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Superficies de calentamiento por convección. Cálculo de superficies de calentamiento por convección.

Cálculo de haces convectivos de la caldera.

Las superficies de calentamiento por convección de las calderas de vapor juegan un papel importante en el proceso de generación de vapor, además de utilizar el calor de los productos de combustión que salen de la cámara de combustión. La eficiencia de las superficies calefactoras por convección depende en gran medida de la intensidad de la transferencia de calor de los productos de combustión al vapor.

Los productos de la combustión transfieren calor a la superficie exterior de las tuberías por convección y radiación. Desde la superficie exterior de las tuberías a la superficie interior, el calor se transfiere a través de la pared mediante conductividad térmica y desde la superficie interior al agua y al vapor mediante convección. Por tanto, la transferencia de calor de los productos de combustión al agua y al vapor es un proceso complejo llamado transferencia de calor.

Al calcular las superficies de calentamiento por convección, se utilizan la ecuación de transferencia de calor y la ecuación de balance de calor. El cálculo se realiza para 1 m3 de gas en condiciones normales.

Ecuación de transferencia de calor.

Ecuación del equilibrio térmico

Qb=?(I"-I”+???I°prs);

En estas ecuaciones, K es el coeficiente de transferencia de calor relacionado con la superficie de calentamiento calculada, W/(m2-K);

T - diferencia de temperatura, °C;

Bр - consumo estimado de combustible, m3/s;

H - superficie de calefacción calculada, m2;

Coeficiente de retención de calor, teniendo en cuenta la pérdida de calor por refrigeración externa;

I", I" - entalpías de los productos de combustión a la entrada y a la salida de la superficie de calentamiento, kJ/m3;

I°prs es la cantidad de calor aportada por el aire aspirado por la chimenea, kJ/m3.

En la ecuación Qt=K?H??t/Br, el coeficiente de transferencia de calor K es una característica calculada del proceso y está enteramente determinado por los fenómenos de convección, conductividad térmica y radiación térmica. De la ecuación de transferencia de calor se desprende claramente que la cantidad de calor transferida a través de una determinada superficie de calentamiento es mayor cuanto mayor es el coeficiente de transferencia de calor y la diferencia de temperatura entre los productos de combustión y el líquido calentado. Es obvio que las superficies calefactoras ubicadas en las inmediaciones de la cámara de combustión funcionan con una mayor diferencia en la temperatura de los productos de combustión y la temperatura del medio receptor de calor. A medida que los productos de combustión se mueven a través de la trayectoria del gas, su temperatura disminuye y las superficies de calentamiento de la cola (economizador de agua) funcionan con una diferencia de temperatura menor entre los productos de combustión y el medio calentado. Por lo tanto, cuanto más alejada de la cámara de combustión esté la superficie de calentamiento por convección, mayores serán sus dimensiones y más metal se gastará en su fabricación.

Al elegir la secuencia de colocación de las superficies de calentamiento por convección en una unidad de caldera, se esfuerzan por organizar estas superficies de manera que la diferencia en la temperatura de los productos de combustión y la temperatura del medio receptor sea mayor. Por ejemplo, un sobrecalentador está ubicado inmediatamente después de la cámara de combustión o el festón, ya que la temperatura del vapor es más alta que la temperatura del agua, y un economizador de agua está ubicado después de la superficie de calentamiento por convección, porque la temperatura del agua en el economizador de agua es más baja que la temperatura de ebullición. Punto de agua en la caldera de vapor.

La ecuación del balance térmico Qb=?(I"-I”+???I°prs) muestra cuánto calor los productos de la combustión ceden al vapor a través de la superficie de calentamiento convectivo.

La cantidad de calor Qb aportada por los productos de la combustión es igual al calor absorbido por el vapor. Para el cálculo se especifica la temperatura de los productos de combustión después de la superficie de calentamiento calculada y luego se refina mediante aproximaciones sucesivas. En este sentido, el cálculo se realiza para dos valores de temperatura de los productos de combustión después de la chimenea calculada.

1. Determine la superficie de calefacción ubicada en el conducto de gas calculado H = 68,04 m2.

El área de la sección transversal abierta para el paso de los productos de combustión durante el flujo transversal de tuberías lisas F = 0,348 m2.

Basándonos en los datos de diseño, calculamos el paso transversal relativo:

1= S1 /dnar=110/51=2,2;

paso longitudinal relativo:

2 = S2/d=90/51=1,8.

