Uso: en ingeniería termoeléctrica, en particular, en la fabricación de generadores de vapor. La esencia de la invención: una mayor capacidad de fabricación de instalación y reparación está garantizada por el hecho de que en la superficie de calentamiento por convección que contiene los colectores de entrada 1 y salida 2, se colocan tubos calentados 3 instalados verticalmente y tubos espaciadores 4 ubicados en niveles horizontales 5 en líneas rectas. secciones verticales tubos calentados 4 y están fijados rígidamente en pares entre sí a lo largo de la periferia de la superficie convectiva, y el par de tubos espaciadores 4 cubre solo una fila de tubos calentados 3. 4 o.
La invención se refiere a la ingeniería de energía térmica y puede usarse en la construcción de generadores de vapor. Durante el funcionamiento de un generador de vapor, especialmente con combustible en escoria o fueloil con alto contenido de azufre, se depositan depósitos en superficies de calentamiento verticales, generalmente ubicadas en un conducto de gas horizontal. gran número escoria. Los focos de escoriación intensiva son lugares donde los pasos transversales entre tuberías verticales se reducen debido a su salida del plano de diseño (de la gama). En estos lugares, el flujo y la velocidad disminuyen drásticamente. gases de combustión y esto contribuye aún más a la formación de escoria en las superficies calefactoras. Además, la orientación exterior de las tuberías, especialmente en la dirección transversal del movimiento de los gases calefactores, empeora las condiciones de limpieza con sopladores u otros dispositivos. Los diversos dispositivos no refrigerados fabricados con materiales resistentes al calor que se utilizan actualmente se queman rápidamente cuando se exponen a altas temperaturas y componentes agresivos (azufre, vanadio) de los gases de calefacción. Aplicación propia, es decir conectados en paralelo con los tubos calentados de la superficie de calentamiento, los tubos calentados espaciados conducen a condiciones de funcionamiento desiguales, porque Los tubos espaciadores necesariamente difieren en longitud y configuración de los tubos principales, lo que reduce la confiabilidad de la superficie de calentamiento. Se conoce la configuración de una superficie calefactora por convección, en la que la separación de los tubos calentados se realiza mediante tiras distanciadoras no refrigeradas de hierro fundido resistente al calor. Por ejemplo, en la caldera TGMP-204, la desventaja de este diseño es la fragilidad de las tiras espaciadoras, ya que en condiciones de altas temperaturas de los gases y componentes agresivos de los productos de combustión del combustible, se queman y colapsan rápidamente, lo que conduce a una violación. las distancias entre los tubos calentados de la superficie de calentamiento contribuyen a su contaminación con cenizas y escorias, deterioro de la transferencia de calor y reducción de la confiabilidad del generador de vapor. Lo más cercano al diseño declarado es el diseño de una superficie de calentamiento por convección, que contiene colectores de entrada y salida, tubos calentados ubicados verticalmente y tubos espaciadores instalados en niveles horizontales, enfriados por el medio de trabajo y equipados con púas que forman celdas, cada una de las cuales alberga una tubo vertical. En general, todos los tubos espaciadores conectados entre sí mediante púas forman una rejilla rígida horizontal a través de la cual pasan los tubos calentados de la superficie de calentamiento. La desventaja del diseño conocido es la complejidad de la instalación y la baja mantenibilidad, que consiste en el hecho de que si. es necesario reemplazar un tubo calentado dañado ubicado en la parte media superficie vertical calefacción, es absolutamente imposible separar los tubos verticales calentados para facilitar el acceso a la zona dañada. Esto también se aplica a los propios tubos distanciadores, que están equipados con púas. Para acceder a la zona dañada, es necesario cortar una gran cantidad de tuberías no dañadas en lugares accesibles y luego restaurarlas. La experiencia en el funcionamiento de esta superficie en calderas TGMP-204 confirma lo anterior. El objetivo de la invención es eliminar estas desventajas, así como mejorar la capacidad de fabricación de instalación y reparación. Este objetivo se logra por el hecho de que en una superficie de calentamiento por convección que contiene colectores de entrada y salida, tubos