Anvendelse: i termisk energiteknik, især ved fremstilling af dampgeneratorer. Essensen af opfindelsen: øget installations- og reparationsfremstillingsevne sikres ved det faktum, at i den konvektive varmeflade indeholdende input 1 og output 2 kollektorer, vertikalt installerede opvarmede rør 3, afstandsrør 4 placeret i vandrette lag 5 på lige linjer lodrette sektioner opvarmede rør 4 og er stift fastgjort parvis til hinanden langs periferien af den konvektive overflade, og parret af afstandsrør 4 dækker kun en række opvarmede rør 3. 4 hhv.
Opfindelsen angår termisk energiteknik og kan anvendes i dampgeneratorkonstruktion. Under driften af en dampgenerator, især på slaggedannende brændstof eller brændselsolie med højt svovlindhold, aflejres aflejringer på lodrette varmeflader, normalt placeret i en vandret gaskanal. stort antal slagge. Foci til intensiv slaggedannelse er steder, hvor de tværgående trin mellem lodrette rør reduceres på grund af deres udgang fra designplanet (fra området). Disse steder falder flow og hastighed kraftigt røggasser og dette bidrager yderligere til slaggedannelsen af varmeflader. Derudover forværrer den ydre justering af rør, især i den tværgående retning af bevægelse af varmegasser, betingelserne for rengøring med blæsere eller andre enheder. De forskellige ukølede enheder fremstillet af varmebestandige materialer, der i øjeblikket er i brug, brænder hurtigt ud, når de udsættes for høje temperaturer og aggressive komponenter (svovl, vanadium) af varmegasser. Anvendelse af din egen, dvs. forbundet parallelt med varmefladens opvarmede rør fører opvarmede rør med afstand til ujævne driftsforhold, fordi afstandsrør adskiller sig nødvendigvis i længde og konfiguration fra hovedrørene, hvilket reducerer pålideligheden af varmeoverfladen. Udformningen af en konvektiv varmeflade er kendt, hvor afstanden mellem opvarmede rør udføres af uafkølede afstandslister fremstillet af varmebestandigt støbejern. For eksempel på TGMP-204 kedlen Ulempen ved dette design er skrøbeligheden af afstandsbåndene, da de under betingelser med høje temperaturer af gasser og aggressive komponenter i brændstofforbrændingsprodukter hurtigt brænder og kollapser, hvilket fører til krænkelse af. afstandene mellem de opvarmede rør på varmeoverfladen bidrager til deres forurening med aske og slagger, forringelse af varmeoverførsel og reduceret pålidelighed af dampgeneratoren. Det tætteste på det deklarerede design er designet af en konvektiv varmeflade, der indeholder indløbs- og udløbsmanifolder, lodret placerede opvarmede rør og afstandsrør installeret i vandrette lag, afkølet af arbejdsmediet og udstyret med pigge, der danner celler, som hver huser en lodret rør. Generelt danner alle afstandsrør forbundet med hinanden med pigge et vandret stift gitter, gennem hvilket opvarmede rør af varmeoverfladen føres. Ulempen ved det kendte design er kompleksiteten af installationen og den lave vedligeholdelsesevne, der består i, at hvis den er nødvendigt for at udskifte et beskadiget opvarmet rør placeret i den midterste del lodret overflade opvarmning, er det absolut umuligt at flytte de opvarmede lodrette rør fra hinanden for at lette adgangen til det beskadigede område. Dette gælder også selve afstandsrørene, som er udstyret med pigge. For at få adgang til det beskadigede område er det nødvendigt at skære et stort antal ubeskadigede rør på tilgængelige steder og derefter genoprette dem. Erfaring med at betjene denne overflade på TGMP-204 kedler bekræfter ovenstående. Formålet med opfindelsen er at eliminere disse ulemper, såvel som at forbedre installations- og reparationsfremstillingsevnen. Dette mål opnås ved, at i en konvektiv varmeflade