2. Primero aceptamos dos valores para la temperatura de los productos de combustión después del cálculo del humo: =200°С =400°С;

3. Determinar el calor desprendido por los productos de combustión (kJ/m3),

Qb =??(-+ ??k?I°prs),

¿Dónde? - coeficiente de retención de calor, determinado en el punto 3.2.5;

I" - entalpía de los productos de combustión delante de la superficie de calentamiento, determinada a partir de la Tabla 2 a la temperatura y el coeficiente de exceso de aire después de la superficie de calentamiento, antes de la superficie calculada; = 21810 kJ/m3 a = 1200 ° C;

I" es la entalpía de los productos de combustión después de la superficie de calentamiento calculada, determinada a partir de la Tabla 2 a dos temperaturas previamente aceptadas después de la superficie de calentamiento por convección; =3500 kJ/m3 a =200°C;

6881 kJ/m3 a =400°C;

K - succión de aire hacia la superficie de calentamiento por convección, definida como la diferencia en los coeficientes de exceso de aire en la entrada y salida de la misma;

I°prs - la entalpía del aire aspirado por la superficie de calentamiento por convección, a una temperatura del aire tв = 30 °C, se determina en el párrafo 3.1.

Qb1 =0,98?(21810-3500+0,05?378,9)=17925 kJ/m3;

Qb2=0,98?(21810-6881+0,05?378,9)=14612 kJ/m3;

4. Calcule la temperatura estimada del flujo del producto de combustión en el conducto convectivo (°C)

donde y es la temperatura de los productos de combustión en la entrada a la superficie y en la salida de la misma.

5. Determine la diferencia de temperatura (°C)

T1=-tк = 700-187,95=512°С;

T2 =-tк=800-187,95=612°С;

donde tk es la temperatura del medio refrigerante, para una caldera de vapor se supone que es igual al punto de ebullición del agua a presión en la caldera, tn.p=187,95°C;

6. Contando velocidad media productos de combustión en la superficie de calentamiento (m/s)

donde Вр es el consumo estimado de combustible, m3/s, (ver cláusula 3.2.4);

F es el área de la sección transversal abierta para el paso de los productos de combustión (ver cláusula 1.2), m2;

Vg es el volumen de productos de combustión por 1 kg de combustible sólido y líquido o por 1 m8 de gas (según el cálculo de la tabla 1 con el correspondiente coeficiente de exceso de aire);

kp - temperatura media calculada de los productos de combustión, °C;

7. Determinamos el coeficiente de transferencia de calor por convección desde los productos de combustión a la superficie de calentamiento durante el lavado transversal de los haces de pasillo:

К = ?н?сz ?сs ?сф;

donde?n es el coeficiente de transferencia de calor determinado a partir del nomograma para el lavado transversal de haces de pasillo (Fig. 6.1 lit. 1); ?n.1=84W/m2K en?g.1 y dnar; ?n.2=90W/m2K en ?g.2 y dnar;

сz - corrección del número de filas de tuberías a lo largo del flujo de productos de combustión, determinada durante el lavado transversal de los haces de pasillo; ñz =1 en z1=10;

cs - corrección por disposición de vigas, determinada durante el lavado transversal de vigas de pasillo; ñs =1

sf: coeficiente que tiene en cuenta la influencia de los cambios en los parámetros físicos del flujo y se determina durante el lavado transversal de haces de tuberías del corredor (Fig. 6.1 lit. 1);

cf1=1,05 en; sf2=1,02 en;

K1=84?1?1?1.05=88.2W/m2K;

K2=90?1?1?1.02=91.8W/m2K;

8. Calculamos la emisividad del flujo de gas mediante el nomograma. En este caso, es necesario calcular el espesor óptico total.

kps=(kg?rп +kзл?μ)?p?s ,

donde kg es el coeficiente de atenuación de los rayos por gases triatómicos, determinado en el punto 4.2.6;

rп: la fracción de volumen total de gases triatómicos, tomada de la tabla. 1;

kzl - coeficiente de atenuación de los rayos por partículas eólicas, kzl=0;

µ - concentración de partículas de ceniza, µ =0;

p - presión en el conducto de gas, para unidades de caldera sin presurización se toma igual a 0,1 MPa.

