CC BY
44
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК М» 1 (ВТ) 20Л0
Данные выражения дополняются уравнением состояния и граничными условиями. Решается система (12) — (15) численными методами [2,4), что позволяет рассчитать не только суммарный и локальный теплообмен, но и структуру потоков излучения в топочном пространстве, а также соотношение лучистой и конвективной составляющих теплопереноса к каждому участку стен и помогает отыскать оптимальные значения при выборе размеров и формы топочной камеры, количество и расположение горелок.
ЬнОлиографнчсскпй список
1. Сполдинг. Д.В. Горение и массообмси /Д.Б. Сполдинг. — М.: Машиностроение, 1985. - 237 с.
УДК 621.316.3
2. Пашков, Л.Т. Основы теории горения / Л.Т Пашков. -М.: Изд-во МЭИ. 2002. - 136 с.
3. Зельдович. Я.В. Математическая теория горения и взрыва / Я.Б. Зельдович. — М.: Наука. 1980 — 582 с.
4. Михайлов. А.Г. Методы расчета теплообмена в топках
котлов / А.Г. Михайлов // Омский научный вестник. Серия »Приборы, машины и технологии*. - Омск, 2008. — N<»3(70). -С-81-84. ____________________________
МИХАЙЛОВ Андрей Гаррьевич, кандидат техничес-ких наук, доцент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины».
Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.
Статья поступила в редакцию 16.12.2009 г.
© Л. Г. Михайлов
А. С. НЕНИШЕВ А. В. ГЛАЗЫРИН
Омский государственный технический университет
НОВАЯ СХЕМА ЦИРКУЛЯЦИИ КОТЛОВ КВ-ГМ-3,65 С ПООЧЕРЕДНО СМЕЩЕННЫМИ МЕМБРАНАМИ ____________________
Разработаны и успешно эксплуатируются новые стальные водогрейные котлы серии КВ-ГМ, в которых в активном теплообмене участвует более 92% поверхности нагрева работающей под давлением. Новая схема циркуляции котла обеспечивает повышенные скорости воды в теплонапряженной части топочного экрана.
Ключевые слова: несимметричная нагрузка, водогрейный котел.
Основным фактором, определяющим надежность работы водогрейных котлов, является исключение парообразования в любом из элементов поверхности нагрева котла на всех режимах работы.
Тепловые расчеты существующего водогрейного котла КВ-ГМ —3,65 показывают, что локальное теп-лонапряжение в определенных местах поверхности нагрева заметно меняется в различных частях поверхности нагрева котла. Соответственно, в этих местах количество теплоты, отводимой циркулирующей в трубах водой должно увеличиваться для исключения процесса парообразования.
В то же время в традиционных конструкциях водогрейных КОТЛОВ скорость движения воды во всех параллельно включенных трубах сохраняется одинаковой, с усреднением в зависимост и от величины поступающих тепловых потоков.
Поэтому одной из основных задач, при разработке новых конструктивных схем водогрейных котлов этой серии, является обеспечение надежного охлаждения стенок труб в области максимального несимметричного гепловосприятия вокруг ядра горения факела, в местах наброса на экраны и первых рядах конвективного пучка труб с одновременным снижением тепловых разверок в цельносварной трубной панели.
Конструкция котла с новыми поверхностями нагрева [1] компоновалась таким образом, чтобы
скорость движения воды в трубах заметно возрастала в зоне ядра горения или в местах возможного наброса факела на экраны, т.е. там, где увеличивается тепловое напряжение поверхности нагрева. Необходимая скорость воды в трубах экранов, в соответствии с падающими тепловыми потоками на каждом участ ке экрана рассчитывалась для каждого вида топлива и максимальной нагрузки котла по формуле [ 1)
V
Ч' = — х
с1
1
0,023 х Рг
.(1)
где IV — скорость воды в трубах, м/с; и — кинематическая вязкость воды, м^/с; с1 — внутренний диаметр трубы (канала), м; Ргм— критерий Прандтлядля воды; I— коэффициенттеплопроводности, вт/Чм’К); дти1— максимальная плотность теплового потока, вт/м2; Ы—температурный напор; 8—толщина стенки трубы (канала), мм; р — коэффициент растечки теплоты; Р — отношение наружного диаметра трубы к внутреннему.
