Паровые котлы ТЭС

Конвективный теплообмен в газоходах котла

К конвективным относятся поверхности нагрева, расположенные в горизонтальном газоходе за полурадиационными поверхностя­ми ширм или фестона, и все поверхности на­грева в конвективной шахте котла.(Они раз-' мещены в зоне относительно низких темпера­тур газов, где эффективность лучистого теп­лообмена быстро снижается. В интересах раз­вития конвективного тепловосприятия здесь идут на повышение скорости газового потока, создание змеевиковых трубных пучков с тес­ным расположением труб и обеспечение попе­речного омывания труб газовым потоком. Теп - лонапряжение конвективных поверхностей по ходу газов снижается от 40 кВт/м2 в паро­перегревателях до 1—2 кВт/м2 в воздухоподо­гревателе. Только в воздухоподогревателях регенеративного типа наблюдается продоль­ное омывание теплопередающей пластинчатой поверхности с газовой и воздушной сторон, что снижает интенсивность теплообмена с еди­ницы гладкой поверхности нагрева в 3—4 ра­за по сравнению со змеевиковыми пакетами. Интенсификацию теплообмена обеспечивают различными методами (см. гл. 19). Основны­ми уравнениями теплообмена являются:

Уравнение теплопередачи

= (20.48)

По газовой

Уравнение теплового баланса стороне

<2гб=Ф (/W'r+Aa/Vc); уравнение тепловосприятия рабочей среды

QT °

:£-(/"_/'). (20.50)

При этом должно выполняться условие: Qt = Q6= Qg С> кДж/кг.

В уравнениях (20.48) —(20.50)Я — поверх­ность нагрева элемента, м2; k — коэффициент теплопередачи, кВт/(м2-К); А^ —расчетный
температурный напор, К; Sp — расчетный рас­ход топлива, кг/с; D — расход рабочей среды, кг/с; Г г, I" г — энтальпии продуктов сгорания на входе и выходе из поверхности, кДж/кг;

Прс — энтальпия присосанного извне воздуха, кДж/кг; Да — относительный присос воздуха в газоходе; і", і' — энтальпии рабочей среды на выходе и входе в поверхность, кДж/кг.

Тепловосприятие воздухоподогревателя по рабочей среде — воздуху — вместо (20.50) определяют по формуле

У»в=(рв—0,5Давп) (/°г. в—/°х. в), (20.51)

Где рв — относительный избыток воздуха на входе в воздухоподогреватель; /°г. в/°х. в— энтальпии теоретического объема воздуха, взятые при температуре горячего и холодного воздуха, кДж/кг.

При конструктивном расчете поверхность нагрева Н определяют из уравнения (20.48). Тепловосприятие дан­ной поверхности по рабочей среде в этом случае извест­но, тогда из уравнения (20.49) находят энтальпию и температуру газов за поверхностью, а затем темпера­турный напор At и коэффициент теплопередачи в по­верхности.

При выполнении поверочного теплового расчета определению подлежит тепловосприятие поверхности по (20.48). Для расчета значений At и k приходится пред­варительно задаваться тепловосприятием поверхности Qs и потом уточнять расчет, поскольку заданное и по­лученное нз (20.48) тепловосприятия не должны отли­чаться более чем на 2%.

В поверхностях нагрева котла передача теплоты про­исходит через многослойную цилиндрическую стенку — металлическую трубу с наружными и внутренними за­грязнениями. Для определения коэффициента теплопе­редачи обычно используют формулу для плоской много­слойной стенки. При относительно больших диаметрах труб это не вносит заметной погрешности в расчет и вместе с тем значительно упрощает решение.

Коэффициент теплопередачи для многослойной пло­ской стенки, Вт/(м2-К),

1

1/а, + 83/Л3 + «мДм + бнДй + 1/«.

Где аі и аг — коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к стенке и от стенки к нагреваемой среде; бм, бз. 6н — соответственно толщина металлической стенки, на­ружных загрязнений и внутренних отложений (накипи);

Хн — соответствующие коэффициенты теплопро­водности металла, наружных загрязнений и внутренних отложений.

