Теплообмен в паровых котлах

Тепло, образующееся топке парового котла при сжигании топлива, передается воде и водяному пару в поверхностях нагрева. Таким образом, в процессе теплообмена участвуют две среды;

■ теплопередающая (нагревающая);

■ тепловоспринимающая (нагреваемая).

Основной теплопередающей средой (или теплоносителем) в паровых котлах являются продукты сгорания (дымовые газы), образующиеся в топке. В утилизационных котлах теплоносителем являются горячие газы, образовавшиеся в рабочем процессе дизельных или газотурбинных двигателей.

Тепловоспринимающей средой в паровых котлах может быть;

— вода и пароводяная смесь — в испарительных поверхностях нагрева;

— водяной пар — в пароперегревателях;

— вода — в экономайзере;

— воздух — в воздухоподогревателе.

В ходе рабочего процесса, происходящего в паровых котлах, имеют место все три вида теплообмена;

— лучистый (радиационный) теплообмен — происходит в основном в топках паровых котлов и частично в других поверхностях нагрева;

— конвективный теплообмен — происходит при омывании горячими газами конвективных поверхностей нагрева;

— теплопроводность — с помощью этого вида теплообмена тепло от теплоносителя передается через стенки труб нагреваемой среде.

Основными целями расчета теплообмена при проектировании паровых котлов являются;

— определение количества тепла, переданного от теплоносителя нагреваемой среде в каждой конкретной поверхности нагрева и в топке котла;

— определение температуры теплоносителя на выходе из каждой конкретной поверхности нагрева и из топки.

Исходными данными для расчета теплообмена в главных и вспомогательных паровых котлах являются;

— полная паропроизводительность котла — Вк, [кг/с]; (в том числе паропронзводительность по насыщенному (или охлажденному) пару Вош, ВШС, [кг/с] );

— параметры перегретого пара за главным стопорным клапаном — tПЕ [0С]; рпе [МПа];

— рабочее давление пара в котле — рк, [МПа];

— температура насыщенного (или охлажденного) пара — 1НАС (toxл), [0С];

— температура питательной воды — tпв, [0С];

— температура подаваемого в топку воздуха — tв, [0С];

— марка и теплота сгорания топлива — Q^, [МДж/кг].

Исходными данными для расчета теплообмена в утилизационных котлах являются;

— полная паропроизводительность котла — Бк, [кг/с]; (в том числе паропроизводительность по перегретому пару Опе, [кг/с] );

— параметры перегретого пара — tПЕ [0С]; рПЕ [МПа];

— рабочее давление пара в котле — рк, [МПа];

— температура питательной воды — tпв, [0С];

— температура газов перед котлом — t1 , [0С];

— средний коэффициент избытка воздуха для данного двигателя — а;

— мощность двигателя — Мг, [кВт];

— удельный расход топлива Ье [кг/кВт-ч] и его марка — QIH, [МДж/кг].

Теплообмен в топках паровых котлов

Целью расчета теплообмена в топке является определение количества теплоты, переданной излучением поверхностям нагрева — Qл, и температуры газов на выходе из топки — в3 Т, при известной площади лучевоспринимающей поверхности — Нл.

В некоторых случаях может стоять обратная задача определения площади лучевоспринимающей поверхности — Нл, достаточной для

Передачи заданного количества тепла Qл.

Искомой величиной при расчете теплообмена в топке является температура газов на выходе из топки;

Теплообмен в паровых котлах

Где; Во — критерий Больцмана для топки;

Во — ФВУг Сср

Ао¥э ^СТ^а

(р — коэффициент удержания тепла для топки;

В — расход топлива, [кг/с];

Уг — объем продуктов сгорания, получающийся при сгорании 1 кг топлива, [м3/кг];

Сср — средняя изобарная теплоемкость продуктов сгорания, [Дж/м3-К]; сг0 = 5,67 • 10 8 [Вт/м2-К4] — константа излучения абсолютно черного тела; у/э — коэффициент эффективности стен топки;

Гст — площадь поверхности топки, [м2];

Та — теоретическая (адиабатная) температура продуктов сгорания, [К]. (Хт — степень черноты топки;

М — коэффициент, учитывающий характер распределения температуры по высоте топки.

Существует несколько методов расчета топок, основным из которых является метод ЦКТИ (нормативный метод). Определение основных величин производится из графиков, эмпирических зависимостей и номограмм.

Теплообмен е конвективных поверхностях нагрева котлов

Целью расчета теплообмена в конвективных поверхностях нагрева является определение количества теплоты, переданной от теплоносителя нагреваемой среде, и температуры продуктов сгорания за каждой конвективной поверхностью нагрева.

Общая конвективная поверхность нагрева котла делится на испарительную, пароперегревательную и экономайзерную. В свою очередь каждая из них может состоять из одного или нескольких пучков труб, имеющих различные диаметры труб и разное строение пучков (шахматное или коридорное). В расчетном отношении каждый пучок труб представляет собой поверхность нагрева.

Основными уравнениями, решаемыми при расчетах теплообмена в конвективных пучках труб, являются;

■ уравнение теплопередачи; ^ = к • Н • А/СР, [кДж/ч];

■ уравнение теплового баланса; 0 = цВ(11") , [кДж/ч].

Где;

0 — количество теплоты, переданной через поверхность нагрева,

1 8^8

Л? Л

К =

М

1

1

8

М

Н

+

+

+

Л

Н

[кДж/с];

К — коэффициент теплопередачи, [кДж/м2-с-°С];

А^СР — средний температурный напор между продуктами сгорания и

Нагреваемой средой, [сС];

Н — площадь расчетной поверхности нагрева, [м2];

Г] — коэффициент удержания тепла для каждой конкретной поверхности нагрева;

В — расход топлива, [кг/с];

I’ и I" — энтальпии продуктов сгорания перед поверхностью нагрева и после нее.

Коэффициент теплопередачи для каждой конвективной поверхности нагрева в каждом конкретном случае (размещение пучка труб, строение пучка, шаг и диаметр труб и т. д.) вычисляется;

 

Теплообмен в паровых котлах

Где;

^1 — коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к наружной стенке трубы, [Вт/м — К];

83; 8м; 8Н — толщина слоя золы, металла и накипи соответственно, [м];

Л3; Лм; Лн — коэффициенты теплопроводности золы, металла и накипи, [Вт/м2-К];

^2 — коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубы к

Нагреваемой среде, [Вт/м2-К].

8

Отношение вида — называется термическим сопротивлением.

Л

Величины, входящие в формулу определения коэффициента теплопередачи и в расчетные уравнения определяются для каждого конкретного случая обтекания газами пучков труб по графикам, номограммам и эмпирическим зависимостям.

Конечные расчетные данные каждого конкретного пучка труб являются исходными данными для расчета следующего за ним пучка труб.

 

Теплообмен в паровых котлах

Ваш отзыв

Рубрика: Судовые паропроизводящие установки

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *