Glavne grelne površine parnega kotla, namen. Izračun konvektivnih izhlapevalnih površin

Uporaba: v termoenergetiki, zlasti pri izdelavi generatorjev pare. Bistvo izuma: povečana proizvodnost namestitve in popravila je zagotovljena z dejstvom, da so v konvektivni ogrevalni površini, ki vsebuje kolektorje vhoda 1 in izhoda 2, navpično nameščene ogrevane cevi 3, distančne cevi 4, ki se nahajajo v vodoravnih slojih 5 na ravnih črtah. navpični odseki ogrevane cevi 4 in so med seboj togo pritrjene v parih po obodu konvektivne površine, par distančnih cevi 4 pa pokriva samo eno vrsto ogrevanih cevi 3. 4 oz.

Izum se nanaša na termoenergetiko in se lahko uporablja pri gradnji uparjalnikov. Med delovanjem uparjalnika, zlasti na gorivu za žlindranje ali kurilnem olju z visoko vsebnostjo žvepla, se na navpičnih grelnih površinah, običajno v vodoravnem plinovodu, nalagajo usedline. veliko številožlindra. Žarišča intenzivnega žlindranja so mesta, kjer se prečni koraki med navpičnimi cevmi zmanjšajo zaradi njihovega izstopa iz projektne ravnine (iz območja). Na teh mestih se pretok in hitrost močno zmanjšata dimni plini to pa dodatno prispeva k žlindranju ogrevalnih površin. Poleg tega zunanja poravnava cevi, predvsem v prečni smeri gibanja ogrevalnih plinov, poslabša pogoje za čiščenje s puhalniki ali drugimi napravami. Različne nehlajene naprave iz toplotno odpornih materialov, ki so trenutno v uporabi, hitro izgorejo, ko so izpostavljene visoke temperature in agresivne sestavine (žveplo, vanadij) ogrevalnih plinov. Lastna aplikacija, tj. priključen vzporedno z ogrevanimi cevmi ogrevalne površine, razmaknjene ogrevane cevi vodi do neenakomernih obratovalnih pogojev, ker distančne cevi se po dolžini in konfiguraciji nujno razlikujejo od glavnih cevi, kar zmanjšuje zanesljivost ogrevalne površine. Poznana je izvedba konvektivne grelne površine, pri kateri je razmik ogrevanih cevi izveden z nehlajenimi distančnimi trakovi iz toplotno obstojne litine. Na primer, na kotlu TGMP-204 je pomanjkljivost te zasnove krhkost distančnih trakov, saj se v pogojih visokih temperatur plinov in agresivnih sestavin zgorevanja goriva hitro zgorijo in porušijo. razdalje med ogrevanimi cevmi ogrevalne površine, prispeva k njihovi kontaminaciji s pepelom in žlindro, poslabšanju prenosa toplote in zmanjšani zanesljivosti generatorja pare. Najbližje deklarirani zasnovi je zasnova konvektivne grelne površine, ki vsebuje vstopne in izstopne kolektorje, navpično nameščene ogrevane cevi in ​​distančne cevi, nameščene v vodoravnih slojih, hlajene z delovnim medijem in opremljene s konicami, ki tvorijo celice, od katerih je v vsaki nameščena ena navpična cev. Na splošno vse distančne cevi, ki so med seboj povezane s konicami, tvorijo vodoravno togo mrežo, skozi katero so speljane ogrevane cevi ogrevalne površine potrebno je zamenjati poškodovano grelno cev, ki se nahaja v srednjem delu navpična površina ogrevanja, je absolutno nemogoče razmakniti ogrevane navpične cevi, da bi olajšali dostop do poškodovanega območja. Enako velja za same distančne cevi, ki so opremljene s konicami. Za dostop do poškodovanega območja je potrebno na dostopnih mestih odrezati večje število nepoškodovanih cevi in ​​jih nato obnoviti. Izkušnje z uporabo te površine na kotlih TGMP-204 potrjujejo zgoraj navedeno. Namen izuma je odpraviti te pomanjkljivosti, pa tudi izboljšati proizvodnost vgradnje in popravila. Ta cilj je dosežen tako, da so v konvektivni ogrevalni površini, ki vsebuje dovodne in izstopne kolektorje, navpično nameščene ogrevane cevi in ​​v vodoravne sloje razporejene distančne cevi, distančne cevi v obliki vodoravnih slojev nameščene na ravne navpične odseke ogrevanih cevi, togo povezani v parih vzdolž obodne konvektivne ploskve, vsak omenjeni par pa pokriva samo eno vrsto ogrevanih cevi. Bistvo izuma ponazarjajo risbe, ki prikazujejo: sl. 1 splošni pogled konvekcijska grelna površina, sl. 2 odsek vzdolž A-A sl. 1, na sl. 3 odsek vzdolž B-B na sl. 2, na sl. 4 odsek vzdolž B-B sl. 2. Konvektivna ogrevalna površina vsebuje vstopne 1 in izhodne 2 kolektorje, navpično nameščene ogrevane cevi 3, distančne cevi 4, izdelane v obliki vodoravnih slojev 5, nameščene na ravnih odsekih cevi 3 vzdolž višine površine vzporedno z gibanjem ogrevalnih plinov in v parih pokrivajo vsako vrsto teh cevi. Cevi 4 so med seboj togo povezane z varjenjem 6 po obodu grelne površine. Konvekcijska grelna površina deluje na naslednji način. Pri menjavi toplotno stanje V uparjalniku distančne cevi 4 držijo vsako vrsto ogrevanih cevi 3 v eni ravnini, ki zaradi neenakomernega segrevanja težijo k izstopu iz območja. Ohranjanje razvrstitve cevi 3 zagotavlja enakomerne hitrosti plinov po celotni širini dimovoda, zmanjšuje možnost prenosa pepela po njegovih posameznih odsekih ter izboljša pogoje čiščenja s puhalom ali drugimi napravami. Ohranjanje ogrevanih cevi 3 na lestvici bistveno izboljša pogoje za njihov pregled in popravilo.

