупорного кирпича, которая в области неэкранированной топки должна иметь толщину 1-1,5 кирпича, а в газоходах с температурой 600-700 °С – не менее 0,5 кирпича (рис. 70а).
При относительно больших размерах топочной камеры и высокой температуре ее стенок для предотвращения нарушения связи между слоями огнеупорного и красного кирпича кладку разделяют на участки и разгружают футеровку по высоте (рис. 70б).
Для уменьшения потерь тепла через обмуровку между облицовкой и футеровкой иногда оставляют каналы, которые засыпают сыпучим изоляционным материалом - инфузорной землей, молотым шлаком и т.п. Для предупреждения возникновения разрушающих кладку внутренних температурных напряжений, возникающих в условиях ее неравномерного нагрева, в стенах кладки предусматриваются температурные швы, заполненные асбестовым шнуром, которые обеспечивают возможность ее свободного расширения.
Облегченные обмуровки ранее применялись в парогенераторах средней мощности. Конструкция облегченной обмуровки показана на рис. 70в. Обмуровка выполняется из двух или трех слоев различных материалов общей толщиной до 500 мм. Внутренний огнеупорный слой – футеровка – имеет толщину 113 мм, а при малой степени экранирования 230 мм, средний изоляционный слой из диатомитового кирпича – 113 мм, облицовочный слой из совелитовых плит 65-150 мм. Средний изоляционный слой часто выполняется из совелитовых плит толщиной 100 мм, заменяющих диатомитовый кирпич. Уменьшение толщины и массы обмуровки позволило опирать ее непосредственно на каркас, в результате чего стало возможным выполнять ее любой высоты, устанавливая через 1-1,5 м разгрузочные пояса. При этом вся стенка делится на ряд ярусов, каждый из которых опирается на чугунные или стальные кронштейны, укрепленные на каркасе парогенератора. Для обеспечения возможности свободного расширения между кронштейном и кладкой предусматриваются горизонтальные температурные швы, заполненные асбестовым шнуром.
В некоторых конструкциях для предотвращения обрушений футеровки применяются специальные крепления вертикальных ярусов к каркасу с помощью чугунных крюков. Снаружи обмуровка обшивается стальными листами или защищается газонепроницаемой штукатуркой (рис. 70 г).
Рис. 70. Конструкции обмуровок вертикальных стен:
а, б – массивная, свободно стоящая: 1 – разгрузочные пояса;
2 – футеровка; в – облегченная накаркасная: 1 – стальные или
чугунные кронштейны; 2 – фасонный шамотный кирпич;
3 – горизонтальный температурный шов; 4 – фасонный шамотный
кирпич; 5 – шамотный кирпич; 6 – фасонный шамотный кирпич;
7 – чугунный крюк; 8 – горизонтальные трубы, закрепленные на
каркасе; 9 – легковесный теплоизолирующий кирпич или
теплоизоляционная плита; 10 – наружная металлическая обшивка;
11 – разгрузочные и притягивающие пояса; г – щитовая обмуровка :
1 – первый слой щита из огнеупорного бетона; 2 – стальная сетка;
3, 4 – термоизолирующие плиты; 5 – газоплотная обмазка
Легкая обмуровка накаркасного типа выполняется из щитов, состоящих из двух слоев теплоизолирующих материалов, защищенных со стороны омывающих их газов слоем жароупорного бетона. Металлическая рамка щитов такой обмуровки крепится к каркасу парогенератора. Применяются также плиты размером 1000х500 мм и 1000х1000 м из известково-кремнеземистых материалов, покрытых со стороны газов жароупорным шамотобетоном. Плиты, предназначенные для установки в незащищенных трубами местах с более высокой температурой, имеют большую толщину и массу. Для передачи их массы на каркас предусматриваются дополнительно закладные чугунные кронштейны. Накаркасная обмуровка применяется преимущественно в области пароперегревателей, газоповоротных камер и конвективной шахты парогенераторов большой мощности. В топках накаркасную обмуровку применяют на прямых стенках. Достоинствами накаркасной конструкции обмуровки являются ее небольшая масса и существенное облегчение монтажных работ. Однако при такой обмуровке затрудняются ее ремонт и обеспечение плотности.