indeholdende indløbs- og udløbsmanifolder, lodret installerede opvarmede rør og afstandsrør anbragt i vandrette etager, placeres afstandsrør i form af vandrette etager på lige lodrette sektioner af opvarmede rør, stift. forbundet parvis langs den periferiske konvektionsflade, og hvert nævnte par dækker kun én række opvarmede rør. Essensen af opfindelsen er illustreret ved hjælp af tegninger, der viser: fig. 1 generel opfattelse konvektiv varmeflade, fig. 2 snit langs A-A Fig. 1, i fig. 3 snit langs B-B i fig. 2, i fig. 4 snit langs B-B Fig. 2. Den konvektive varmeflade indeholder indløb 1 og udløb 2 samlere, vertikalt installerede opvarmede rør 3, afstandsrør 4, lavet i form af vandrette etager 5, placeret på lige sektioner af rør 3 langs overfladens højde parallelt med bevægelsen af opvarmningsgasser og i par, der dækker hver række af disse rør. Rør 4 er stift forbundet med hinanden ved svejsning 6 langs periferien af varmefladen. Den konvektive varmeflade fungerer som følger. Når man skifter termisk tilstand I dampgeneratoren holder afstandsrør 4 hver række af opvarmede rør 3 i ét plan, og har tendens til at gå uden for rækkevidde på grund af ujævn opvarmning. Opretholdelse af rækkefølgen af rørene 3 sikrer ensartede gashastigheder over hele aftrækkets bredde, reducerer muligheden for, at aske transporterer over dets individuelle sektioner, og forbedrer også rengøringsforholdene ved brug af blæsere eller andre anordninger. At holde opvarmede rør 3 i ranglisten forbedrer betingelserne for deres inspektion og reparation markant.
Brugsmodellen relaterer sig til varmevekslerteknologi og kan især anvendes som konvektiv varmeflade til kedler. Den foreslåede udformning af varmefladen har reduceret trin mellem rørene i den forskudte konvektive bjælke i retningen på tværs af bevægelsen af gasser sammenlignet med prototypen. Tilslutningsskemaet for de U-formede rør i hvert flag med opsamleren tillader, med de samme dimensioner af den konvektive pakke, at øge den samlede varmeoverflade samt at øge hastigheden af gasser i den konvektive varmeflade og dermed øge intensiteten af varmeoverførsel. Den konvektive varmeflade indeholder et forskudt konvektionsbundt dannet af flag 1 lavet af U-formede rør 2 forbundet med vertikale samlere 3. U-formede rør 2 af hvert flag 1 er forbundet med en vertikal solfanger 3, således at midten af deres huller er placeret på to akser, parallelt med aksen af den lodrette manifold 3. Tilslutningspunkterne for indløbsenderne af de U-formede rør 2 af hvert flag 1 er sekventielt indskudt langs akserne, mens indløbs- og udløbsenderne af hvert rør 2 er forbundet til manifolden 3 på forskellige akser. De U-formede rør 2 er således anbragt på kryds og tværs over hinanden, hvilket gør det muligt at reducere afstanden mellem centrene af hullerne, der forbinder rørene 2 med opsamleren 3 og følgelig trinene mellem rørene i forskudt konvektionsbundt i tværretningen.
Brugsmodellen relaterer sig til varmevekslerteknologi og kan især anvendes som konvektiv varmeflade til kedler.
Den konvektive varmeflade er kendt ifølge forfatteren. dato USSR nr. 844917, indeholdende en skakternet konvektiv bjælke dannet af modstillede flag lavet af U-formede rør installeret i vertikale samlere. Hvert flags rør er traditionelt forbundet med lodrette opsamlere, således at centrene af deres huller er placeret på to akser parallelt med samlerens akse, og nogle af rørene i hvert flag er fastgjort langs en akse, og en del - langs med andre. I dette tilfælde må trinnet mellem rørene i det forskudte konvektionsbundt i tværgående retning ikke være mindre end to rørdiametre, hvilket ikke tillader reduktion overordnede dimensioner konvektiv varmeflade.