Uporabni model se nanaša na tehnologijo izmenjave toplote in se lahko uporablja zlasti kot konvektivne grelne površine za kotle. Predlagana izvedba ogrevalne površine ima v primerjavi s prototipom zmanjšane korake med cevmi zamaknjenega konvektivnega snopa v smeri prečno na gibanje plinov. Shema povezave cevi v obliki črke U vsake zastave s kolektorjem omogoča z enakimi dimenzijami konvektivnega paketa povečanje skupne ogrevalne površine, pa tudi povečanje hitrosti plinov v konvektivni ogrevalni površini, s čimer se poveča intenzivnost prenosa toplote. Konvektivna ogrevalna površina vsebuje zamaknjen konvektivni snop, ki ga tvorijo zastavice 1 iz cevi v obliki črke U 2, povezane z navpičnimi kolektorji 3. Cevi v obliki črke U 2 vsake zastavice 1 so povezane z navpičnim kolektorjem 3 tako, da so središča njihovih lukenj nameščena na dveh oseh, vzporednih z osjo navpičnega razdelilnika 3. Priključne točke vstopnih koncev cevi v obliki črke U 2 vsake zastave 1 so zaporedno razporejene vzdolž osi, medtem ko so vstopni in izstopni konci vsake cevi 2 so povezani z razdelilnikom 3 na različnih oseh. Tako so cevi 2 v obliki črke U razporejene navzkrižno, ena nad drugo, kar omogoča zmanjšanje razdalje med središči lukenj, ki povezujejo cevi 2 s kolektorjem 3 in posledično stopnice med cevmi zbiralnika 3. zamaknjen konvektivni snop v prečni smeri.

Uporabni model se nanaša na tehnologijo izmenjave toplote in se lahko uporablja zlasti kot konvektivne grelne površine za kotle.