Натрубная обмуровка (рис. 71) выполняется в виде отдельных слоев, последовательно наносимых в пластичном состоянии на трубы экранов и других поверхностей нагрева или в виде плит-панелей с огнеупорным и теплоизоляционным слоями, устанавливаемых на балки жесткости, закрепленные на трубах.
В этом случае панели изготавливаются на заводе, а жароупорный слой может быть нанесен в пластичном состоянии на трубы экрана вручную. Для натрубной обмуровки топочной камеры несущими элементами являются трубы экранов, и в результате тепловых удлинений обмуровка перемещается вместе с ними.
Разновидностью натрубной обмуровки являются применяемые в топке зажигательные пояса .
Рис. 71. Натрубная обмуровка:
1 – слой хромитовой массы; 2 – стальная сетка;
3,4 – термоизолирующие плиты; 5 – газоплотная обмазка
ТЯГОДУТЬЕВЫЕ МАШИНЫ
Задача тягодутьевых машин – отсос дымовых газов и подача воздуха для обеспечения нормальной работы котла на всех нагрузках. Большое значение имеет обеспечение надежности их работы, ибо лопатки дымососов подвергаются износу летучей золой. Большое значение имеет также экономичная работа тягодутьевых машин. Так, от рациональной аэродинамики ротора зависит КПД (50 – 90%), а, следовательно, и расход на собственные нужды котельной установки.
В тягодутьевых установках применяются следующий машины: центробежные (радиальные) вентиляторы с лопатками, загнутыми вперед (рис. 72а), или с лопатками, загнутыми назад (рис. 72б), и осевые машины (рис. 73).
Вентиляторы и дымососы с лопатками, загнутыми вперед , нашли широкое применение благодаря тому, что даже при умеренных значениях окружной скорости они позволяют создать достаточно высокие давления. Однако эти машины имеют невысокий КПД (65–70%). Такие тягодутьевые машины распространены в котельных установках относительно небольшой мощности.
Центробежные тягодутьевые машины с лопатками, загнутыми назад , являются наиболее совершенными – КПД = 85÷90%. Однако повышение давления получается в 2 – 2,5 раза меньшим, чем у машин с лопатками, загнутыми вперед.
Поскольку развиваемое давление, пропорционально квадрату расхода на выходе из рабочего колеса, то приходится применять более высокую окружную скорость, что требует весьма тщательной балансировки ротора. Запыленность газового потока отрицательно сказывается на работе рабочего колеса.
Рис. 72. Центробежный (радиальный) вентилятор:
а – лопатки, загнутые вперед; б – лопатки, загнутые назад
Для котлов к энергоблокам мощностью 300 МВт и выше в качестве дымососов получили распространение осевые машины . В них газ движется вдоль оси.
Рис. 73. Осевая тягодутьевая машина
Осевые тягодутьёвые машины имеют достаточно высокие КПД (около 65%). Коэффициент повышения давления на ступень – невысокий, поэтому применяют несколько ступеней. На электростанциях работают двухступенчатые осевые дымососы. В связи с повышенной окружной скоростью осевые машины имеют высокий уровень шума. Большая доля динамического давления создает определенные трудности превращения его в статическое. Малый радиальный зазор между лопатками и кожухом создает дополнительные требования к монтажу и эксплуатации.
В процессе модернизации (реконструкции) при замене в обмуровке котлов одних материалов другими необходимо проверять, как отразится замена на теплопотерях (q 2) через неэкранированные ограждающие конструкции и окажутся ли допустимыми температуры для применяемых материалов. Теплопотери через обмуровку (q 2), температура наружной поверхности и температура в плоскости соприкосновения слоев обмуровки могут быть определены по диаграмме, приведенной на рис. Пр-2 для стационарного потока тепла. Диаграмма дает величину потерь тепла через обмуровку и температуру наружной поверхности неэкранированной обмуровки в зависимости от термического сопротивления обмуровки.