Det tekniske resultat af den påberåbte brugsmodel er at reducere trinene mellem rørene i retningen på tværs af bevægelsen af gasser, hvilket tillader, med samme dimensioner af den konvektive pakke, at øge den samlede varmeflade, og derudover, øger hastigheden af passerende gasser, hvilket øger intensiteten af varmeoverførsel.
Det specificerede tekniske resultat opnås ved, at der i en konvektiv varmeflade indeholdende en forskudt konvektiv bjælke dannet ved at installere i lodret
samlere med ryg-mod-ryg flag fremstillet af U-formede rør, hvor hvert flags rør er forbundet med vertikale samlere, således at deres hullers centre er placeret på to akser parallelt med opsamlerens akse, iht. det foreslåede brugbar model, er forbindelsespunkterne for indløbsenderne af de U-formede rør i hvert flag sekventielt vekslede langs akserne, mens indløbs- og udløbsenderne af hvert rør er forbundet med manifolden på forskellige akser.
De foreslåede tegninger forklarer essensen af forslaget. Fig. 1 viser en generel afbildning af den konvektive varmeflade, fig. 2 og 3 viser den samme henholdsvis i snit langs A-A og B-B.
Den konvektive varmeflade (fig. 1-3) indeholder et skakternet konvektivt bundt dannet af flag 1 lavet af U-formede rør 2 forbundet med vertikale samlere 3. U-formede rør 2 af hvert flag 1 er forbundet med en vertikal kollektor 3 så at centrene deres huller er placeret på to akser parallelt med aksen af den lodrette manifold 3. Forbindelsespunkterne for indløbsenderne af de U-formede rør 2 af hvert flag 1 er sekventielt indflettet langs akserne, mens indløbet og udløbet enderne af hvert rør 2 er forbundet med manifolden 3 på forskellige akser. De U-formede rør 2 er således anbragt på kryds og tværs over hinanden, hvilket gør det muligt at reducere afstanden mellem centrene af hullerne, der forbinder rørene 2 med opsamleren 3 og følgelig trinene mellem rørene i forskudt konvektionsbundt i tværretningen.
Enheden fungerer som følger.
Arbejdsmediet kommer ind i kollektorerne 3 og fordeles gennem U-formede rør 2 flag 1 konvektiv varmeflade.
Varme gasser skyller rørene 2 på tværs, og på grund af den reducerede stigning mellem rørene 2, som sikrer et tættere arrangement af rør i et forskudt konvektionsbundt, øges gassernes hastighed. Det opvarmede arbejdsmedium kommer ind i kollektorerne 3 og fjernes fra den konvektive varmeflade.
Den foreslåede udformning af varmefladen har reduceret trin mellem rørene i den forskudte konvektive bjælke i retningen på tværs af bevægelsen af gasser sammenlignet med prototypen. Tilslutningsskemaet for de U-formede rør i hvert flag med opsamleren tillader, med de samme dimensioner af den konvektive pakke, at øge den samlede varmeoverflade samt at øge hastigheden af gasser i den konvektive varmeflade og dermed øge intensiteten af varmeoverførsel.
Brugsmodel formel
En konvektiv varmeflade indeholdende en forskudt konvektiv bjælke dannet af modstående flag installeret i lodrette samlere, lavet af U-formede rør, med rørene på hvert flag forbundet med de lodrette solfangere, således at midten af deres huller er placeret på to akser parallelt med kollektorens akse, kendetegnet ved, at forbindelsespunkterne for indløbsenderne af de U-formede rør i hvert flag er sekventielt vekslende langs akserne, mens indløbs- og udløbsenderne af hvert rør er forbundet med manifolden på forskellige akser.
Beregning af kedlens konvektive bjælker.
Konvektive opvarmningsoverflader på dampkedler spiller en vigtig rolle i processen med at generere damp, såvel som ved brug af varmen fra forbrændingsprodukter, der forlader forbrændingskammeret. Effektiviteten af konvektive varmeflader afhænger i høj grad af intensiteten af varmeoverførslen fra forbrændingsprodukter til damp.
