6. Экономайзеры котлов, их основные виды и схемы. Методика конструкторского расчета (постановка задачи, основные уравнения теплогидравлического расчета).

Экономайзер применяют для снижения t дымовых газов, уходящих из котла, и подогрева питательной или реже сетевой воды.

Экономайзер выполняют в виде 3-х конструкций: чугунные, стальные гладкотрубные и стальные из оребренных труб. Поверхность водяного экономайзера изготовлена из труб небольшого диаметра в виде змеевиков.

По уровню нагрева воды экономайзеры бывают кипящего и некипящего типа.

В экономайзерах некипящего типа вода подогревается до кипения, если же наряду с подогревом воды образуется пар, то экономайзер называется кипящим. Обычно испаряется в экономайзере не более 20-25% всей воды.

Чаще всего в экономайзере подогревается питательная вода, которая затем направляется в барабан котла. В этом случае экономайзер называется питательным. В отдельных случаях в экономайзере нагревается вода, используемая затем на теплофикацию, и они называются в этом случае теплофикационными. Обычно в современных котельных применяют индивидуальные экономайзеры, т.е.каждый котел оборудован собственным питательным экономайзером (рис1а). В старых котельных с низким КПД вследствии высокой t уходящих газов устанавливают иногда групповые теплофикационные экономайзеры (рис1б). Их установка кроме положительного фактора повышения КПД котельной имеет ряд недостатков: постоянное изменение уровня нагрева воды при остановке отдельных котлов или при резком колебании нагрузок, низкая t температура стенок металла поверхностей нагрева, что вызывает усиленное загрязнение и низкотемпер-ю коррозию.

1-котлы; 2-экономайзеры; 3-газоходы; 4-дымовая труба.

7. Воздухоподогреватели котлов, их основные виды и схемы. Методика поверочного расчета (постановка задачи, основные уравнения теплогидравлического расчета).

Воздухоподогрева́тель - устройство, предназначенное для подогрева воздуха, направляемого в топку котельного агрегата, с целью повышения эффективности горения топлива за счёт тепла уходящих газов.

По принципу работы делятся на рекуперативные и регенеративные.

В рекуперативных передача теплоты от потока продуктов сгорания к нагреваемому воздуху происходит непрерывно через разделяющие эти потоки металлические стенки поверхностей нагрева (труб или пластин). В регенеративных воздухоп-х имеющаяся металлическая набивка (пластины, шары и т.п.) попеременно то нагреваются в потоке дымовых газов, то охлаждаются в воздушном потоке, отдавая ему полученную аккумулированную теплоту.

Рекуперативные возд-ли подразделяются по виду применяемого материала на чугунные, стальные и неметаллические, а по конструкции оформления на пластинчатые и трубчатые. Поверхность нагрева чугунного возд-ля состоит чаще всего из горизонтальных овальных чугунных труб. Продукты сгорания проходят между трубами, а воздух- внутри труб. В последние годы чугунные возд-ли в котлостроении практически не применяются, т.к. они громоздки, имеют большую массу, обладают плохой технологичностью(невозможность сварки), хрупкостью. К их преимуществу относятся стойкость против коррозии и жаростойкость, позволяющие обеспечить нагрев воздуха до 450С.

По уровню нагрева все возд-ли делятся на низкотемпер-ые (150-200С), среднетемпер-ые (200-350С), высокотемпер-ые (350-450С) и радиационные (450-700С).

Пластинчатые возд-ли представляют собой систему чередующихся вертикальных и горизонтальных каналов из стальных листов. По вертикальным каналам протекают газы, а по горизонтальным- воздух вниз или вверх в зависимости от расположения возд-ля. Недостатки пластинчатых возд-й: ввиду значительной неравномерности тем-го поля по всей поверхности отдельных листов происходят их коробление, разрыв сварных швов, уменьшение отверстий, что приводит к их забиванию летучей золой.

Трубчатый возд-ль состоит из пучка параллельных труб, расположенных в шахматном порядке и присоединенных к трубным доскам. В зависимости от кол-ва нагреваемого воздуха, требуемой t и величины поверхности трубчатые возд-ли имеют различную компановку. Нагрев воздуха до 200-250С можно достигать в одноходовом возд-ле; до 350-400С- в двухходовом или в двухъярусном многоходовом.

В последние годы иногда применяют так называемые обращенные возд-ли, в которых в отличии от обычных продукты сгорания проходят в межтрубном пространстве, а нагреваемый воздух- внутри труб. «+» обращенных трубчатых возд-й: трубные доски вынесены из зоны обогрева и работают при более низких t. Недостатки: более высокая по сравнению с традиционными загрязненность золой.