где: S 1 , S 2 , S 3 – толщины отдельных слоев обмуровки;
λ 1 , λ 2 , λ 3 – теплопроводность материала этих слоев при их средней температуре, которая
принимается по справочным данным раздела 10 с коэффициентом 1,2,
газопроницаемость кладки.
Температуру в плоскости соприкосновения слоев определяют по формуле:
где: t 1 – температура поверхности слоя с более высокой температурой;
t 2 – температура второй поверхности в плоскости соприкосновения слоев;
Соотношение толщины соответствующего слоя в м к его теплопроводности в Вт/(м⋅К) или
ккал/(м⋅час⋅град).
Пример. Определить потерю тепла через 1м 2 неэкранированной обмуровки толщиной: шамот-легковес γ = 1000 кг/м 3 – 280 мм и минеральная вата γ = 150 кг/м 3 – 50 мм при температуре внутренней поверхности t 1 =1000 0 С.
Задаемся температурой в плоскости соприкосновения шамотного и минераловатного слоев t 2 =110 0 С и температурой наружной поверхности стены t 3 =70 0 C.
Средняя температура шамотного слоя:
Средняя температура минераловатного слоя:
Коэффициент теплопроводности шамотного слоя с учетом коэффициента газопроницаемости при t ср.ш:
λ ш.р. =λ ш.555 ⋅ k газ.пр. =0,5⋅1,2=0,6 Вт/(м⋅К) или 0,43⋅1,2=0,516 ккал/(м⋅ч⋅гр),
λ ш – см. номограмму на рис. 10.5.
Коэффициент теплопроводности минераловатного слоя при t ср.м.в. :
λ м.в.р = λ м.в.90 = 0,128 Вт/(м⋅К) или 0,11 ккал/(м⋅ч⋅гр),
λ м.в. – см. номограмму на рис. 10.8.
Термическое сопротивление обмуровки:
(м 2 ⋅К)/Вт или
(м 2 ⋅ч⋅гр)/ккал.
По номограмме на рис. Пр-2 температура наружной стенки при R=1,02(м 2 ⋅К)/Вт или 1,19(м 2 ⋅ч⋅гр)/ккал и t 1 =1000 0 С составит t 3 =85 0 С и поток тепла через обмуровку q 2 = 890 Вт/м 2 или 765 ккал/м 2 ⋅ч. Температура в плоскости соприкосновения слоев будет равна:
Полученное значение t 2 существенно не соответствует (не близко) принятому. Задаемся температурой в плоскости соприкосновения шамотного и минераловатного слоев
t 2 =440 0 С, температурой наружной поверхности стенки t 3 =88 0 С и производим перерасчет. ;
λ ш.р. =λ ш.720 ⋅ k газ.пр. =0,547⋅1,2=0,656 Вт/(м⋅К) или 0,47⋅1,2=0,564 ккал/(м⋅ч⋅гр);
λ м.в.р = λ м.в.264 = 0,14 Вт/(м⋅К) или 0,12 ккал/(м⋅ч⋅гр);
(м 2 ⋅К)/Вт или
(м 2 ⋅ч⋅гр)/ккал.
По номограмме на рис. Пр-2 температура наружной стены при R=0,936 (м 2 ⋅К)/Вт или 1,09 (м 2 ⋅ч⋅гр)/ккал и t 1 =1000 0 С составит t 3 =90 0 С и q 2 =965 Вт/м 2 или 830 ккал/(м 2 ⋅ч) (потери тепла через неэкранированную обмуровку). Уточняем температуру в плоскости соприкосновения слоев:
Полученные результаты близко подходят к принятым величинам, следовательно, расчет правилен.
Максимальная температура применения минеральной ваты составляет 600 0 С (см. табл. 10.46), т.е. использование этих материалов при обмуровке котла в данном случае целесообразно.
Температура наружной поверхности обмуровки t 3 =90 0 С не удовлетворяет требованиям Санитарных Норм. Следовательно, термическое сопротивление обмуровки – R обм должно быть увеличено до ~4 (м 2 ·ч·гр)/ккал (см. номограмму на рис. Пр-2). Термическое сопротивление может быть увеличено путем устройства дополнительного слоя из теплоизоляционного материала с t max применения не выше 110 0 С.