Forbrændingsprodukter overfører varme til den ydre overflade af rørene ved konvektion og stråling. Fra den ydre overflade af rørene til den indre overflade overføres varme gennem væggen ved termisk ledningsevne, og fra indre overflade til vand og damp - ved konvektion. Overførsel af varme fra forbrændingsprodukter til vand og damp er således en kompleks proces kaldet varmeoverførsel.
Ved beregning af konvektive varmeflader anvendes varmeoverførselsligningen og ligningen varmebalance. Beregningen er udført for 1 m3 gas under normale forhold.
Varmeoverførselsligning.
Varmebalanceligning
Qb=?(I"-I"+???I°prs);
I disse ligninger er K varmeoverførselskoefficienten relateret til den beregnede varmeflade, W/(m2-K);
T - temperaturforskel, °C;
Bр - estimeret brændstofforbrug, m3/s;
H - beregnet varmeflade, m2;
Varmeretentionskoefficient, under hensyntagen til varmetab fra ekstern køling;
I", I" - entalpier af forbrændingsprodukter ved indgangen til varmefladen og ved udgangen fra den, kJ/m3;
I°prs er mængden af varme, der tilføres af luften, der suges ind i aftrækket, kJ/m3.
I ligningen Qt=K?H??t/Br er varmeoverførselskoefficienten K en beregnet karakteristik af processen og er helt bestemt af fænomenerne konvektion, termisk ledningsevne og termisk stråling. Fra varmeoverførselsligningen er det klart, at mængden af varme, der overføres gennem en given varmeflade, er større, jo større varmeoverførselskoefficienten er og temperaturforskellen mellem forbrændingsprodukterne og den opvarmede væske. Det er indlysende, at varmeflader placeret i umiddelbar nærhed af forbrændingskammer, fungerer ved en større forskel mellem temperaturen af forbrændingsprodukterne og temperaturen i det varmemodtagende miljø. Efterhånden som forbrændingsprodukter bevæger sig gennem gasbanen, falder deres temperatur, og halevarmefladerne (vandøkonomizer) arbejder med en mindre temperaturforskel mellem forbrændingsprodukterne og det opvarmede medium. Derfor, jo længere den konvektive varmeflade er placeret fra forbrændingskammeret store størrelser det skal have, og jo mere metal bruges på dens fremstilling.
Når de vælger rækkefølgen af placering af konvektive varmeflader i en kedelenhed, stræber de efter at arrangere disse overflader, så forskellen i temperaturen på forbrændingsprodukterne og temperaturen på det modtagende medium er størst. For eksempel er en overheder placeret umiddelbart efter brændkammeret eller festonen, da damptemperaturen er højere end vandtemperaturen, og en vandøkonomizer er placeret efter den konvektive varmeflade, fordi vandtemperaturen i vandøkonomizeren er lavere end kogepunktet vandpunkt i dampkedlen.
Varmebalanceligningen Qb=?(I"-I”+???I°prs) viser hvor meget varme forbrændingsprodukterne giver til dampen gennem den konvektive varmeflade.
Mængden af varme Qb givet af forbrændingsprodukterne er lig med den varme, der absorberes af dampen. Til beregningen angives temperaturen af forbrændingsprodukterne efter den beregnede varmeflade, og den forfines derefter ved successive tilnærmelser. I denne henseende udføres beregningen for to værdier af temperaturen af forbrændingsprodukterne efter den beregnede aftræk.
1. Bestem varmefladearealet placeret i den beregnede gaskanal H = 68,04 m2.
Det åbne tværsnitsareal for passage af forbrændingsprodukter under tværgående strømning af glatte rør er F = 0,348 m2.
Baseret på designdataene beregner vi den relative tværgående stigning:
1= S1/dnar=110/51=2,2;
relativ langsgående stigning:
2 = S2/d=90/51=1,8.
