Разработка научной основы создания высокоэффективных теплообменников на примере водогрейных и паровых котлов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 821.18.016.4

РАЗРАБОТКА НАУЧНОЙ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ НА ПРИМЕРЕ ВОДОГРЕЙНЫХ И ПАРОВЫХ КОТЛОВ

К.Т. Баубеков, С.С. Беркетов, Г.А. Айтмагамбетова, А.К. Жангазы

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Современные методы расчета теплообмена в топках трубчатых пе^зеё. водогрейных и паровых котлов носят полуэмперический характер [1]. Естественно, что точность расчета суммарного теплообмена недостаточно высока. При эксплуатации это приводит к заметным отклонениям от расчетных параметров. В результате много времени я средств затрачивается на последующую наладку котлоагрегагов.

Обобщение результатов наладки теплового режима трубчатых печей, водогрейных и паровых котлов показывает, что основным фактором, влияющим на снижение надежности и экономичности их работы является высокий уровень зональных максимальных температур продуктов горения, так как образование высокотемпературных коррозий металла, разрыв радиационных труб, применение дорогостоящих легированных статей, увеличение габаритных размеров и металлоемкости топок, образование оксидов азота, оксидов серы, сжигание топлива с большим избытком воздуха имеет прямую взаимосвязь с зональной температурой продуктов сгорания, не. с распределением локальных тепловых потоков по поверхностям нагреза.

Ближайшие к ядру факела поверхности нагрева (трубы) получают наибалыпге количество тепла в отличие от поверхностей нагрева (трубы), расположенных вдали от ядра факела [2]. По фактическим замерам это расхождение превышает 3-х кратный размер средних значений тепловосприятия.

Повышение равномерности распределения зональных температур факела в объеме топки, т.е. обеспечение равномерности распределения локальных тепловых потоков по поверхностям нагрева в опубликованных работах практически не отражено и является весьма актуальной проблемой по повышению надежности, экономичности и снижению металлоемкости, габаритных размеров трубчатых печей, водогрейных и паровых котлов.

В результате обобщения закономерностей тепломассообмена в топочных камерах и конвективных поверхностях нагрева, выполненных учеными разных стран, впервые разработаны научные основы создания компактных, малогабаритных и высокоэффективных высокотемпературных теплообменников на примере водогрейныхи паровых котлов [3,4]. Онибазируютсянавыравнивании неравномерности распределения локальных тепловых потоков радиационных и конвективных поверхностей нагрева и интенсификации суммарного теплообмена за счет наклона стенки топки пропорционально падению температуры по ходу движения продуктов сгорания.

Предложены различные способы и устройства (см. рисунок) для снижения неравномерности распределения локальных тепловых потоков поверхностей нагрева в топочном объеме и интенсификации суммарного теплообмена, в частности:

-использованием геометрических поверхностей II порядка, например, эллиптический цилиндр и др., сосредоточив высокотемпературное ядро факела в их фокусах с помощью горелочных устройств с регулируемым факелом;

-используя особенности теплообмена смежных поверхностей, например выполнив топку в форме тела вращения, повторяющего форму факела с использованием одной мощной горелки.

В результате аналитических исследований теплообмена рекомендованы различные схемы топочных устройств с выравниванием неравномерности распределения локальных тепловых потоков применительно к водогрейным и паровым котлам теплопроизводительностью до 1 Гкал/час [5-8].

Литература

1. Блох А.Г. Теплообмен в топках паровых котлов. - Л.: Энергоатомиздат: Ленингр. отд-ние, 1984.-240с.

2. Антоновский В.И. Теплообмен в топках паровых котлов. Ретроспектиктивный взгляд на разработку нормативного метода расчета //Теплоэнергетика, 2004, № 9. - С.53-62.

3. Баубеков К.Т. Разработка конструкции котлов с выравниванием неравномерности распределения локальных тепловых потоков по поверхностям нагрева Вестник Ш У, серия «Энергетическая», № 3,2007, С. 9-20.

4. Баубеков К.Т. Моделирование конструкции котла с целью выравнивания тепловых потоков по ширине и высоте топки и в конвективном газоходе. Вестник ПГУ, серия «Энергетическая», № 3, 2007, С. 21-34.

5. Предварительный патент (РК) № 15204, 15.12.2004, бюл № 12 «Цилиндрический котел» / Баубеков К.Т. (по заявке № 2003/ 0688.1 от 26.05.2003 г.).

Условный 3/1/1 ипс

Роиусные танки.

ус лойногэ змипся

6. Предварительный патент (РК) № 19867, 15.08.2008, бюл. № 8 (по заявке № 2006/1329.1 от 29.11.06) «Цилиндрический котел с эллиптической топкой» / Баубеков К.Т.

7. Предварительный патент РК № 19621, 16.06.2008, бюл. № 6 Цилиндрический котел» / Баубеков К.Т. (по заявке № 2006/1332.1 от 29.11.2006 г.).

8. Заключшие о выдаче инновационного патшта на изобретшие по заявке № 2008/0049.1 от 18.01.2008. «Цилиндрический котел» / Баубеков К.Т., Тлеубай Ж.Ж., Абдраманов М.Б.

1 - водоохлаждаемый корпус; 2 - экранная поверхность в виде сегмента; 3 - топочная камера; 4 - конвективный газоход; 5 - горелочное устройство; 6 - проем; 7 -патрубок дымоотвода; 8 - замкнутое водяное пространство Рисунок 1 - Цилиндрический котел с асимметричной эллиптической топкой

А-А

А-А

А-А

1 - водоохлаждаемый корпус; 2 - экранная поверхность в виде сегмента; 3 - топочная камера; 4 - конвективный

газоход; 5 - горелочное устройство; 6 - проем; 7 - патрубок дымоотвода; 8 - замкнутое водяное пространство;

9 - конденсационный теплообменник с ребристыми трубами Рисунок 2-Цилиндрические котлы с эллиптической и конусообразной топками.

Тушндеме

Мащлада жогары нэтижел1 жылуалмастыруды щурудыц гылыми нег1здерш усынады, сонымен цатар бу цазандарыныц жумысын унемдеу мен сетмдшгт твмендетуш веер emernin iieziszi факторларды анъщтайды.

Resume

The author presents scientific foundations of creation of high-performance heat-transfer devices, and also singles out the main factors, which influence upon reliability dropping and efficiency of steam-boilers.