Konvektivna grelna površina je po avtorju znana. datum ZSSR št. 844917, ki vsebuje konvektivni žarek šahovnice, ki ga tvorijo nasprotno nameščene zastavice iz cevi v obliki črke U, nameščene v navpičnih kolektorjih. Cevi vsake zastave so tradicionalno povezane z navpičnimi kolektorji, tako da so središča njihovih lukenj nameščena na dveh oseh, vzporednih z osjo kolektorja, nekatere cevi vsake zastave pa so pritrjene vzdolž ene osi, del pa vzdolž osi. drugo. V tem primeru korak med cevmi zamaknjenega konvektivnega snopa v prečni smeri ne sme biti manjši od dveh premerov cevi, kar ne omogoča zmanjšanja splošne dimenzije konvekcijska ogrevalna površina.

Tehnični rezultat zahtevanega uporabnega modela je zmanjšanje korakov med cevmi v smeri prečno na gibanje plinov, kar omogoča, da se pri enakih dimenzijah konvektivnega paketa poveča skupna ogrevalna površina in poleg tega poveča hitrost prehajanja plinov, kar poveča intenzivnost prenosa toplote.

Navedeni tehnični rezultat je dosežen z dejstvom, da v konvektivni ogrevalni površini, ki vsebuje zamaknjen konvektivni žarek, ki je oblikovan z nameščenim navpično

kolektorji z zastavicami, ki se nahajajo hrbtno proti hrbtu iz cevi v obliki črke U, pri katerih so cevi vsake zastavice povezane z navpičnimi kolektorji tako, da so središča njihovih lukenj na dveh oseh, vzporednih z osjo kolektorja, v skladu z predlagano uporabni model, priključne točke vstopnih koncev cevi v obliki črke U vsake zastave se zaporedno izmenjujejo vzdolž osi, medtem ko so vstopni in izstopni konci vsake cevi povezani z razdelilnikom na različnih oseh.

Predlagane risbe pojasnjujejo bistvo predloga. Slika 1 prikazuje splošen pogled na konvektivno grelno površino, sliki 2 in 3 prikazujeta enako v prerezu vzdolž A-A in B-B.

Konvektivna grelna površina (sl. 1-3) vsebuje konvektivni snop šahovnice, ki ga tvorijo zastavice 1 iz cevi v obliki črke U 2, povezane z navpičnimi kolektorji 3. Cevi v obliki črke U 2 vsake zastavice 1 so povezane z navpičnim kolektorjem 3, tako da da so središča njihovih lukenj nameščena na dveh oseh, vzporednih z osjo navpičnega razdelilnika 3. Priključne točke dovodnih koncev cevi v obliki črke U 2 vsake zastavice 1 so zaporedno prepletene vzdolž osi, medtem ko so vstop in izhod konci vsake cevi 2 so povezani z razdelilnikom 3 na različnih oseh. Tako so cevi 2 v obliki črke U razporejene navzkrižno, ena nad drugo, kar omogoča zmanjšanje razdalje med središči lukenj, ki povezujejo cevi 2 s kolektorjem 3 in posledično stopnice med cevmi zbiralnika 3. zamaknjen konvektivni snop v prečni smeri.

Naprava deluje na naslednji način.

Delovni medij vstopi v zbiralnike 3 in se porazdeli skozi cevi v obliki črke U 2 zastave 1 konvektivne grelne površine.

Vroči plini prečno umivajo cevi 2, zaradi zmanjšanega razmika med cevmi 2, ki zagotavlja gostejšo razporeditev cevi v zamaknjenem konvekcijskem snopu, se hitrost plinov poveča. Ogrevan delovni medij vstopi v kolektorje 3 in se odstrani s konvektivne grelne površine.

Predlagana izvedba ogrevalne površine ima v primerjavi s prototipom zmanjšane korake med cevmi zamaknjenega konvektivnega snopa v smeri prečno na gibanje plinov. Shema povezave cevi v obliki črke U vsake zastave s kolektorjem omogoča z enakimi dimenzijami konvektivnega paketa povečanje skupne ogrevalne površine, pa tudi povečanje hitrosti plinov v konvektivni ogrevalni površini, s čimer se poveča intenzivnost prenosa toplote.