Поверхность нагрева новой конструкции котла с производительностью 3,65 МВт выполнялась из гори-зо!ггальных цельносварных мембранных и-образных панелей 111. Фронтовой экран с меньшим уровнем
Рис. 1. Расчетная схема водогрейных котлов серии КВ-ГМ-3,05:
I - топочная цельносварная панель с поочередно смещенными мембранами,
2 - съемная, теплоизолированная панель,
3 - кирпичная кладка из огнеупора,
4 - устье горелки, 5 - потолочный экран
Рис. 2. Расчетная схема топки и новая гидравлическая схема циркуляции водогрейного котла тепловой производительностью 3,65 МВт:
Ц - длина топки; Н, - высота топки; 1 - экранные трубы;
2 - правый коллектор внутреннего экрана по рис.1;
3 - перегородки с отверстиями; 4 - горелка
теплового напряжения, выполнялся из вертикальных мембранных панелей, в верхней части переходящих в потолочный экран. Газо-мазутные горелки устанавливались в нижней части фронтового экрана.
/\ля увеличения скорости воды в наиболее теплонапряженной части тонки (на уровне оси горелок), в нервом ходе воды включалось меньшее количество и-образныхтруб 111. Далее по ходу газов и уменьшением температуры газов по высоте топки, количество параллельно включенныхтрубвозрастает, а массовая скорость воды снижается. В результате такого включения 1-идравлическая схема водогрейного котла становится соответствующей тепловосириятию топочных экранов. Тепловое напряжение поверхности нагрева 91ШМ в точке максимального тепловосприятия наиболее нагруженной части топки определяется по нормативному методу |2). Затем по известной зависимости температуры насыщения воды для рабочего диапазона давлений по формуле (1) определяется массовая скорость воды в трубах экранов. Расчет массовой скорости оуу воды в элементах параллельных труб, последовательно для каждого участка, с учетом рабочего давления воды и снижения температуры газов |2|, практически устраняет вероятность парообразования воды в котле для любого режима работы.
Это является одним из основных факторов, влияющих на надежность и долговечность работы котла при частых изменениях нагрузки. При изменении нагрузки котла, поверхности нагрева топки не подвергаются резким температурным перепадам. Температуры стенок соседних труб в панели практически не отличаются.
Предлагаемая новая схема включения поверхностей нагрева значительно снижает вероятность парообразования воды в трубах в пределах топочного объема, при колебаниях нагрузки котла или возможных изменениях давления воды. Симметричная часть элемента бокового внутреннего экрана котла приведена на (рис. 1,2).
Расчеты, выполненные по нормативному метолу [2|. показывают, что увеличение скорости воды в трубах от 1м/с до 2м/с, при прочих равных условиях, позволяет снизить температуру стенки на 2ГС. В новых поверхностях нагрева водогрейных котлов, скорос ть воды увеличивалась только в первых контурах по воде вокруг высокотемпературной зоны ядра горения. Далее по высоте топки (по ходу газов) количество параллельно включенных труб увеличивалось, а скорость воды снижалась. В хвостовой конвективной части, где уровень температур газов падает до 773 К (500 “С), скорость воды еще меньше [ 11. В целом по котлу, гидравлическое сопротивление остается на том же уровне и может оказаться даже меньше чем в обычных конструкциях.
Головные образцы котлов КВ-ГМ-3,65 с новой конвективной поверхностью из элементов шахматных пучков труб с поочередно смещенными мембранами работают с 1998 года в котельных АО «АТКЭ», г. Алматы и в других регионах Казахстана.
Все комплексные теплотехнические испытания выполнены силами режимно-наладочной службы АО «АТКЭ». Всего выполнено более семидесяти девяти предварительных наладочных и балансовых теплотехнических испытаний на природном газе в диапазоне тепловой производи тельности от 2,5 до 4,5 МВт. Первичные опытные данные испытаний хранятся в ПКТБ «Сантепломашприбор» (г. Караганда), АО «КазНИИ энегретики им. академика Ш.Ч.Чокина» и АО «АТКЭ» (г. Алматы).
