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;
|
|
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 |
|
|
 |
|
|