calentados instalados verticalmente y tubos espaciadores dispuestos en niveles horizontales, los tubos espaciadores en forma de niveles horizontales se colocan en secciones verticales rectas de tubos calentados, rígidamente conectados en pares a lo largo de la superficie convectiva periférica, y cada par mencionado cubre solo una fila de tubos calentados. La esencia de la invención se ilustra mediante dibujos que muestran: La fig. 1 vista general superficie de calentamiento por convección, en la Fig. 2 sección a lo largo de A-A Fig. 1, en la fig. 3 sección a lo largo de B-B en la Fig. 2, en la fig. 4 sección a lo largo de B-B Fig. 2. La superficie de calentamiento por convección contiene colectores de entrada 1 y salida 2, tubos calentados 3 instalados verticalmente, tubos espaciadores 4, hechos en forma de niveles horizontales 5, colocados en secciones rectas de los tubos 3 a lo largo de la altura de la superficie paralela al movimiento. de gases de calefacción y por parejas cubriendo cada fila de estos tubos. Los tubos 4 están conectados rígidamente entre sí mediante soldadura 6 a lo largo de la periferia de la superficie de calentamiento. La superficie de calentamiento por convección funciona de la siguiente manera. Al cambiar estado termal En el generador de vapor, los tubos espaciadores 4 mantienen cada fila de tubos calentados 3 en un plano, tendiendo a salirse de rango debido al calentamiento desigual. Mantener la clasificación de las tuberías 3 garantiza velocidades de gas uniformes en todo el ancho del conducto de humos, reduce la posibilidad de que las cenizas se transporten a través de sus secciones individuales y también mejora las condiciones de limpieza mediante sopladores u otros dispositivos. Mantener los tubos calefactados en el puesto 3 del ranking mejora significativamente las condiciones para su inspección y reparación.
El modelo de utilidad se refiere a la tecnología de intercambio de calor y puede utilizarse, en particular, como superficies calefactoras por convección para calderas. El diseño propuesto de la superficie de calentamiento tiene pasos reducidos entre los tubos del haz convectivo al tresbolillo en la dirección transversal al movimiento de los gases en comparación con el prototipo. El esquema de conexión de los tubos en forma de U de cada bandera con el colector permite, con las mismas dimensiones del paquete convectivo, aumentar la superficie total de calentamiento, así como aumentar la velocidad de los gases en la superficie de calentamiento convectivo, aumentando así la intensidad de la transferencia de calor. La superficie de calentamiento por convección contiene un haz convectivo al tresbolillo formado por banderas 1 hechas de tubos 2 en forma de U conectados a colectores 3 verticales. Los tubos 2 en forma de U de cada bandera 1 están conectados a un colector 3 vertical de modo que los centros de sus orificios queden ubicado en dos ejes, paralelo al eje del colector vertical 3. Los puntos de conexión de los extremos de entrada de los tubos en forma de U 2 de cada bandera 1 se intercalan secuencialmente a lo largo de los ejes, mientras que los extremos de entrada y salida de cada tubo 2 están conectados al colector 3 en diferentes ejes. Así, los tubos 2 en forma de U están dispuestos transversalmente, uno encima del otro, lo que permite reducir la distancia entre los centros de los orificios que conectan los tubos 2 con el colector 3 y, en consecuencia, los pasos entre los tubos del Haz convectivo escalonado en dirección transversal.
El modelo de utilidad se refiere a la tecnología de intercambio de calor y puede utilizarse, en particular, como superficies calefactoras por convección para calderas.
Según el autor, la superficie de calentamiento por convección es conocida. fecha URSS No. 844917, que contiene un haz convectivo en forma de tablero de ajedrez formado por banderas contrapuestas hechas de tubos en forma de U instalados en colectores verticales. Los tubos de cada bandera están conectados tradicionalmente a colectores verticales de modo que los centros de sus orificios estén ubicados en dos ejes paralelos al eje del colector, y algunos de los tubos de cada bandera están unidos a lo largo de un eje, y parte, a lo largo del otro. En este caso, el paso entre las tuberías del haz convectivo al tresbolillo en dirección transversal no puede ser inferior a dos diámetros de tubería, lo que no permite reducir dimensiones generales superficie de calentamiento por convección.