Отношения 1 /«і и 1 /а2 представляют собой терми­ческое сопротивление теплообмену на внешней и вну­тренней сторонах поверхности. При расчете поверхно­стей, внутри которых протекает вода, пароводяная смесь или перегретый пар сверхкритического давления, коэф­фициент теплоотдачи аг значительно (на два-три по­рядка) превосходит коэффициент а, тогда термическим сопротивлением на внутренней стороне поверхности 1 [0.2 можно пренебречь, поскольку l/ai»l/ct2. То же самое относится и к термическому сопротивлению металличе­ской стенки бмДм<1/аі.

При нормальной эксплуатации котла отложения на­кипи на внутренней поверхности труб не. должны дости­гать размера, вызывающего существенное повышение термического сопротивления, поэтому в тепловом расче­те термическое сопротивление накипи не учитывают

(ЙнАвЯйО).

Термическим сопротивлением наружных отложений е = бзДз (зола, шлаки, сажевые отложения, продукты коррозии) нельзя пренебрегать, несмотря на то, что в эксплуатации принимают меры к периодическому их удалению (см. § 16.1).

Из-за отсутствия в ряде случаев конкретных данных по указанным зависимостям и в сложных условиях омы - вания применяют, кроме є, коэффициент эффективности поверхности W, определяемый нз теплового баланса по­верхности в целом.

Коэффициент теплопередачи определяют как среднее значение для всей рассчитывае­мой поверхности нагрева по средней скорости газов. Неполноту и неравномерность омыва - ния поверхности нагрева газовым потоком учитывают коэффициентом использования С учетом изложенного формулу (20.52) мож­но записать для змеевиковых поверхностей в виде

(20.53а)

К ' 1/a. j + е + 1/ои >

А для воздухоподогревателей k =

1/а, - f - 1/я2

Применительно к наиболее распространен­ным конструкциям поверхностей нагрева па­ровых котлов взаимное движение греющей и нагреваемой сред показано на схеме рис. 20.9. Температурный напор, т. е. среднюю по всей поверхности нагрева разность температур между греющей и нагреваемой средами, для прямотока, противотока и многократно пере­крестного тока (с числом ходов среды более четырех) определяют по формуле

(20'54а)

Где Д/б, Д^м — разность температур обеих сред на том конце поверхности нагрева, где она соответственно больше или меньше, °С.

При отношении Д^б/Д^м^1,7 с достаточ­ной для практических расчетов точностью температурный напор можно определять как среднеарифметическое значение.

Как показано на рис. 20.9, в поверхностях нагрева котлов преобладает многократно пе­рекрестное движение сред. При числе ходов одной из сред менее четырех, а также для смешанного тока теплообмен в поверхности будет несколько ниже, чем это имеет место при чисто противоточном движении сред, что учитывается поправочным коэффициентом к температурному напору, определенному по схеме противотока

Д;=^дгпрт. (20.546)

Коэффициент определяется по графи­кам [8] применительно к схеме взаимного движения обеих сред.

В схемах с параллельно - и последовательно-смешан­ным током сред можно вести расчет каждого нз ходов

Отдельно, и определять сред­ний температурный на­пор для всей поверхности

Af. tt, + Af,//,

Мср - //, + я2

(20.55)

Где Я,,2 и — соответ­ственно поверхности нагре­ва, м2, и температурные на­поры участков, °С.

Такой же подход при­меняют в случае значитель­ного изменения теплоемко­сти одной из сред в преде­лах рассчитываемой поверх­ности, например при изме­нении ее агрегатного со­стояния (кипящий эконо­майзер). В этом случае определяют отдельно теп­ловосприятие каждой части поверхности Q, и Qz с од­нофазной и двухфазной средой, определяют для этих участков температурные напоры Д/Ь2, а затем усредняют по всей поверх­ности.