Espesor de la capa radiante para haces de tubos lisos (m):

s=0,9?d?()=0,9?51?10-3 ?(-1)=0,18;

9. Determine el coeficiente de transferencia de calor?l, teniendo en cuenta la transferencia de calor por radiación en superficies calefactoras convectivas, W/(m2K):

para un flujo libre de polvo (cuando se quema combustible gaseoso) ?l = ?n??f?sg, donde?n es el coeficiente de transferencia de calor, determinado por el nomograma (Fig. 6.4 lit. 1); ?f - grado de emisividad;

сг - se determina el coeficiente.

Para determinar?n y el coeficiente сг, se calcula la temperatura de la pared contaminada (°C)

donde t es la temperatura promedio ambiente, para calderas de vapor se considera igual a la temperatura de saturación a la presión en la caldera, t= tн.п=194°С;

T - cuando se quema gas se supone que es de 25 °C.

Tst=25+187=212;

H1=90 W/(m2K) ?Н2=110 W/(m2K) en Tst, y;

L1=90?0,065?0,96=5,62 W/(m2K);

L2=94?0,058?0,91=5,81 W/(m2K);

10. Calculamos el coeficiente total de transferencia de calor de los productos de combustión a la superficie de calentamiento, W/(m2-K),

? = ??(?k + ?l),

¿Dónde? - factor de utilización, teniendo en cuenta la disminución de la absorción de calor de la superficie de calentamiento debido a su eliminación desigual por los productos de combustión, el flujo parcial de productos de combustión a través de ella y la formación de zonas estancadas; ¿Se acepta para vigas lavadas en cruz? = 1.

1=1?(88,2+5,62)=93,82W/(m2-K);

2=1?(91,8+5,81)=97,61W/(m2-K);

11. Calcule el coeficiente de transferencia de calor, W/(m2-K)

¿Dónde? - coeficiente de eficiencia térmica, (Tablas 6.1 y 6.2 lit. 1 según el tipo de combustible quemado).

K1=0,85*93,82 W/(m2-K);

K2=0,85*97,61 W/(m2-K);

12. Determine la cantidad de calor absorbido por la superficie de calentamiento por 1 m3 de gas (kJ/m3).

Qt=K?H??t/(Bр?1000)

¿La diferencia de temperatura se determina para la superficie de calentamiento por convección evaporativa (°C)

T1==226°С; ?t2==595°С;

donde tboil es la temperatura de saturación a presión en la caldera de vapor;

Qt1==8636 kJ/m3;

Qt2==23654 kJ/m3;

13. Con base en los dos valores de temperatura aceptados y los dos valores obtenidos de Q6 y Qt, se realiza una interpolación gráfica para determinar la temperatura de los productos de combustión después de la superficie de calentamiento. Para ello se construye la dependencia Q = f(), como se muestra en la Fig. 3. El punto de intersección de las rectas indicará la temperatura de los productos de la combustión, que deberá tenerse en cuenta en el cálculo. ===310°C;

Fig. 3.

Cuadro No. 7 Cálculo térmico de haces de calderas.

Valor calculado	Designación	Dimensión	Fórmula y justificación

Superficie de calentamiento	Calculado según dibujo.
Sección libre para paso de gas.	Calculado según dibujo.
Paso de tubería transversal	Calculado según dibujo.
Paso de tubería longitudinal	Calculado según dibujo.
	Según el diagrama I-t
Entalpía continua. quemado en la salida de la caja de cambios	Según el diagrama I-t
Entalpía continua. quema en la entrada del puesto de control

El modelo de utilidad se refiere a la tecnología de intercambio de calor y puede utilizarse, en particular, como superficies calefactoras por convección para calderas. El diseño propuesto de la superficie de calentamiento tiene pasos reducidos entre los tubos del haz convectivo al tresbolillo en la dirección transversal al movimiento de los gases en comparación con el prototipo. El esquema de conexión de los tubos en forma de U de cada bandera con el colector permite, con las mismas dimensiones del paquete convectivo, aumentar la superficie total de calentamiento, así como aumentar la velocidad de los gases en la superficie de calentamiento convectivo, aumentando así la intensidad de la transferencia de calor. La superficie de calentamiento por convección contiene un haz convectivo al tresbolillo formado por banderas 1 hechas de tubos 2 en forma de U conectados a colectores 3 verticales. Los tubos 2 en forma de U de cada bandera 1 están conectados a un colector 3 vertical de modo que los centros de sus orificios queden ubicado en dos ejes, paralelo al eje del colector vertical 3. Los puntos de conexión de los extremos de entrada de los tubos en forma de U 2 de cada bandera 1 se intercalan secuencialmente a lo largo de los ejes, mientras que los extremos de entrada y salida de cada tubo 2 están conectados al colector 3 en diferentes ejes. Así, los tubos 2 en forma de U están dispuestos transversalmente, uno encima del otro, lo que permite reducir la distancia entre los centros de los orificios que conectan los tubos 2 con el colector 3 y, en consecuencia, los pasos entre los tubos del Haz convectivo escalonado en dirección transversal.

