Компоновка поверхностей нагрева котельных установок
В главе 1 уже рассматривался вопрос о последовательности процессов, результатом которых является получение перегретого пара: питательная вода нагревается в экономайзере, превращается в пар в испарительных поверхностях нагрева (как правило – в экранах топочной камеры), а затем происходит перегрев пара в ширмовом (полурадиационном) и конвективном пароперегревателях. Для утилизации теплоты уходящих дымовых газов и лучшей организации топочного процесса энергетические котлы имеют еще одну поверхность нагрева – воздухоподогреватель, в котором холодный воздух нагревается до 300–400 °С. Взаимное расположение всех перечисленных узлов котельного агрегата (то есть компоновка поверхностей нагрева) во многом определяет не только экономичность котла, но и надежность его работы. Размещение поверхностей нагрева в газоходах после топочной камеры должно учитывать аэродинамику газового потока, неравномерность скоростей по сечению, опасность износа и возможность очистки поверхностей нагрева в случае их загрязнения.
Теплообмен в топке и парообразующие поверхности нагрева
В главе 1 сформулированы причины, заставляющие в некоторых случаях отказываться от традиционной П-образной компоновки и выбирать башенную, Т-образную или инвертную компоновку котельного агрегата. Но во всех случаях процесс сжигания органического топлива начинается и заканчивается в топочной камере, ограждающими поверхностями которой являются парообразующие экраны. Исключение составляют котлы сверхкритического давления (СКД), в которых ограждающими поверхностями в топке являются экономайзерная поверхность (обычно – нижняя радиационная часть – НРЧ) и пароперегревательная (средняя и верхняя радиационные части – СРЧ и ВРЧ).
|
|
|
В топочной камере происходит не только горение топлива, но и сложный радиационно-конвективный теплообмен между пламенем горения летучих, раскаленных частиц кокса и золы, а также трехатомных продуктов сгорания, с одной стороны, и экранами топочной камеры – с другой.
По интенсивности излучения в видимой области спектра все виды пламени делят на светящиеся, полусветящиеся и несветящиеся. Разное излучение факела зависит от наличия в нем твердых частиц (интенсивность их излучения выше) и трехатомных газов (имеющих меньшую интенсивность излучения). По приблизительным оценкам, доля излучения трехатомных газов составляет 20–30 %, в то время как на долю золовых частиц, заполняющих весь объем топки, приходится от 40 до 60 % суммарного излучения топочной среды. Остальная часть излучения на топочные экраны приходится на коксовые частицы (при сжигании твердого топлива).
|
|
|
В общем виде тепловосприятие поверхностей нагрева определяется из уравнения теплообмена в топке, которое, исходя из закона Стефана-Больцмана, может быть представлено в виде:
, (1)
где Qл – тепловосприятие поверхностей нагрева, кВт; ат – интегральный коэффициент теплового излучения топки; C0 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,67·10-8 Вт/ (м2 ·К4 ); ψэ – коэффициент тепловой эффективности поверхности нагрева; Fст – площадь поверхности стен, ограждающих топку, м2 ; T – средняя температура продуктов сгорания в топке, К; Тст– средняя температура поверхности нагрева, К.
Экранирование топочных камер осуществляют по-разному, в зависимости от параметров и мощности котельной установки. На барабанных котлах для организации естественной циркуляции на стенах размещают вертикальные экраны. В прямоточных котлах можно встретить топочные экраны в виде спиральной навивки (схема Рамзина), вертикальных экранов (схема Бенсона) и, реже, в виде многоходовой горизонтальной навивки с общим подъемным движением среды в блочном исполнении (рис. 9).
Рис. 9. Схемы гидравлических контуров поверхностей нагрева с принудительным движением рабочего тела: а – горизонтальная навивка экранов; б – вертикальные панели; в – Uобразная панель; г – N-образная панель; д – многоходовая вертикальная панель; е – многоходовая горизонтальная панель
|
|
|
Движение среды в экранах прямоточных котлов обеспечивается питательным насосом, поэтому требуемую скорость рабочей среды можно получить при любой компоновке экранов.
Для надежной работы барабанных котлов необходимо обеспечить отвод теплоты от топочных экранов при естественной циркуляции. В замкнутом контуре гидравлической системы, включающей барабан, опускные необогреваемые трубы, нижний коллектор и обогреваемые подъемные трубы движущий напор создается за счет разности плотностей воды в опускных трубах и пароводяной смеси в трубках топочных экранов. Полезным напором циркуляции Sпол является разность между движущим напором Sдв и сопротивлением подъемных труб:
Sпол = Sдв − Δрпод. (2)
Если обозначить через Н расстояние по высоте от уровня воды в барабане до оси нижнего коллектора, а плотности воды и пароводяной смеси – через ρ’ и ρ’’, то движущий напор будет равен:
Sдв = H(ρ’−ρ’’)g. (3)
Разность давлений столбов воды и пароводяной смеси при установившемся движении уравновешивается суммой гидравлических сопротивлений, возникающих вследствие движения рабочей среды в замкнутой гидравлической системе.
|
|
|
При расчете естественной циркуляции необходимо учитывать, что полезный напор циркуляции зависит от давления в контуре. Чем выше давление, тем больше плотность пароводяной смеси в подъемных трубах, что приводит к снижению Sпол. Уже при давлении 18 МПа этот напор приобретает столь малое значение, что надежность естественной циркуляции становится проблематичной. Именно по этой причине давление в барабанных котлах ограничивают обычно величиной 15–16 МПа.
При расчете простого контура циркуляции с одинаковыми характеристиками подъемных труб основное уравнение циркуляции (Sпол = Δpоп) решают графически. На рис. 10 приведена диаграмма циркуляции простого контура с непосредственным присоединением парообразующих труб к барабану. Из приведенного графика видно, что с увеличением скорости циркуляции ω0 полезный напор уменьшается, а гидравлическое сопротивление опускных труб растет (пропорционально квадрату расхода воды). Пересечение кривых Sпол и Δроп определяет режим, при котором полезный напор расходуется на преодоление сопротивления.
Рис. 10. Диаграмма циркуляции простого контура: А – рабочая точка; W0 д – действительная скорость циркуляции (расход воды)
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 504; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!