Основные результаты испытаний приведены в табл. 1, откуда видно, что в диапазоне тепловой мощности котла от 2,5 до 4,5 МВт КПД изменялся от 92 % до 94 %, разрежение за котлом от 160 Па до 4 Ю Па. Расход воды через котел составил 22,25 кг/с. Температура уходящих газов изменялась от 393 К (112 *С) до 398 К (126 *С), при коэффициенте избытка воздуха за котлом от 1,10 до 1,16. Содержание окиси углерода (СО)<(=, в сухих уходящих газах в пересчете на коэф-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТНИК Н» 1 «7> 2010
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ КС1МИК М» 1 »7) 2010
Таблица 1
Основные результаты испытаний котла КВ-ГМ-3,65 на природном газе АО «АТЭК»
гл п/и Основные параметры Обозн. Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 Опыт 4
! 2 3 4 5 6 7
1 Температура горячей воды •с 96,9 103.4 115.0 110.7
2 Температура обратной воды "С 61,5 62,2 62.7 63.4
3 Расход «оды через котёл кг/с 22.23 22.23 22.23 22,23
4 Тепловая производительность котла МВт 3.29 3.84 4.87 4.4
5 Расход газа м*/ч 426.7 495.1 634.1 571,4
6 11изшая теплота сгорания природного газа МДж/м1 34.05 34,05 34.05 34.05
7 Коэффициент избы тка воздуха за котлом 1.10 1.12 1,15 1.14
8 Температура уходящих газов "С 123 132 138.8 135.7
к 396 405 411,8 408,7
9 Разрежение за котлом Па 215 236 248 241
10 Гидравлнческое сопротивление котла МПа 0,21 0,21 0.21 0.21
II Потери тепла с уходящими газами % 4.3 4.0? 4.82 4.64
12 Потери тепла п окружающую среду % 1.5 1.43 1.38 1.36
13 кпд % 94.2 94.5 93.8 94.0
1-1 Содержание окиси углерода % 0.0 0.0 0.0 0.0
15 Давление газа за 1ТГ1 Па 47 47 47 47
фициент избытка воздуха равном единице, отсутствует. Следует отметить, что максимальная температура наружной поверхности котла в местах доступных при обслуживании, наблюдалась но наружном кожухе и изменялась в пределах от 303 К (30 *С) до 313 К (40“С).
Полученные по данным табл. 1 зависимости значений КПД от производительности котла аппроксимировались уравнением, описывающим кривую близкую к параболе. Эта кривая имеет максимальное значение (1т — 94 %) при тепловой производительности порядка 3,65 МВт. Технические решения, выполняемые на котельных Северо-Восточного Энергетического комплекса (г. Алматы) позволяют повысить КПД котла еще на 1 +2 %, таким образом котлы могут превосходить аналоги по эффективности. При достигнутой на испытаниях максимальной тепловой мощности котла О, —3,88 МВт значение КПД находится в пределах 93,5 %. Измеренное значение Л(т= 25 К (превышение температуры воды в поверхностях нагрева над температурой кипения воды) не превышала пределов по ГОСТ.
По итогам теплотехнических испытаний и длительного срока эксплуатации (более 7 лет) котлов се-
рии КВ-ГМ-3,65 были даны рекомендации режимио-иаладочной службы ЛО «АТКЭ» и «РЭКХ» и начато серийное производство стальных водогрейных котлов по ТУ 650 РК-4602641 -001 -97 г. и СП'ТОО 40587989-01-2007.
Библиографический список
1. Пат. 3457 Республика Казахстан: Топочный экран / Р.К. Орум баев, Б. К. Алияров.. Ю.Э. Айрих. идр.; опуОл. 15.05.2001. Бюл. N9 5.
2. Тепловой расчет котельных агрегатов: Нормативный метод / ред. Н.В. Кузнецов и др. - М., 1973. — С.295.
НЕНИШЕВ Анатолий Степанович, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Теплоэнергетика».
Адрес для переписки: е-шаП: asnenishev@mail.ru ГЛАЗЫРИН Александр Васильевич, аспирант кафедры «Теплоэнергетика».
Адрес для переписки: е-таП: vasyglasyrin@rambler.ru
Статья поступила в редакцию 28.12.2009 г.
© А. С. Нснишев, Л. В. Глазмрин
Книжная полка
Лубнии, М. А. Проектирование сварных конструкций [Текст]: учеб. пособие для вузов / М. А. Лубнин, С. А. Готовко; Сиб. гос. аэрокосм, ун-т им. М. Ф. Решетнева. — Красноярск: Изд-во Сиб. гос. аэрокосм, ун-та, 2008. — 106 с.: рис., табл. — 18В1Ч 978-5-86433-382-2.
Описаны технологические основы проектирования сварных конструкций, конструктивные особенности изделий различного назначения, изготавливаемых с применениемтехнологий сварки; особенности расчета сварных соединений на прочность и используемые для этого методики.