2. Vi accepterer først to værdier for temperaturen af forbrændingsprodukterne efter den beregnede røgkanal: =200°С =400°С;
3. Bestem den varme, der afgives af forbrændingsprodukter (kJ/m3),
Qb =??(-+ ??k?I°prs),
Hvor? -, bestemt i punkt 3.2.5;
I" er entalpien af forbrændingsprodukter foran varmefladen, bestemt ud fra tabel 2 ved temperaturen og overskydende luftkoefficient efter varmefladen, forud for den beregnede overflade; =21810 kJ/m3 ved =1200°C;
I" er entalpien af forbrændingsprodukter efter den beregnede varmeflade, bestemt ud fra tabel 2 ved to tidligere accepterede temperaturer efter den konvektive varmeflade; =3500 kJ/m3 ved =200°C;
6881 kJ/m3 ved =400°C;
K - luftsugning ind i den konvektive varmeflade, defineret som forskellen i koefficienterne for overskydende luft ved ind- og udløbet af den;
I°prs er entalpien af luft, der suges ind i den konvektive varmeflade, ved en lufttemperatur tb = 30 °C er bestemt i afsnit 3.1.
Qb1 = 0,98?(21810-3500+0,05?378,9)=17925 kJ/m3;
Qb2=0,98?(21810-6881+0,05?378,9)=14612 kJ/m3;
4. Beregn den estimerede temperatur af forbrændingsproduktstrømmen i konvektionskanalen (°C)
hvor og er temperaturen af forbrændingsprodukter ved indgangen til overfladen og ved udgangen fra den.
5. Bestem temperaturforskellen (°C)
T1=-tk = 700-187,95=512°C;
T2 =-tk=800-187,95=612°С;
hvor tk er kølemediets temperatur, for en dampkedel tages den lige temperatur kogende vand ved tryk i kedlen, tn.p=187,95°C;
6. Optælling gennemsnitshastighed forbrændingsprodukter i varmefladen (m/s)
hvor Вр er det estimerede brændstofforbrug, m3/s, (se afsnit 3.2.4);
F er det åbne tværsnitsareal for passage af forbrændingsprodukter (se afsnit 1.2), m2;
Vg er mængden af forbrændingsprodukter pr. 1 kg fast og flydende brændstof eller pr. 1 m8 gas (fra beregningstabel 1 med den tilsvarende overskydende luftkoefficient);
KP - gennemsnit design temperatur forbrændingsprodukter, °C;
7. Vi bestemmer varmeoverførselskoefficienten ved konvektion fra forbrændingsprodukter til varmeoverfladen under tværgående vask af korridorbundter:
К = ?н?сz ?сs ?сф;
hvor?n er varmeoverførselskoefficienten bestemt ud fra nomogrammet for tværgående vask af korridorbundter (fig. 6.1 lit. 1); ?n.1=84W/m2K ved?g.1 og dnar; ?n.2=90W/m2K ved?g.2 og dnar;
cz - korrektion for antallet af rækker af rør langs strømmen af forbrændingsprodukter, bestemt under tværgående vask af korridorbundter; cz = 1 ved z1 = 10;
cs - korrektion for bjælkearrangement, bestemt under tværgående vask af korridorbjælker; сs =1
sf - koefficient, der tager højde for indflydelsen af ændringer i strømmens fysiske parametre, bestemmes under den tværgående vask af korridorrørbundter (fig. 6.1 lit. 1);
cfl = 1,05 at; sf2=1,02 at;
K1=84?1?1?1,05=88,2 W/m2K;
K2=90?1?1?1,02=91,8 W/m2K;
8. Vi beregner emissiviteten af gasstrømmen ved hjælp af nomogrammet. I dette tilfælde er det nødvendigt at beregne den samlede optiske tykkelse
kps=(kg?rп +kзл?µ)?p?s ,
hvor kg er dæmpningskoefficienten for stråler med triatomare gasser, bestemt i punkt 4.2.6;
rп - den samlede volumenfraktion af triatomare gasser, taget fra tabellen. 1;
kzl - dæmpningskoefficient for stråler af eoliske partikler, kzl=0;
µ - koncentration af askepartikler, µ =0;
p - tryk i gaskanalen, for kedelenheder uden tryk tages lig med 0,1 MPa.
