Испарительные поверхности нагрева котлов типа Е (ДЕ) и циркуляция воды в них

Испарительными поверхностями вертикально-водотрубных паровых котлов являются поверхности, в которых происходит испарение воды, а часто и догрев воды до температуры кипения. Такими поверхностями являются котельные пучки, получающие тепло преимущественно за счёт конвективного теплообмена с горячими продуктами сгорания, фестон, расположенный в газовом окне и представляющий полурадиационную поверхность нагрева и экранные поверхности топки, получающие тепловую энергий за счёт радиационного обогрева.

В котлах этого типа применяются сложные контуры, которые состоят из нескольких простых контуров, у которых некоторые звенья являются общими. В нашем случае общими являются опускные трубы.

На рисунке 7 изображена трубная система котла типа Е (ДЕ) производительностью от 4 до 10 т/ч (вид сзади).

Рисунок 8. Трубная система котла типа Е (ДЕ) производительностью 4, 6,5, 10 т/ч.

Слева расположен задний экран топки, объединенный верхним и нижним коллекторами, соединенными с верхним и нижним барабанами котла. Нижний коллектор расположен горизонтально, а верхний наклонно.

С правой стороны от топки расположен конвективный пучок, разделённый глухой перегородкой (1). Котлы этой производительности имеют двухходовой конвективный пучок. Продукты сгорания покидают топку котла проходят через 1 конвективный пучок (2)от задней стенки топочной камеры к фронтовой стенки котла, разворачиваются в газоходе на 180^о и возвращаются к задней стенки котла. Из правой части конвективного пучка (3) продукты сгорания уходят в газоход, соединяющий котел с водяным экономайзером. Часть труб второго конвективного пучка (4), которые находятся в зоне низких температур, поскольку омываются продуктами сгорания перед их выходом в газоход с наибольшей вероятностью можно считать опускными трубами всех парообразуюших поверхностей нагрева котла.

На рисунке 8 изображена трубная системы котла типа Е (ДЕ) производительностью 16 и 25 т/ч (изометрия).

Котлы этой производительности имеют одноходовой трубный пучок, поэтому продукты сгорания покидают котел с фронтовой стенки котла. Продукты сгорания на выходе из топки, проходя фестон, поворачивают на 180^о, проходя через конвективный пучок, покидают котел. Газоход к котлу подсоединяется с фронтовой поверхности котла.

Рисунок 8. Изометрия трубной системы котла типа Е (ДЕ) производительностью 16, 25 т/ч.

Часть труб конвективного пучка также, как и у котлов меньшей производительности этой серии являются опускными для всех парообразующих поверхностей котлов, включая и парообразующие поверхности фронтового и заднего экранов, а другая часть является подъёмными трубами.

Опускными трубами являются слабо обогреваемые трубы, располагающиеся в зоне минимальных температур продуктов сгорания. Для нашего котла такими трубами являются трубы (1).

Из верхнего барабана вода по слабо обогреваемым трубам поступает в нижний барабан котла, который распределяет её по всем парообразующим трубам. Вода по более обогреваемым трубам, в которых частично испаряется, за счет полезно образовавшегося напора пароводяной смеси поднимается в верхний барабан котла. Как показано в предыдущем разделе силой вызывающей движение в контурах циркуляции является разность плотностей пароводяной смеси в подъёмных трубах и воды в опускных. В верхнем барабане пароводяная смесь разделяется за счёт сепарационных устройств на воду и пар. Вода возвращается в водяной объём котла, а пар направляется к потребителю или в пароперегреватель. Котловая вода с вновь поданной из экономайзера питательной водой вовлекается в циркуляцию.

3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕПЛОВОМ РАСЧЁТЕ
КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

3.1. Основные понятия и определения

При проведении теплового расчёта котельного агрегата различают поверочный и конструктивный тепловые расчёты, которые отличаются между собой целями расчета и искомыми величинами.

Поверочный расчёт котла проводится для оценки показателей экономичности и надёжности его работы на конкретном виде топлива, выбора вспомогательного оборудования и получения исходных данных для проведения аэродинамического и гидравлического расчётов, оценки интенсивности золового износа, коррозии и т.д. [1].

При проведении поверочного расчёта должны быть известны: тип котельного агрегата, компоновка и размеры его поверхностей нагрева, тип сжигаемого топлива и способ его приготовления к сжиганию, нагрузка и параметры пара, температуры питательной воды и перегретого пара, величины непрерывной продувки, данные по расчёту пылесистемы.

При конструкторском (конструктивном) расчёте известны все параметры воды, пара и продуктов сгорания на входе и выходе из каждой поверхности нагрева, а также конструктивная схема котла [1].

При конструктивном расчёте определяются размеры топки и поверхностей нагрева отдельных элементов котла, необходимые для обеспечения принятой номинальной производительности.

При поверочно-конструктивном расчёте часть поверхностей нагрева рассчитывается поверочным расчётом, в результате которого определяются их тепловосприятия (например, конвективные пучки), а часть поверхностей (водяной экономайзер) - конструктивным расчётом. В результате конструктивного расчёта определяется необходимая площадь поверхности нагрева водяного экономайзера.

Такой расчёт обычно производится при переводе котла на сжигание того вида топлива, который не предусматривался для сжигания данным типом котла при его проектировании. Например, котел был спроектирован для сжигания твёрдого топлива, а его в процессе эксплуатации перевели на сжигание газообразного топлива.

