3.2. Конструктивная нетождественность

Количество теплоты, воспринятой разверенной трубой (ее тепловосприятие) зависит от плотности теплового потока и ее поверхности, участвующей в теплообмене. Произведение коэффициентов характеризует отличие тепловосприятия разверенной трубы по сравнению со средней. В реальных конструкциях плотность тепловых потоков на разверенной и средней трубах изменяются по высоте элемента и является функцией как координаты ширины, так и высоты. В нормативном методе теплового расчета котла используются два способа расчета тепловосприятия разверенных труб. Один из них используется при оценке температурного режима трубы. Здесь разверенная труба разбивается по высоте на "n" участков, в пределах которых плотность теплового потока считается постоянной. Общее тепловосприятие трубы при этом будет равно:

,

где - поверхность теплообмена разверенной трубы на участке "n".

В этом случае при определении коэффициента тепловой разверки не используется в явном виде коэффициент конструктивной нетождественности, а коэффициент тепловой разверки рассчитывается по отношению тепловосприятий разверенной и средней труб:

.

При использовании второго способа расчета тепловосприятия разверенной трубы считается, что и не меняются по высоте и зависит только от местоположения разверенной трубы по ширине элемента, т.е.

,

где - коэффициент неравномерности тепловосприятия по ширине элемента.

Коэффициент конструктивной нетождественности ( ) дает возможность учесть различие в обогреве труб, если расчет их тепловосприятия не производится. По физическому смыслу коэффициент представляет отношение обогреваемой поверхности разверенной трубы к обогреваемой поверхности средней трубы:

,

где - обогреваемая труба разверенной и средней трубы.

Величина коэффициента конструктивной нетождественности зависит от геометрических характеристик отдельных труб элемента и может изменяться в значительных пределах в зависимости от типа элемента и его назначения (экранные, ширмовые и конвективные поверхности). Так, если элементом является экранная поверхность нагрева, через которую проходит горелочное устройство

(рис. 26), то обогреваемые участки труб, образующих разводку горелок будут меньше, чем у средних и их будет меньше единицы: .

В ширмовых пароперегревателях (рис. 27) обогреваемые длины всех труб отличаются от средней. Поэтому для первых рядов труб , а для внутренних .

Заметим, что на первые трубы действуют также наибольшие тепловые потоки, что вместе с повышенной поверхностью теплообмена делает их наиболее теплонапряженными.

Значение близкое к единице наблюдается в конвективных поверхностях нагрева, имеющих большое число ходов, когда обогреваемые длины отдельных труб примерно одинаковы.

Поэтому в расчетах этих элементов принимают:

.

3.3. Тепловая неравномерность

В паровых котлах ТЭС тепловая неравномерность имеет место во всех обогреваемых элементах котла. Первопричиной ее является концентрированный ввод энергии в топку посредством ограниченного количества горелочных устройств. В результате процессов горения в поперечном сечении топки возникает неравномерность температуры продуктов сгорания по поперечному сечению и высоте топки. Практически такую же неравномерность имеют плотности тепловых потоков в топке. В конвективных поверхностях нагрева исходная неравномерность температур продуктов сгорания постепенно сглаживается по мере удаления поверхностей нагрева от топки. Исходная неравномерность температур в топке в значительной степени зависит от принятой схемы сжигания и количества горелочных устройств. Лучшие показатели по равномерности температур по поперечному сечению топки имеет подовая компоновка горелок. Следует отметить, что даже при равномерном поле температур по поперечному сечению факела тепловая неравномерность не исчезает, т. к. за счет пристенного эффекта температура продуктов сгорания около стен топки меньше, чем в центре.

Тепловая неравномерность может также возникнуть при шлаковании поверхностей нагрева, приводящем к разным тепловосприятиям труб в элементе. Условия обогрева часто изменяются из-за смещения положения ядра факела, например, при отключении одной из мельниц.

Количественной оценкой различия плотностей тепловых потоков на трубах элемента является коэффициент тепловой неравномерности , величина которого зависит от количества элементов по ширине стенки, типа поверхности и принимается по рекомендациям норм теплового расчета котла.