КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Расчет температурного режима обогреваемых труб

Надежность температурного режима обогреваемых труб определяется их механической прочностью, отсутствием окалинообразования или изме­нения структуры металла. На надежность работы труб оказывают влияние резкие колебания температуры металла, вызванные колебанием теплового потока, расхода и температуры водного теплоносителя, изменением коэф­фициента теплоотдачи от стенки к среде и т. п. Колебания температуры металла вызывает разрушение окисных пленок, что интенсифицирует ока - линообразование, и появление трещин на металле.

При расчете температурного режима обогреваемой трубы определяют значения температуры, металла:

— на внутренней поверхности стенки трубы t™ (используется при рас­чете коэффициента теплоотдачи от стенки к водному теплоносителю и для анализа физико-химических процессов, протекающих на этой поверхности и вблизи нее);

— в среднем (по толщине) сечении стенки трубы tlj (используется для расчета длительной прочности трубы);

Таблица 9.1. Стали, применяемые в паровых котлах

Марка стали

Область применения

Сталь углеродистая общего назначения. -

СтЗ

Несущие элементы конструкций, работающие при температу­ре до 425° С; каркас; газопроводы; трубные элементы котлов (до 200° С); трубопроводы (до 300° С)

Сталь углеродистая качественная

20

Сварные конструкции, трубопроводы, змееевики, трубы перегре­вателей, коллекторов, трубные пучки теплообменных аппаратов, работающие при температурах до 450° С под давлением. Допуска­ется температура эксплуатации труб поверхностей нагрева котлов до 450° С (при сжигании мазута - до 450° С)

15К

Барабаны и сосуды паровых котлов, работающие до 450° С и под

20К

Давлением менее 6 МПа

22К

Барабаны паровых котлов при давлении 6-12,5 МПа Сталь легированная перлитного класса '

16ГНМА

Барабаны паровых котлов высоких параметров пара

12 MX

Трубы перегревателей, паропроводы и коллекторы высокого дав­ления, работающие при температуре до 530° С

15 ХМ

Паропроводы и пароперегреватели при t до 550° С

12X1 МФ

Коллекторы котлов, паропроводы высокого и сверхвысокого дав­ления при температуре до 570° С; поверхности нагрева котлов: при сжигании мазута - до 450° С (q > 400 кВт/м2) или 585° С (q < 400 кВт/м2) эстонского сланца - до 540° С, других видов топлива - до 585°С (температура интенсивного окалинообразова - ния 650° С)

15ХІМІФ

Коллекторы котлов и паропроводы высокого и сверхвысокого дав­ления при t до 575° С

12Х2МФСР

Поверхности нагрева паровых котлов (пароперегреватели): при

12X1 МФБ

Сжигании мазута - до 585°С, эстонского сланца - до 545°С, других

(ЭИ 531)

Видов топлива - до 585 ч - 600°С

20ХІМІФІБР

Фланцевые соединения паропроводов и аппаратов при температу­ре до 580°С

Сталь высоколегированная аустенитного класса

12Х18Н10Т

Паропроводы при температуре до 650°С; пароперегреватели: при

12X18H12T

Сжигании мазута и эстонского сланца - до 610°С; при сжигании других топлив - до 640°С (температура интенсивного окалинооб - разования 850° С)

12ХІІВ2МФ

Для тех же условий; при сжигании мазута - до 620°С; при сжига­

(ЭИ 756)

Нии других топлив - до 630°С

Стали для неохлаждаеиых креплений поверхностей нагрева

10X17

Предельная рабочая температура: 1000° С

10X20H14C2 »

-//- 1200° С

10Х23Н13

-//- 1100° С

12X18H12T

-//- 800° С

Расчет температурного режима обогреваемых труб

Расчет температурного режима обогреваемых труб

Сечение II -- II

Ср

4п-п

Рис. 9.1. Схема распределения тепловых потоков на боковой панели НРЧ.

Сечение I -1

Расчет температурного режима обогреваемых труб

Методику расчета температурного режима труб рассмотрим на примере одного из элементов парового котла -- вертикальной панели НРЧ, располо­женной на боковой стенке топочной камеры (рис. 9.1). Считаем, что всс геометрические размеры рассчитываемой панели известны.

Прежде всего определим среднее удельное тепловосприятие элемен­та 4ЭЛ, кВт/м2. Из расчета топки известно тепловосприятие топочной каме­ры Qn, кДж/кг, в расчете на 1 кг (м3) топлива, расчетный расход тогши-

— на наружной поверхности стенки трубы (по этой температуре произ­водится оценка вероятностей окалинообразования и изменения струк­туры металла).