Регенеративные возд-ли – устройство, в которых тепло передаётся металлической насадкой, которая периодически нагревается газообразными продуктами сгорания, после чего переносится в поток воздуха и отдаёт ему аккумулированное тепло. Широко распространены в металлургической промышленности

«+»: малые габариты и масса, меньшие затраты металла, возможность использования неметаллической антикоррозийной поверхности нагрева без ухудшения теплообмена, простота организации обдувки и продувки поверхности нагрева от золовых отложений. «-«: наличие вращающихся элементов, наличие системы водяного охлаждения ротора и подшипников, повышенные перетоки воздуха в газовый поток.

Рис3-классификация конструкций воздух-й.

а- обычные трубчатые; б- обращенные трубчатые;

в- змеевиковые; г- экранный; д- спиральный.

Для промышленных котлов в основном применяются труб­чатые воздухоподогреватели, чаще всего устанавливаемые после водяного экономайзера. Поверочный расчет таких воздухоподогревателей производится в следующей последовательности:

1.   При конструктивном расчете воздухоподогревателя выбрать диаметр труб, поперечный s₁\d и продольный S₂/d относительные шаги, площади поперечного сечения для прохода продуктов сгорания и воздуха, число ходов. При поверочном расчете существующего воздухоподогревателя перечисленные характеристики и его поверхность нагрева определяются из чертежей.

2. Определить минимальный температурный напор на горячем конце воздухоподогревателя (°С)

 

где Ɵ_вп’ - температура продуктов сгорания на входе в воздухоподогреватель, известна из расчета предыдущей поверхности нагрева; t_г.в - температура горячего воздуха, принята при составлении теплового баланса парогенератора.

Если значение ∆t_гор окажется меньшим 25-30 °С, то при при поверочном расчете указать - на недостаточность имеющегося воздухоподогревателя для получения принятой температуры горячего воздуха.

3. Определить тепловосприятие воздуха в воздухоподогревателе. При предварительном подогреве воздуха в калорифере тепловосприятие (кДж/кг или кДж/м³)

 

где β_г.в - отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому:

 

4. Из уравнения теплового баланса (6-12) определить энтальпию продуктов сгорания после воздухоподогревателя (кДж/кг или кДж/м³)

 

Полученное значении сравнивается с предварительно принятой при составлении теплового баланса энтальпией уходящих газов. Если расхождение не превысит 0,5 % располагаемой теплоты топлива Q_p^р, то расчет выполнен правильно.

5. Для пользования номограммой вычисляются безразмерные параметры:

 

где Ɵ’ и t' - температуры продуктов сгорания и воздуха на входе в поверхность нагрева, °С; Т_б - изменение (перепад) температуры при прохождении поверхности нагрева той средой, у которой оно большее, °С; t_м - изменение температуры второй среды (меньшее), °С.

6.Определить скорость продуктов сгорания в воздухоподогревателе (м/с)

7. Определить скорость воздуха в воздухоподогревателе (м/с)

где V_о - теоретическое количество воздуха, необходимое для горения, м³/кг или м³/м³; t - среднеарифметическое температур воздуха на входе и выходе воздухоподогревателя, С° F- площадь поперечного сечения для прохода воздуха, м².                               

8. Определить коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке в соответствии с указаниями, приведенными в § 6-9, п. 7.

9. Определить суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м²*К),

 

где α_л - коэффициент теплоотдачи излучением, для трубчатых воздухоподогревателей первой ступени принимается а_л = 0; ₤ - коэффициент использования поверхности нагрева; при сжигании АШ, фрезерного торфа, мазута и древесного топлива принимается равным 0,8, а для всех остальных топлив - 0,85.

10. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки поверхности нагрева к воздуху, Вт/(м²*К). При поперечном омывании коридорных и шахматных пучков

 

где α_н - коэффициент теплоотдачи по номограмме; при поперечном омывании коридорных пучков определяется из рис. 6-10, при поперечном омывании шахматных пучков - из рис. 6-11; c_z, c_s, c_ф - поправки, определяемые при поперечном омывании коридорных пучков из рис. 6-10, а при поперечном омывании шахматных пучков - из рис. 6-11.

Для определения перечисленных выше поправок необходимо вычислить:

среднюю температуру воздуха

относительные шаги Ϭ₁=s₁/d и Ϭ₂=s₂/d

11. Определить коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*К):

При поверочном расчете определить (поверхность нагрева воздухоподогревателя известна) из уравнения теплопередачи определяется теплота, воспринятая воздухом,

 

По значению Q_вн определяется энтальпия горячего воздуха после воздухоподогревателя (кДж/кг или кДж/м³)

По величине I°_гв из табл. 3-7 определяется температура горячего воздуха после воздухоподогревателя t_гв. Если температура горячего воздуха t_г.в отличается от принятой при составлении теплового баланса не более чем на ±40°С, то расчет считается оконченным. В противном случае расчет парогенератора следует повторить, задавшись новой температурой горячего воздуха, близкой к полученной.

Строительная теплофизика: