Общая характеристика условий применения

Передача теплоты трубчатым экранам водогрейных котлов определяется в основном лучистым теплообменом между высокотемпературными газами факела и наружной поверхностью труб, покрытых слоем загрязнений.

Условия сжигания природного газа и мазута имеют много общего, что позволяет выполнять котлы для этих видов топлива одинаковой конструкции. Горение природного газа и мазута происходит в парогазовом состоянии (гомогенная среда). Интенсивность горения в обоих случаях определяется условиями перемешивания, а максимальные тепловые напряжения котлового объема имеют близкие значения (300 кВт/м³ — для мазута, и 350 кВт/м³ — для природного газа). Поэтому при одинаковой нагревательной способности котлы, как правило, предназначаются для двух видов топлива (газ — основной, мазут — резервный). Это характерно для котлов серии ПТВМ.

Данные котлы выполняются с вертикальными, горизонтальными или с частично наклонными тепловоспринимающими трубчатыми экранами. Интенсивное горение топлива приводит к образованию относительно небольшой по размерам зоны ядра факела вблизи горелок, которая характеризуется высоким уровнем температур и значительной интенсивностью теплового потока на тепловоспринимающие экраны. Это создает опасность перегрева металла труб и развития высокотемпературной коррозии.

Встречное расположение горелок, установленных в два яруса, обеспечивает оптимальные условия работы экранов. При этом факел концентрируется в центральной части высокотемпературной области котла. Встречное движение факелов горелок способствует турбулизации при догорании топлива в концевых участках факела, и при прочих равных условиях приводит к повышению теплового напряжения в зоне ядра факела на 20−30%. Наличие пережима потока способствует его турбулизации в зоне ядра факела и в зоне дожигания топлива на выходе из котла.

Эффективное излучение тепловоспринимающих поверхностей в водогрейных котлах может достигать 50−60% от величин падающих тепловых потоков. Разность между падающим и эффективным тепловыми потоками представляет воспринятый экранными поверхностями тепловой поток излучения, который передается рабочей среде. Доля восприятия тепла элементом трубчатого экрана характеризуется коэффициентом тепловой эффективности экрана (ш_з). Чем выше значение ш_з, тем выше эффективность работы экранной поверхности, т. е. тем большую долю теплоты экран воспринимает. Значения т|)_э достаточно стабильны для конкретных конструкций котлов при сжигании однородного топлива и могут достигать значений до 0,55 — для мазутов и 0,65 — для природных газов. При этом по высоте котла степень тепловой эффективности экранов неодинакова: она выше в зоне ядра факела и снижается по высоте.

Для футерованных поверхностей экранов в зоне горелок величина ш_з снижается до значений приблизительно 0,2−0,25, а для футерованных зон пода она может снижаться до величин приблизительно 0,1.

Расчетные оценки показывают, что при уровне падающих радиационных тепловых потоков с учетом теплопроводности через слой футеровки (q_пад._max) до 350 кВт/м³, равновесные температуры на внешней поверхности минеральных термостойких материалов не превышают 1850 К (1577 ^ОС). Это предельное максимальное оценочное значение температуры поверхности.

Следует отметить, что реальные значения равновесной температуры внешней поверхности минеральных материалов футеровки в различных зонах экранов реализуются в диапазоне 1200−1800 К (927−1527 ^ОС).

В объеме котла формируется акустическое поле, генерируемое газовым факелом. Максимальный уровень акустического воздействия оценивается до 120 Дб (результаты измерений звукового давления, проведенные измерительным микрофоном в зоне смотрового люка в котле ПТВМ-60 при работе 12 горелок, показали уровень акустического фона в 105 Дб — прим. авт.). Акустические воздействия генерируют в элементах экранных поверхностей и футеровочных покрытиях поле высокочастотных колебаний.

Трубы экранов, при движении в них теплоносителя, генерируют низкочастотные колебания (вибрации). При этом максимальные значения вибраций реализуются в местах изгиба труб.

В процессе запуска котла и выходе его на рабочий режим, а также в процессе отключения, в футеровочных покрытиях формируется поле термомеханических напряжений. Характер вибрационного и термомеханического воздействий на футеровочное покрытие расчетным путем оценить невозможно. Эту оценку можно провести лишь по практическим наблюдениям в процессе эксплуатации конкретных котлов.

футеровка теплофикационный водогрейный котел.