Formula uporabnega modela

Konvektivna ogrevalna površina, ki vsebuje zamaknjen konvektivni žarek, ki ga tvorijo nasproti ležeče zastave, nameščene v navpične kolektorje, izdelane iz cevi v obliki črke U, pri čemer so cevi vsake zastave povezane z navpičnimi kolektorji tako, da se središča njihovih lukenj nahajajo na dveh oseh, vzporednih z osi kolektorja, za katero je značilno, da se priključne točke vstopnih koncev cevi v obliki črke U vsake zastave zaporedno izmenjujejo vzdolž osi, medtem ko so vstopni in izstopni konci vsake cevi povezani z razdelilnikom na različnih oseh.

Izračun konvektivnih žarkov kotla.

Konvektivne grelne površine parnih kotlov igrajo pomembno vlogo v procesu pridobivanja pare, pa tudi pri uporabi toplote produktov zgorevanja, ki zapuščajo zgorevalno komoro. Učinkovitost konvektivnih ogrevalnih površin je v veliki meri odvisna od intenzivnosti prenosa toplote iz produktov zgorevanja na paro.

Produkti zgorevanja prenašajo toploto na zunanjo površino cevi s konvekcijo in sevanjem. Od zunanje površine cevi do notranje površine se toplota prenaša skozi steno s toplotno prevodnostjo, od notranja površina na vodo in paro - s konvekcijo. Tako je prenos toplote iz produktov zgorevanja na vodo in paro kompleksen proces, imenovan prenos toplote.

Pri izračunu konvektivnih ogrevalnih površin se uporabljata enačba prehoda toplote in enačba toplotna bilanca. Izračun se izvede za 1 m3 plina pri normalnih pogojih.

Enačba prenosa toplote.

Enačba toplotne bilance

Qb=?(I"-I”+???I°prs);

V teh enačbah je K koeficient toplotnega prehoda glede na izračunano ogrevalno površino, W/(m2-K);

T - temperaturna razlika, °C;

Bр - ocenjena poraba goriva, m3/s;

H - izračunana ogrevalna površina, m2;

Koeficient zadrževanja toplote, ob upoštevanju toplotne izgube zaradi zunanjega hlajenja;

I", I" - entalpije produktov zgorevanja na vhodu v ogrevalno površino in na izstopu iz nje, kJ/m3;

I°prs je količina toplote, ki jo vnese zrak, vsesan v dimno cev, kJ/m3.

V enačbi Qt=K?H??t/Br je koeficient toplotne prehodnosti K izračunana karakteristika procesa in je v celoti določen s pojavi konvekcije, toplotne prevodnosti in toplotnega sevanja. Iz enačbe prehoda toplote je razvidno, da je količina toplote, ki se prenese skozi določeno grelno površino, tem večja, čim večji je koeficient toplotnega prehoda in temperaturna razlika med produkti zgorevanja in segreto tekočino. Očitno je, da grelne površine, ki se nahajajo v neposredni bližini zgorevalna komora, delujejo pri večji razliki med temperaturo produktov zgorevanja in temperaturo okolja, ki sprejema toploto. Ko se produkti zgorevanja premikajo po plinski poti, se njihova temperatura zniža in zadnje grelne površine (vodni ekonomizator) delujejo z manjšo temperaturno razliko med produkti zgorevanja in ogrevanim medijem. Zato je dlje kot je konvektivna grelna površina nameščena od zgorevalne komore, tem velike velikosti mora imeti in več kovine se porabi za njegovo izdelavo.

Pri izbiri zaporedja namestitve konvektivnih ogrevalnih površin v kotlovski enoti si prizadevajo te površine razporediti tako, da je razlika v temperaturi produktov zgorevanja in temperaturi sprejemnega medija največja. Na primer, pregrelnik je nameščen takoj za kuriščem ali festonom, ker je temperatura pare višja od temperature vode, vodni ekonomizator pa je nameščen za konvekcijsko grelno površino, ker je temperatura vode v vodnem ekonomizatorju nižja od vrelišča. točko vode v parnem kotlu.

Enačba toplotne bilance Qb=?(I"-I”+???I°prs) prikazuje, koliko toplote oddajo produkti zgorevanja pari skozi konvekcijsko grelno površino.