El resultado técnico del modelo de utilidad reivindicado es reducir los pasos entre las tuberías en la dirección transversal al movimiento de los gases, lo que permite, con las mismas dimensiones del paquete convectivo, aumentar la superficie total de calentamiento y, además, aumenta la velocidad de paso de los gases, lo que aumenta la intensidad de la transferencia de calor.
El resultado técnico especificado se logra por el hecho de que en una superficie de calentamiento por convección que contiene un haz convectivo escalonado formado por instalado en vertical
Colectores con banderas adosadas fabricados con tubos en forma de U, en los que los tubos de cada bandera están conectados a colectores verticales de modo que los centros de sus orificios queden ubicados en dos ejes paralelos al eje del colector, de acuerdo con la propuesta modelo de utilidad, los puntos de conexión de los extremos de entrada de los tubos en forma de U de cada bandera se alternan secuencialmente a lo largo de los ejes, mientras que los extremos de entrada y salida de cada tubo están conectados al colector en diferentes ejes.
Los dibujos propuestos explican la esencia de la propuesta. La Figura 1 muestra una vista general de la superficie de calentamiento por convección, las Figuras 2 y 3 muestran la misma, respectivamente, en sección a lo largo de A-A y B-B.
La superficie de calentamiento por convección (Fig. 1-3) contiene un haz convectivo en forma de tablero de ajedrez formado por banderas 1 hechas de tubos 2 en forma de U conectados a colectores verticales 3. Los tubos 2 en forma de U de cada bandera 1 están conectados a un colector vertical 3 de modo que que los centros de sus orificios están ubicados en dos ejes paralelos al eje del colector vertical 3. Los puntos de conexión de los extremos de entrada de los tubos en forma de U 2 de cada bandera 1 están entrelazados secuencialmente a lo largo de los ejes, mientras que la entrada y la salida Los extremos de cada tubo 2 están conectados al colector 3 en diferentes ejes. Así, los tubos 2 en forma de U están dispuestos transversalmente, uno encima del otro, lo que permite reducir la distancia entre los centros de los orificios que conectan los tubos 2 con el colector 3 y, en consecuencia, los pasos entre los tubos del Haz convectivo escalonado en dirección transversal.
El dispositivo funciona de la siguiente manera.
El medio de trabajo ingresa a los colectores 3 y se distribuye a través de tubos en forma de U, 2 banderas y 1 superficie de calentamiento por convección.
Los gases calientes lavan transversalmente los tubos 2 y, debido al paso reducido entre los tubos 2, que asegura una disposición más densa de los tubos en un haz convectivo escalonado, aumenta la velocidad de los gases. El medio de trabajo calentado ingresa a los colectores 3 y se elimina de la superficie de calentamiento por convección.
El diseño propuesto de la superficie de calentamiento tiene pasos reducidos entre los tubos del haz convectivo al tresbolillo en la dirección transversal al movimiento de los gases en comparación con el prototipo. El esquema de conexión de los tubos en forma de U de cada bandera con el colector permite, con las mismas dimensiones del paquete convectivo, aumentar la superficie total de calentamiento, así como aumentar la velocidad de los gases en la superficie de calentamiento convectivo, aumentando así la intensidad de la transferencia de calor.
Fórmula del modelo de utilidad
Una superficie de calentamiento convectivo que contiene un haz convectivo al tresbolillo formado por banderas opuestas instaladas en colectores verticales, hechos de tubos en forma de U, con los tubos de cada bandera conectados a los colectores verticales de modo que los centros de sus orificios estén ubicados en dos ejes paralelos a el eje del colector, caracterizado porque los puntos de conexión de los extremos de entrada de los tubos en forma de U de cada bandera se alternan secuencialmente a lo largo de los ejes, mientras que los extremos de entrada y salida de cada tubo están conectados al colector en diferentes ejes.