Водяной экономайзер котла рассчитывается поверочно-конструктивным расчётом. В результате этого расчёта определяется необходимая площадь поверхности нагрева.

3.2. Рекомендации по тепловому расчёту котла

рекомендации сформулированы на основании общих положений методик котлов малой и средней производительности.

1. Тепловой расчет топки осуществляется методом последовательных приближений. В начале теплового расчёта топки котла задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из неё. Затем по этой температуре рассчитываются параметры и , которые используются далее для расчёта температуры на выходе из топки. Полученное значение температуры на выходе из неё сравнивается с температурой, принятой для определения и . Если принятое и расчетное значения отличаются более чем на 100°С, то расчёт необходимо повторить, задавшись новым значением температуры.

2. Газоход котла, в котором расположены конвективные пучки отделён от топка котла однорядным фестоном (рисунок 2). В соответствии с рекомендациями нормативного метода [2] при размещении в газовом объёме фестонов с числом рядов z₂ 3 тепловой расчёт этой поверхности (фестона) не проводится, а сама поверхность включается в поверхность стен топки.

3. При поверочном расчёте конвективных поверхностей нагрева предварительно задаются температурой одной из сред – продуктов сгорания или нагреваемой среды (пара, пароводяной смеси или воды) по значению температуры рассчитывается энтальпия этой среды. Затем по уравнению баланса по принятой температуре определяют тепловосприятие этой поверхности нагрева и рассчитывают конечную энтальпию второй среды.

Затем рассчитывается величина тепловосприятия этой поверхности по уравнению теплообмена.

Если тепловосприятие по уравнению теплопередачи будет отличаться от определённого тепловосприятия по балансу менее чем на 2%, расчёт не уточняется. Полагается, что расчёт закончен и окончательными считаются температура и тепловосприятие принятые при расчёте теплового баланса.

При большем расхождении необходимо принять новое значение температуры и повторить расчёт.

При первом приближении величина тепловосприятия по уравнению теплопередачи может оказаться выше величины тепловосприятия по балансу.

В этом случае необходимо принять такую температуру газов на выходе из поверхности нагрева, при которой разница между температурами продуктов сгорании на входе и выходе из поверхности нагрева была бы больше, чем при первом приближении и наоборот.

4. Для второго приближения целесообразно принимать значение температуры, которое отличается от первоначально принятого при первом приближении расчёта не более чем на 50 °С.

В этом случае коэффициент теплопередачи не пересчитывается. Необходимо пересчитать только температурный напор и тепловосприятие излучением, если таковое имеет место и заново решить уравнения баланса и теплопередачи.

5. Если при втором приближении расхождение между величинами тепловосприятия по уравнению теплопередачи и тепловосприятия по балансу окажется более 2%, то истинную температуру можно найти одним из двух следующих способов [3]:

- путем линейной интерполяции графически, нанеся на миллиметровую бумагу в масштабе значения принятых температур и расчетных значений тепловосприятий по уравнениям баланса и теплопередачи (рисунок 3), тогда точка пересечения построенных двух прямых даст нам значение расчётной температуры;

Рис.4 Графическое определение расчётной температуры.

- путём аналитической интерполяции по нижеприведённой формуле:

в формуле индексы I и II относятся соответственно к первому и второму приближениям.

Полученное значение температуры принимается за расчётное значение.

Для завершения расчета необходимо только рассчитать тепловосприятие продуктов сгорания для определённой температуры и тепловосприятие поверхности нагрева по балансу.

6. При тепловом расчёте конвективного пучка следует учитывать, что температура обогреваемой среды постоянна и равна температуре кипения при давлении в барабане котла. При этих условиях температурный напор рассчитывается по следующему соотношению [2],

где – большая разность температур сред;

– меньшая разность температур сред.

В тех случаях, когда / 1,7, температурный напор можно с достаточной точностью определить как среднеарифметическую разность температур по формуле

7. При тепловом расчёте второго конвективного пучка и водяного экономайзера коэффициент теплоотдачи излучением не учитывается, если средняя температура продуктов сгорания в них меньше 300°С.

8. Водяной экономайзер рассчитывается конструктивно. В результате расчёта определяется поверхность нагрева водяного экономайзера.

В расчёте экономайзера используется фактический расход воды через него с учетом продувки.

9. Температура загрязненной стенки поверхности водяного экономайзера рассчитывается по соотношению

где - средняя температура воды в поверхности нагрева, для всех поверхностей нагрева при сжигании газа принимается по таблице П11.

10. После расчёта экономайзера определяется расчетная невязка теплового баланса теплогенерирующей установки по следующему соотношению:

где - количества тепла, воспринятые лучевоспринимающими поверхностями топки, котельными пучками, водяным экономайзером.

В формулу подставляются значения, определённые из уравнений теплового баланса.

При правильном выполнении расчёта величина невязки не должна превышать 0,5% от величины располагаемого тепла.

4. ТЕПЛОВОй РАСЧЁТ КОТЛА

Формулы для расчёта физических величин приводятся далее по тексту, при необходимости даётся их расшифровка.

4.1. Задание на проектирование

Произвести поверочно - конструктивный тепловой расчет парового котла ДЕ-10-14ГМ, служащего для выработки насыщенного пара.

При производстве котлом перегретого пара при тепловом расчёте котла необходимо рассчитывать теплообмен в пароперегревателе и в этом случае параметры пара необходимо определять по таблице П12.

Характеристика котла ДЕ 10-14ГМ.

1. Номинальная паровая производительность