Količina toplote Qb, ki jo oddajo produkti zgorevanja, je enaka toploti, ki jo absorbira para. Za izračun se določi temperatura produktov zgorevanja po izračunani ogrevalni površini in se nato z zaporednimi približki izpopolni. V zvezi s tem se izračun izvede za dve vrednosti temperature produktov zgorevanja po izračunanem dimniku.

1. določimo površino ogrevalne površine, ki se nahaja v izračunanem plinovodu H = 68,04 m2.

Odprta površina prečnega prereza za prehod produktov zgorevanja pri prečnem toku gladkih cevi je F = 0,348 m2.

Na podlagi konstrukcijskih podatkov izračunamo relativni prečni korak:

1= S1 /dnar=110/51=2,2;

relativni vzdolžni korak:

2 = S2 /d=90/51=1,8.

2. Najprej sprejmemo dve vrednosti za temperaturo produktov zgorevanja po izračunanem dimniku: =200°С =400°С;

3. Določite toploto, ki jo oddajajo produkti zgorevanja (kJ/m3),

Qb =??(-+ ??k?I°prs),

kje - koeficient zadrževanja toplote, določen v odstavku 3.2.5;

I" je entalpija produktov zgorevanja pred ogrevalno površino, določena iz tabele 2 pri temperaturi in koeficientu presežka zraka za ogrevalno površino, pred izračunano površino; =21810 kJ/m3 pri =1200°C;

I" je entalpija produktov zgorevanja po izračunani ogrevalni površini, določena iz tabele 2 pri dveh predhodno sprejetih temperaturah po konvektivni ogrevalni površini; =3500 kJ/m3 pri =200°C;

6881 kJ/m3 pri =400°C;

K - sesanje zraka v konvektivno grelno površino, opredeljeno kot razlika v koeficientih presežka zraka na vstopu in izstopu iz nje;

I°prs je entalpija zraka, vsesanega v konvekcijsko grelno površino, pri temperaturi zraka tb = 30 °C, določena v odstavku 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. Izračunajte ocenjeno temperaturo pretoka produkta zgorevanja v konvektivnem dimniku (°C)

kjer je in je temperatura produktov zgorevanja na vhodu na površino in na izstopu iz nje.

5. Določite temperaturno razliko (°C)

T1=-tк = 700-187,95=512°С;

T2 =-tк=800-187,95=612°С;

kjer je tk temperatura hladilnega medija, za parni kotel se vzame enaka temperatura vrela voda pri tlaku v kotlu, tn.p=187,95°C;

6. Štetje povprečna hitrost produkti zgorevanja v ogrevalni površini (m/s)

kjer je Вr ocenjena poraba goriva, m3/s (glej klavzulo 3.2.4);

F je odprta površina prečnega prereza za prehod produktov izgorevanja (glej klavzulo 1.2), m2;

Vg je prostornina produktov zgorevanja na 1 kg trdnega in tekočega goriva ali na 1 m8 plina (iz računske tabele 1 s pripadajočim koeficientom presežka zraka);

KP - povprečje projektna temperatura produkti zgorevanja, °C;

7. Določimo koeficient prenosa toplote s konvekcijo od produktov zgorevanja do ogrevalne površine med prečnim pranjem snopov hodnikov:

К = ?н?сz ?сs ?сф;

kjer je n koeficient toplotne prehodnosti, določen iz nomograma za prečno pranje snopov hodnikov (slika 6.1 lit. 1); ?n.1=84W/m2K pri?g.1 in dnar; ?n.2=90W/m2K pri?g.2 in dnar;

cz - popravek za število vrstic cevi vzdolž toka produktov zgorevanja, določen med prečnim pranjem snopov hodnikov; сz =1 pri z1=10;

cs - popravek za razporeditev žarkov, določen med prečnim pranjem nosilcev hodnika; ss =1

sf - koeficient, ki upošteva vpliv sprememb fizičnih parametrov pretoka, se določi med prečnim pranjem snopov cevi hodnika (slika 6.1 lit. 1);

cf1=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. Z nomogramom izračunamo emisivnost plinskega toka. V tem primeru je treba izračunati skupno optično debelino

kps=(kg?rп +kзл?µ)?p?s ,

kjer je kg koeficient slabljenja žarkov s triatomskimi plini, določen v odstavku 4.2.6;

rп - skupni prostorninski delež triatomskih plinov, vzet iz tabele. 1;

kzl - koeficient slabljenja žarkov z eolskimi delci, kzl=0;

µ - koncentracija delcev pepela, µ =0;

p - tlak v plinskem kanalu, za kotlovne enote brez tlaka je enak 0,1 MPa.