Cálculo de haces convectivos de la caldera.
Las superficies de calentamiento por convección de las calderas de vapor juegan un papel importante en el proceso de generación de vapor, además de utilizar el calor de los productos de combustión que salen de la cámara de combustión. La eficiencia de las superficies calefactoras por convección depende en gran medida de la intensidad de la transferencia de calor de los productos de combustión al vapor.
Los productos de la combustión transfieren calor a la superficie exterior de las tuberías por convección y radiación. Desde la superficie exterior de las tuberías a la superficie interior, el calor se transfiere a través de la pared mediante conductividad térmica, y desde superficie interior al agua y al vapor - por convección. Por tanto, la transferencia de calor de los productos de combustión al agua y al vapor es un proceso complejo llamado transferencia de calor.
Al calcular superficies de calentamiento por convección, se utilizan la ecuación de transferencia de calor y la ecuación. balance de calor. El cálculo se realiza para 1 m3 de gas en condiciones normales.
Ecuación de transferencia de calor.
Ecuación del equilibrio térmico
Qb=?(I"-I”+???I°prs);
En estas ecuaciones, K es el coeficiente de transferencia de calor relacionado con la superficie de calentamiento calculada, W/(m2-K);
T - diferencia de temperatura, °C;
Bр - consumo estimado de combustible, m3/s;
H - superficie de calefacción calculada, m2;
Coeficiente de retención de calor, teniendo en cuenta la pérdida de calor por refrigeración externa;
I", I" - entalpías de los productos de combustión a la entrada y a la salida de la superficie de calentamiento, kJ/m3;
I°prs es la cantidad de calor aportada por el aire aspirado por la chimenea, kJ/m3.
En la ecuación Qt=K?H??t/Br, el coeficiente de transferencia de calor K es una característica calculada del proceso y está enteramente determinado por los fenómenos de convección, conductividad térmica y radiación térmica. De la ecuación de transferencia de calor se desprende claramente que la cantidad de calor transferida a través de una determinada superficie de calentamiento es mayor cuanto mayor es el coeficiente de transferencia de calor y la diferencia de temperatura entre los productos de combustión y el líquido calentado. Es obvio que las superficies calefactoras ubicadas muy cerca de cámara de combustión, operan con una mayor diferencia en la temperatura de los productos de combustión y la temperatura del ambiente receptor de calor. A medida que los productos de combustión se mueven a través de la trayectoria del gas, su temperatura disminuye y las superficies de calentamiento de la cola (economizador de agua) funcionan con una diferencia de temperatura menor entre los productos de combustión y el medio calentado. Por lo tanto, cuanto más alejada esté la superficie de calentamiento por convección de la cámara de combustión, más tallas grandes debe tener y más metal se gasta en su fabricación.
Al elegir la secuencia de colocación de las superficies de calentamiento por convección en una unidad de caldera, se esfuerzan por disponer estas superficies de modo que la diferencia en la temperatura de los productos de combustión y la temperatura del medio receptor sea mayor. Por ejemplo, un sobrecalentador está ubicado inmediatamente después de la cámara de combustión o el festón, ya que la temperatura del vapor es más alta que la temperatura del agua, y un economizador de agua está ubicado después de la superficie de calentamiento por convección, porque la temperatura del agua en el economizador de agua es más baja que la temperatura de ebullición. Punto de agua en la caldera de vapor.
La ecuación del balance térmico Qb=?(I"-I”+???I°prs) muestra cuánto calor los productos de la combustión ceden al vapor a través de la superficie de calentamiento convectivo.
La cantidad de calor Qb aportada por los productos de la combustión es igual al calor absorbido por el vapor. Para el cálculo se especifica la temperatura de los productos de combustión después de la superficie de calentamiento calculada y luego se refina mediante aproximaciones sucesivas. En este sentido, el cálculo se realiza para dos valores de temperatura de los productos de combustión después de la chimenea calculada.