Tykkelse af det udstrålende lag for bundter med glatte rør (m):
s=0,9?d?()=0,9?51?10-3 ?(-1)=0,18;
9. Bestem varmeoverførselskoefficienten?l under hensyntagen til overførsel af varme ved stråling i konvektive varmeflader, W/(m2K):
for en støvfri strømning (ved afbrænding af gasformigt brændstof) ?l = ?n??f?sg, hvor?n er varmeoverførselskoefficienten, bestemt af nomogrammet (fig. 6.4 lit. 1); ?f - grad af emissivitet;
сг - koefficient bestemmes.
For at bestemme?n og koefficient сг beregnes temperaturen af den forurenede væg (°C)
hvor t - gennemsnitstemperatur miljø, for dampkedler antages at være lig mætningstemperaturen ved tryk i kedlen, t= tн.п=194°С;
T - når brændende gas antages at være 25 °C.
Tst=25+187=212;
H1=90 W/(m2K) ?Н2=110 W/(m2K) ved Tst, og;
L1=90-0,065-0,96=5,62 W/(m2K);
L2=94-0,058-0,91=5,81 W/(m2K);
10. Vi beregner den samlede varmeoverførselskoefficient fra forbrændingsprodukter til varmefladen, W/(m2-K),
? = ??(?k + ?l),
Hvor? - udnyttelsesfaktor, under hensyntagen til faldet i varmeabsorptionen af varmeoverfladen på grund af ujævn afvaskning af den af forbrændingsprodukter, delvis strøm af forbrændingsprodukter forbi den og dannelsen af stillestående zoner; er accepteret til krydsvaskede bjælker? = 1.
1=1a(88,2+5,62)=93,82W/(m2-K);
2=1a(91,8+5,81)=97,61W/(m2-K);
11. Beregn varmeoverførselskoefficienten, W/(m2-K)
Hvor? - termisk virkningsgradskoefficient (Tabel 6.1 og 6.2 lit. 1 afhængig af typen af brændt brændsel).
K1=0,85*93,82 W/(m2-K);
K2=0,85*97,61 W/(m2-K);
12. Bestem mængden af varme absorberet af varmefladen pr. 1 m3 gas (kJ/m3)
Qt=K?H??t/(Bр?1000)
Temperaturforskellen?t bestemmes for den fordampende konvektive varmeflade (°C)
T1==226°C; t2==595°C;
hvor tboil er mætningstemperaturen ved tryk i dampkedlen;
Qt1==8636 kJ/m3;
Qt2==23654 kJ/m3;
13. Baseret på de to accepterede temperaturværdier og de opnåede to værdier af Q6 og Qt, udføres grafisk interpolation for at bestemme temperaturen på forbrændingsprodukterne efter varmefladen. Til dette formål er afhængigheden Q = f() konstrueret, vist i fig. 3. Skæringspunktet for de rette linjer vil angive temperaturen på forbrændingsprodukterne, som skal tages med i beregningen. ===310°C;
Fig. 3.
Tabel nr. 7 Termisk beregning af kedelbundter
|
Beregnet værdi |
Betegnelse |
Dimension |
Formel og begrundelse |
|
|
Varme overflade |
Beregnet efter tegning |
|||
|
Frit tværsnit for gaspassage |
Beregnet efter tegning |
|||
|
Tværgående rørstigning |
Beregnet efter tegning |
|||
|
Langsgående rørstigning |
Beregnet efter tegning |
|||
|
Ifølge I-t diagram |
||||
|
Entalpi forts. udbrændthed ved udgangen fra gearkassen |
Ifølge I-t diagram |
|||
|
Entalpi forts. brændende ved indgangen til checkpointet |