Debelina sevalne plasti za gladkocevne snope (m):

s=0,9?d?()=0,9?51?10-3 ?(-1)=0,18;

9. Določite koeficient toplotne prehodnosti?l ob upoštevanju prenosa toplote s sevanjem v konvektivnih ogrevalnih površinah, W/(m2K):

za pretok brez prahu (pri zgorevanju plinastega goriva) ?l = ?n??f?sg, kjer je n koeficient toplotnega prehoda, določen z nomogramom (slika 6.4 lit. 1); ?f - stopnja emisivnosti;

сг - določen je koeficient.

Za določitev?n in koeficienta сг se izračuna temperatura onesnažene stene (°C).

kjer t - povprečna temperatura okolju, za parne kotle se predpostavlja, da je enaka temperaturi nasičenja pri tlaku v kotlu, t = tн.п = 194 ° С;

T - pri gorenju plina se predpostavlja, da je 25 °C.

Tst=25+187=212;

H1=90 W/(m2K) ?Н2=110 W/(m2K) pri Tst, in;

L1=90?0,065?0,96=5,62 W/(m2K);

L2=94?0,058?0,91=5,81 W/(m2K);

10. Izračunamo skupni koeficient prehoda toplote od produktov zgorevanja do ogrevalne površine, W/(m2-K),

? = ??(?k + ?l),

kje - faktor izkoristka, ki upošteva zmanjšanje absorpcije toplote ogrevalne površine zaradi neenakomernega izpiranja produktov zgorevanja, delnega pretoka produktov zgorevanja mimo nje in nastajanja stagnirajočih con; je sprejet za križno prane tramove? = 1.

1=1?(88,2+5,62)=93,82W/(m2-K);

2=1?(91,8+5,81)=97,61W/(m2-K);

11. Izračunajte koeficient toplotne prehodnosti, W/(m2-K)

kje - koeficient toplotne učinkovitosti (tabeli 6.1 in 6.2 lit. 1 glede na vrsto zgorelega goriva).

K1=0,85*93,82 W/(m2-K);

K2=0,85*97,61 W/(m2-K);

12. Določite količino toplote, ki jo prevzame ogrevalna površina na 1 m3 plina (kJ/m3)

Qt=K?H??t/(Bр?1000)

Temperaturna razlika t je določena za izhlapevalno konvekcijsko grelno površino (°C)

T1==226°C; ?t2==595°С;

kjer je tboil temperatura nasičenja pri tlaku v parnem kotlu;

Qt1==8636 kJ/m3;

Qt2==23654 kJ/m3;

13. Na podlagi dveh sprejetih temperaturnih vrednosti in dobljenih dveh vrednosti Q6 in Qt se izvede grafična interpolacija za določitev temperature produktov zgorevanja po ogrevalni površini. V ta namen je izdelana odvisnost Q = f(), prikazana na sl. 3. Točka presečišča ravnih črt bo označevala temperaturo produktov zgorevanja, ki jo je treba upoštevati pri izračunu. ===310°С;

Fig3.

Tabela št. 7 Toplotni izračun kotlovskih snopov

Izračunana vrednost	Imenovanje	Dimenzija	Formula in utemeljitev
Grelna površina	Izračunano po risbi
Prosti prerez za prehod plina	Izračunano po risbi
Prečni naklon cevi	Izračunano po risbi
Vzdolžni naklon cevi	Izračunano po risbi
	Po I-t diagramu
Entalpija kont. izgorelost na izhodu iz menjalnika	Po I-t diagramu
Entalpija kont. gorenje na vhodu v kontrolno točko