1. Determine la superficie de calefacción ubicada en el conducto de gas calculado H = 68,04 m2.
El área de la sección transversal abierta para el paso de los productos de combustión durante el flujo transversal de tuberías lisas es F = 0,348 m2.
Basándonos en los datos de diseño, calculamos el paso transversal relativo:
1= S1 /dnar=110/51=2,2;
paso longitudinal relativo:
2 = S2/d=90/51=1,8.
2. Primero aceptamos dos valores para la temperatura de los productos de combustión después del cálculo del humo: =200°С =400°С;
3. Determinar el calor desprendido por los productos de combustión (kJ/m3),
Qb =??(-+ ??k?I°prs),
¿Dónde? - coeficiente de retención de calor, determinado en el punto 3.2.5;
I" - entalpía de los productos de combustión delante de la superficie de calentamiento, determinada a partir de la Tabla 2 a la temperatura y el coeficiente de exceso de aire después de la superficie de calentamiento, antes de la superficie calculada; = 21810 kJ/m3 a = 1200 ° C;
I" es la entalpía de los productos de combustión después de la superficie de calentamiento calculada, determinada a partir de la Tabla 2 a dos temperaturas previamente aceptadas después de la superficie de calentamiento por convección; =3500 kJ/m3 a =200°C;
6881 kJ/m3 a =400°C;
K - succión de aire hacia la superficie de calentamiento por convección, definida como la diferencia en los coeficientes de exceso de aire en la entrada y salida de la misma;
I°prs es la entalpía del aire aspirado por la superficie de calentamiento por convección, a una temperatura del aire tb = 30 °C, determinada en el punto 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. Calcule la temperatura estimada del flujo del producto de combustión en el conducto convectivo (°C)
donde y es la temperatura de los productos de combustión en la entrada a la superficie y en la salida de la misma.
5. Determine la diferencia de temperatura (°C)
T1=-tк = 700-187,95=512°С;
T2 =-tк=800-187,95=612°С;
donde tk es la temperatura del medio refrigerante, para una caldera de vapor se toma igual temperatura agua hirviendo a presión en la caldera, tn.p=187,95°C;
6. Contando velocidad promedio productos de combustión en la superficie de calentamiento (m/s)
donde Вр es el consumo estimado de combustible, m3/s, (ver cláusula 3.2.4);
F es el área de la sección transversal abierta para el paso de los productos de la combustión (ver cláusula 1.2), m2;
Vg es el volumen de productos de combustión por 1 kg de combustible sólido y líquido o por 1 m8 de gas (según el cálculo de la tabla 1 con el correspondiente coeficiente de exceso de aire);
KP - promedio temperatura de diseño productos de combustión, °C;
7. Determinamos el coeficiente de transferencia de calor por convección desde los productos de combustión a la superficie de calentamiento durante el lavado transversal de los haces de pasillo:
К = ?н?сz ?сs ?сф;
donde?n es el coeficiente de transferencia de calor determinado a partir del nomograma para el lavado transversal de haces de pasillo (Fig. 6.1 lit. 1); ?n.1=84W/m2K en?g.1 y dnar; ?n.2=90W/m2K en?g.2 y dnar;
cz - corrección del número de filas de tuberías a lo largo del flujo de productos de combustión, determinada durante el lavado transversal de los haces de pasillo; ñz =1 en z1=10;
cs - corrección por disposición de las vigas, determinada durante el lavado transversal de las vigas del corredor; ñs =1
sf: coeficiente que tiene en cuenta la influencia de los cambios en los parámetros físicos del flujo y se determina durante el lavado transversal de haces de tuberías del corredor (Fig. 6.1 lit. 1);
cf1=1,05 en; sf2=1,02 en;
K1=84?1?1?1.05=88.2W/m2K;
K2=90?1?1?1.02=91.8W/m2K;
8. Calculamos la emisividad del flujo de gas utilizando el nomograma. En este caso, es necesario calcular el espesor óptico total.
kps=(kg?rп +kзл?μ)?p?s ,
donde kg es el coeficiente de atenuación de los rayos por gases triatómicos, determinado en el punto 4.2.6;
rп: la fracción de volumen total de gases triatómicos, tomada de la tabla. 1;
kzl - coeficiente de atenuación de los rayos por partículas eólicas, kzl=0;
µ - concentración de partículas de ceniza, µ =0;
p - presión en el conducto de gas, para unidades de caldera sin presurización se toma igual a 0,1 MPa.