-II

Vj

Ва Вр, кг/с (м3/с), лучевоспринимающая поверхность нагрева Нл, м2. По этим данным рассчитывается среднее удельное тепловосприятие поверхно­стей нагрева топки qn, кВт/м2:

= (9Л)

Тепловыделение в топочной камере имеет сложный объемный харак­тер, что приводит к значительной неравномерности тепловосприятия между стенками топки, по высоте топки и по ширине стенки. При расчете удель­ных теплово, сприятий элементов топки это учитывается коэффициентами неравномерности тепловосприятия: между стенками топки rjCT, по высоте топки 77в, по ширине стенки топки г]ш.

В случае, когда горелки расположены только на фронтальной стенке топки, для заднего экрана принимается г]ст = 1,1, при этом для остальных стен туе г принимается одинаковым и определяется по тепловому балансу гопки (г/ст = 0,95). Для всех других случаев расположения горелок прини­мается?7ст = 1.

Среднее тепловосприятие настенного экрана qCT будет равно

• <7ст = ??ст<7л. ' (9.2)

Неравномерность тепловосприятия по высоте существенна. Макси­мальные значения коэффициента г/в для всех видов топлива достигают значения 77gaKC = 1,5 в нижней трети топки, а в верхней трети — (г/в) = = 0, 6-0, 7. Значения коэффициента г]в носят усредненный характер; для более точного определения тепловосприятия по высоте топки необходимо делать позонный расчет топки.

Коэффициент неравномерности тепловосприятия по ширине стены за­висит от количества элементов (пакетов, панелей) на стене топки. Если на стене находится три или четыре элемента, то для наиболее обогреваемого элемента г]ш = 1,1; пять или шесть элементов: г}ш = 1,2. Максимальное 'значение коэффициента равно: в нижней части топки 7]™*кс = 1,3; в верх­ней - Т)^кс = 1,4.

В результате, среднее удельное тепловосприятие элемента будет равно

Qэл = г)стГ]вПшЯл - (9.3)

Любая поверхность нагрева котла (его элемент) представляет собой си­стему параллельно включенных труб, каждая из которых характеризуется своим расходом среды, тепловосприятием, приращением энтальпии среды, Распределением температуры по се длине и т. д. В результате определенного

Котельные установки

Сочетания этих параметров одна из труб будет иметь наиболее высокую тем­пературу металла. Трубы, находящиеся в наиболее опасных температурных условиях, называются развереннымы.

Среднее удельное тепловосприятие разверенной трубы элемента пане­ли определяется по формуле

Ят = ПтЯэл, (9.4)

Где г]т — коэффициент неравномерности тепловосприятия разверенной тру­бы элемента.

Максимальное значение т/т зависит от количества элементов на стене: один или два элемента?7^акс = 1,3; три элемента г}™акс = 1,2; четыре и более 7?тмакс = 1,1.

При эксплуатации паровых котлов возможны сравнительно длительные местные изменения обогрева элементов (выход отдельных участков труб из общего ряда, несимметричное включение и отклонение горелок, переход на другой вид топлива и т. п.). Расчет на так называемое временное повышение неравномерности тепло во сприятия проводится с учетом дополнительного коэффициента Дт? т:

Ят = (г/т + Ar]T)q3Jl. (9.5)

Для радиационных поверхностей нагрева Аг]т = 0,15 - г - 0,25.

Расчет температурного режима труб проводится по максимальному удельному тепловосприятию разверенных труб <з£,акс, которое определяет­ся по формуле

TOC o "1-3" h z „макс _ „макс макс„ „макс /п

Чт — Чиї Чв ЧстЧп ' '/т • у-и/

Если в результате позонного расчета или промышленных испытаний, определено удельное теповосприятие элемента <ЙТКС, то можно использовать формулу

Лмакс _ ^макс^макс /о

Яг — Vi 9эл • '>

Рассмотренные нами значения удельного тепловосприятия относятся к наружной поверхности труб. Как уже было отмечено в § 8.2, пересчет теплового потока на внутреннюю поверхность производится с помощью коэффициента /3 — dH/dw.

Особенностью теплообмена в топочной камере и других поверхностях нагрева парового котла является неравномерный обогрев труб по перимет­ру (рис. 9.1, ссчение 1-1). Неравномерность обогрева приводит к перетоку теплоты сгорания от обогреваемой стороны (называется еще лобовой сторо­ной) к тыльной, необогреваемой. При этом тепловой поток на внутренней поверхности трубы становится более равномерным по периметру трубы. Снижение максимального теплового потока и выравнивание его величины

По периметру трубы за счет растечки теплоты по металлу характеризуется коэффициентом растечки тепла /і.

Для большинства поверхностей нагрева парового котла значения коэф­фициента растечки лежат в пределах 0,85 - f-1.

