13. Низкотемпературные поверхности

367
13. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА
Низкотемпературными называются поверхности, расположенные в
нижней части конвективной шахты котла. Они являются последними рабочими поверхностями котла по тракту дымовых газов. К ним относятся поверхности экономайзера и воздухоподогревателя. Здесь температура газов становится уже сравнительно низкой (400–120 °С). В этой зоне поверхности котла
подвергаются коррозии со стороны газового потока, увеличиваются загрязнения поверхности за счет летучей золы и может возникнуть абразивный износ
металла.
13.1. Компоновка низкотемпературных поверхностей нагрева
Рабочие процессы в экономайзере и воздухоподогревателе протекают
различно. Однако по условиям тепловой работы экономайзер и воздухоподогреватель взаимно связаны. Эти поверхности используют теплоту низкотемпературных продуктов сгорания, их размещают обычно последовательно в
конвективной шахте. Общими задачами при конструировании этих поверхностей нагрева являются интенсификация теплообмена и создание компактных
малогабаритных элементов с умеренной затратой металла, которые подвергались бы минимальным золовому износу, заносу и коррозионным повреждениям.
Воздухоподогреватель работает в условиях наименьших температурных
напоров между греющими продуктами сгорания и нагреваемым воздухом;
здесь самый низкий коэффициент теплопередачи. Поэтому его поверхность
нагрева превышает суммарную поверхность нагрева всех элементов водопарового тракта и для котла мощного блока достигает десятков и сотен тысяча
квадратных метров.
Продукты сгорания в зависимости от влажности топлива и содержания
в нем водорода (мазут, природный газ) обычно содержат большое количество
водяных паров, а также трехатомных газов ( CO 2 и SO 2 ). Усредненная теплоемкость газов – произведение удельного объема Vг , м3/кг, на теплоемкость
cг , кДж/(м3·К), – (Vc) г оказывается всегда больше, чем усредненная теплоемкость нагреваемого воздуха (Vc) в , так как Vг > Vв из-за присосов по газовому
тракту и наличия водяных паров, a cг > cв , поскольку в газовом потоке больше трехатомных газов, обладающих более высокой теплоемкостью.
Тепловосприятие поверхности по обеим рабочим средам
Qвп = (Vc)г δϑг = (Vc)в δtв ,
(13.1)
где δϑг и δtв – изменение температуры газов и воздуха при прохождении поверхности воздухоподогревателя.
368
В результате воздух в воздухоподогревателе нагревается быстрее, чем
охлаждаются в нем продукты сгорания. Так, для маловлажного топлива в
среднем при охлаждении продуктов сгорания на 1 ºС воздух нагревается примерно на 1,2 ºС, а для влажного – на 1,4 °С. Эти соотношения приводят к тому, что по мере нагрева воздуха температурный напор, определяющий интенсивность теплообмена, уменьшается и на горячем конце воздухоподогревателя достигает минимального значения (рис. 13.1). Экономически оправданной
′ − tгв не менее 30–40 °С. Дальнейшее
является разность температур ∆tмин = ϑвп
повышение температуры горячего воздуха уже невыгодно из-за очень вялого
теплообмена в горячей части воздухоподогревателя, что требует заметного
увеличения размеров поверхности. Таким образом, чтобы получить более высокую температуру горячего воздуха (при той же начальной температуре холодного воздуха) надо иметь более высокую температуру газов на входе в
′ за счет, например, уменьшения поверхности эковоздухоподогреватель ϑвп
номайзера. Но тогда увеличивается температура уходящих газов, т. е. возрастет потеря теплоты q2 . В связи с этим при последовательной компоновке поверхностей экономайзера и воздухоподогревателя, называемой одноступенчатой компоновкой. имеет место ограничение температуры подогрева воздуха по условиям экономичности работы котла. Предельная температура подогрева воздуха зависит от вида топлива и составляет 250–350 °С (большая температура для сильновлажных топлив с повышенным объемом продуктов сгорания).
Для подогрева воздуха
ϑ′
до более высокой температуt ′′
t ′′
ры (350–450 °С) воздухопоϑ′
догреватель выполняют двухt
t
ступенчатым,
располагая
г.в.
t
ϑ′
часть поверхности экономайt
зера между этими ступенями
(рис. 13.2). Сущность двухt
ступенчатой схемы заключается в увеличении температурного напора ∆t на выходt ϑ
ном (по воздуху) конце возϑ
ϑ
духоподогревателя в резульРис. 13.1. Распределение температурных напоров
тате переноса его горячей
при одноступенчатой компоновке низкотемпературных поверхностей нагрева: 1 – экономайзер; 2 – воз- (второй) ступени в область
более высокой температуры
духоподогреватель
продуктов сгорания.
Это позволяет сохранить температуру уходящих газов на достаточно
низком уровне.
эк
эк
эк
эк
п.в.
п.в.
в.п.
г.в.
х.в.
х.в.
ух
ух
ух
369
Пр
од
ук
т
ы
сг
ор
ан
ия
Воздухоподогреватель выполняют из углеродистой стали, для которой
максимально допустимая температура металла не превышает 500 °С, что при
температуре подогрева
ϑэк′
′′
t эк
Температура
воздуха до 400 °С соответст1
вует температуре продуктов
ϑэк′
Вода t ′′
эк
сгорания не более 600 °С.
tг.в.
Воздух
tг.в.
Обычно температура продуктов сгорания за пароперегре2
вателем высокого давления
Вода
3
tп.в.
выше, а потому для защиты
tп.в.
металла второй ступени возВоздух
4
духоподогревателя, если в
tх.в.
схеме котла нет промежуточtх.в. ϑух
ного пароперегревателя, расϑух
полагают вторую ступень
Рис. 13.2. Распределение температурных: напоров экономайзера или переходпри двухступенчатой компоновке поверхностей нагрева: 1 и 3 – вторая и первая ступени экономайзера; ную зону (в прямоточных
2 и 4 – вторая и первая ступени воздухоподогревате- котлах ДКД).
При двухступенчатой
ля
компоновке воздухоподогревателя и водяного экономайзера заметно увеличивается высота конвективной
шахты, растут монтажные затраты, поэтому такая схема применяется только
для топлив, которые не допускают для экономичного сжигания подогрева
воздуха в одной ступени.
Для получения полноценной версии необходимо обращаться по адресу…
«Лаборатория информационных технологий в энергетике»,
Кафедра «Тепловые электрические станции»
ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
e-mail: boiko@krgtu.ru
р.т.: (8-3912) 91-27-56
660074, г. Красноярск, ул. Академика Киренского, 26
ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»