Espesor de la capa radiante para haces de tubos lisos (m):
s=0,9?d?()=0,9?51?10-3 ?(-1)=0,18;
9. Determine el coeficiente de transferencia de calor?l, teniendo en cuenta la transferencia de calor por radiación en superficies calefactoras convectivas, W/(m2K):
para un flujo libre de polvo (cuando se quema combustible gaseoso) ?l = ?n??f?sg, donde?n es el coeficiente de transferencia de calor, determinado por el nomograma (Fig. 6.4 lit. 1); ?f - grado de emisividad;
сг - se determina el coeficiente.
Para determinar?n y el coeficiente sr, se calcula la temperatura de la pared contaminada (°C)
donde t - temperatura promedio ambiente, para calderas de vapor se supone que es igual a la temperatura de saturación a la presión en la caldera, t= tн.п=194°С;
T - cuando se quema gas se supone que es de 25 °C.
Tst=25+187=212;
H1=90 W/(m2K) ?Н2=110 W/(m2K) en Tst, y;
L1=90?0,065?0,96=5,62 W/(m2K);
L2=94?0,058?0,91=5,81 W/(m2K);
10. Calculamos el coeficiente total de transferencia de calor de los productos de combustión a la superficie de calentamiento, W/(m2-K),
? = ??(?k + ?l),
¿Dónde? - factor de utilización, teniendo en cuenta la disminución de la absorción de calor de la superficie de calentamiento debido a su eliminación desigual por los productos de combustión, el flujo parcial de productos de combustión a través de ella y la formación de zonas estancadas; ¿Se acepta para vigas lavadas en cruz? = 1.
1=1?(88,2+5,62)=93,82W/(m2-K);
2=1?(91,8+5,81)=97,61W/(m2-K);
11. Calcule el coeficiente de transferencia de calor, W/(m2-K)
¿Dónde? - coeficiente de eficiencia térmica, (Tablas 6.1 y 6.2 lit. 1 según el tipo de combustible quemado).
K1=0,85*93,82 W/(m2-K);
K2=0,85*97,61 W/(m2-K);
12. Determine la cantidad de calor absorbido por la superficie de calentamiento por 1 m3 de gas (kJ/m3).
Qt=K?H??t/(Bр?1000)
¿La diferencia de temperatura se determina para la superficie de calentamiento por convección evaporativa (°C)
T1==226°C; ?t2==595°С;
donde tboil es la temperatura de saturación a presión en la caldera de vapor;
Qt1==8636 kJ/m3;
Qt2==23654 kJ/m3;
13. Con base en los dos valores de temperatura aceptados y los dos valores obtenidos de Q6 y Qt, se realiza una interpolación gráfica para determinar la temperatura de los productos de combustión después de la superficie de calentamiento. Para ello se construye la dependencia Q = f(), como se muestra en la Fig. 3. El punto de intersección de las rectas indicará la temperatura de los productos de la combustión, que deberá tenerse en cuenta en el cálculo. ===310°С;
Fig3.
Cuadro No. 7 Cálculo térmico de haces de calderas.
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Valor calculado |
Designación |
Dimensión |
Fórmula y justificación |
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Superficie de calentamiento |
Calculado según dibujo. |
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Sección libre para paso de gas. |
Calculado según dibujo. |
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Paso de tubería transversal |
Calculado según dibujo. |
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Paso de tubería longitudinal |
Calculado según dibujo. |
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Según el diagrama I-t |
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Entalpía continua. quemado en la salida de la caja de cambios |
Según el diagrama I-t |
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Entalpía continua. quema en la entrada del puesto de control |