Таким образом, максимальное удельное тепловосприятие внутренней поверхности разверенной трубы q™ рассчитывается по формуле:

Q™ = (9-8)

Температура металла разверенной трубы определяется по формулам

А) для внутренней поверхности

+ + (9-9)

- ^отл7

Б) для середины стенки

+ + + (9Л0)

В) для наружной поверхности

= + + ^ + <9'И)

Где: tp Ср — температура рабочей среды в рассчитываемом сечении разве­ренной трубы, °С; OL2 — коэффициент теплоотдачи стенки к рабочей среде, кВт/(м - К); ^отл > ^м ~ толщина слоя внутритрубных отложений и стенки трубы, м» ^отл? ^м — коэффициент теплопроводности отложений и металла, кВт/(м-К).

В общем случае, определение разверенной трубы и наиболее опасного сечения не однозначно. При этом необходимо учитывать влияние парамет­ров, входящих в формулы (9.9)-f-(9.11) на температуру стенки.

А) Максимальная температура рабочей среды имеет место на выходе из разверенной трубы эта температура равна

= ^ + 5*?, (9.12)

ГДе t*n — средняя (расчетная) температура на выходе элемента, °С (в сече - 11 ии II на рис. 9.1); StKT — превышение температуры среды в разверенной Трубе над средней в элементе, °С.

Величина 5t* определяется неравномерностью обогрева труб, различи­ем поверхности нагрева и расхода среды по трубам (см. главу X).

Б) Расположение зоны максимального теплового потока д"акс в пре­делах рассматриваемой поверхности зависит от ее расположения. Для ра­диационных поверхностей нагрева необходимо учитывать, что наивысшая тепловая нагрузка соответствует ядру факела, поэтому максимальный теп­ловой поток в панели будет, как правило, в трубе, расположенной ближе к середине стены, на которой она расположена, и в сечении трубы, находя­щейся ближе всего к ядру факела.

В ширмах максимальный тепловой поток приходится на нижний уча­сток первой трубы, обращенный в сторону факела, в конвективных паропе­регревателях — на первый ряд (по ходу газов).

В) Коэффициент теплоотдачи а2 по длине трубы изменяется немоно­тонно, возможен кризис теплообмена (при докритическом давлении) или режим ухудшенного теплообмена (при сверхкритическом давлении), когда температура металла может резко возрасти.

. 2

-4-

40 30 20 10

Вт м-С

400

500

600

Рис. 9.2. Теплопроводность сталей в за­висимости от температуры: 1 — 20; 2 — 12ХІМФ; 3 - 12Х2МФСР; 4 - X18Н1 ОТ.

Ам

300

T'd

Г) Внутритрубные отложения

Обладают плохой теплопроводно­стью, поэтому даже незначительное их количество по массе может при­вести к существенному росту темпе­ратуры металла.

Д) Толщина стенки трубы опре­деляется из расчета на прочность: Теплопроводность металла Хм зави­сит от марки стали и температуры (рис. 9.2).

Температурный режим обогре­ваемой трубы рассчитывается в се­чениях, где: температура рабочей среды или тепловой поток макси­мальны; коэффициент агминимален; максимальна величина внутритруб - ных отложений. В случае, когда не удается четко разделить эти сечения, тем­пературный режим определяют по совокупности влияния рассмотренных параметров при их максимальном вкладе в величину температуры металла. Расчет Ам проводится по следующей схеме.

Изменение температуры металла AtM9 °С, по толщине металла дм, мм, определяется по формуле

Дім = • (9.13)

Лм

Расчет AtM проводят в следующей последовательности: задаются сред­ней температурой металла t^ (на 50-100°С выше температуры рабочей
среды), по этой температуре из рис. 9.2 определяют Ам, затем по (9.13) находят Д£м.

Рассчитывают tcCj по (9.10), и если она отличается от первоначально принятой больше, чем на 100°С, проводят уточнение расчета Ам и Д£м.

Пример. Труба диаметром 32/20 мм, сталь 12ХІМФ, £р. ср = 390°С, qw = 400 кВт/м2.

Задаемся £?=390 + 100 = 490°С. По рис. 9.2 Ам=0,035 кВт/(м-К); 5М = (32 - 20)/2 = 6 мм; AtM = 400 6П = 69°С. Уточнения значе-

U, uoo

Ний Ам и AtM не требуется.

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Требования к котельной (топочной) на твердом топливе: основные нюансы от специалистов компании Статус 24

Проектирование и сборка составляющих для системы обогрева должна быть четко согласовано со строительными стандартами к отопительным помещениям.

ТТ котлы, электричество и тепловой насос, как альтернатива газу.

Тарифы на центральное отопление постоянно растут, оплата этой коммунальной услуги отнимает большую часть платежей семьи. Отличным выходом может стать выбор альтернативного источника тепловой энергии, который должен стать энергосберегающим, недорогим и …

Подбор мощности твердотопливного котла.

Наиболее важным параметром, от которого зависит удобство и комфорт использования котла, является его мощность. Неправильно подобранная мощность грозит Вам целым рядом проблем и неудобств. Самой распространенной ошибкой является недостаточная мощность

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.