El modelo de utilidad se refiere a la tecnología de intercambio de calor y puede utilizarse, en particular, como superficies calefactoras por convección para calderas.

Según el autor, la superficie de calentamiento por convección es conocida. fecha URSS No. 844917, que contiene un haz convectivo en forma de tablero de ajedrez formado por banderas contrapuestas hechas de tubos en forma de U instalados en colectores verticales. Los tubos de cada bandera se conectan tradicionalmente a colectores verticales de modo que los centros de sus orificios estén ubicados en dos ejes paralelos al eje del colector, y algunos de los tubos de cada bandera están unidos a lo largo de un eje y otros a lo largo del otro. En este caso, el paso entre los tubos del haz convectivo al tresbolillo en la dirección transversal no puede ser inferior a dos diámetros de tubo, lo que no permite reducir las dimensiones totales de la superficie de calentamiento convectivo.

El resultado técnico del modelo de utilidad reivindicado es reducir los pasos entre las tuberías en la dirección transversal al movimiento de los gases, lo que permite, con las mismas dimensiones del paquete convectivo, aumentar la superficie total de calentamiento y, además, aumenta la velocidad de paso de los gases, lo que aumenta la intensidad de la transferencia de calor.

El resultado técnico especificado se logra por el hecho de que en una superficie de calentamiento por convección que contiene un haz convectivo escalonado formado por instalado en vertical

Colectores con banderas adosadas fabricados con tubos en forma de U, en los que los tubos de cada bandera están conectados a colectores verticales de modo que los centros de sus orificios queden ubicados en dos ejes paralelos al eje del colector, de acuerdo con la propuesta modelo de utilidad, los puntos de conexión de los extremos de entrada de los tubos en forma de U de cada bandera se alternan secuencialmente a lo largo de los ejes, mientras que los extremos de entrada y salida de cada tubo están conectados al colector en diferentes ejes.

Los dibujos propuestos explican la esencia de la propuesta. La Figura 1 muestra una vista general de la superficie de calentamiento por convección, las Figuras 2 y 3 muestran la misma, respectivamente, en sección a lo largo de A-A y B-B.

La superficie de calentamiento convectivo (Fig. 1-3) contiene un haz convectivo en forma de tablero de ajedrez formado por banderas 1 hechas de tubos 2 en forma de U conectados a colectores verticales 3. Los tubos 2 en forma de U de cada bandera 1 están conectados a un colector vertical 3 de modo que que los centros de sus orificios están ubicados en dos ejes paralelos al eje del colector vertical 3. Los puntos de conexión de los extremos de entrada de los tubos en forma de U 2 de cada bandera 1 están entrelazados secuencialmente a lo largo de los ejes, mientras que la entrada y la salida Los extremos de cada tubo 2 están conectados al colector 3 en diferentes ejes. Así, los tubos 2 en forma de U están dispuestos transversalmente, uno encima del otro, lo que permite reducir la distancia entre los centros de los orificios que conectan los tubos 2 con el colector 3 y, en consecuencia, los pasos entre los tubos del Haz convectivo escalonado en dirección transversal.

El dispositivo funciona de la siguiente manera.

El medio de trabajo ingresa a los colectores 3 y se distribuye a través de tubos en forma de U, 2 banderas y 1 superficie de calentamiento por convección.

Los gases calientes lavan transversalmente los tubos 2 y, debido al paso reducido entre los tubos 2, que asegura una disposición más densa de los tubos en un haz convectivo escalonado, la velocidad de los gases aumenta. El medio de trabajo calentado ingresa a los colectores 3 y se elimina de la superficie de calentamiento por convección.

El diseño propuesto de la superficie de calentamiento tiene pasos reducidos entre los tubos del haz convectivo al tresbolillo en la dirección transversal al movimiento de los gases en comparación con el prototipo. El esquema de conexión de los tubos en forma de U de cada bandera con el colector permite, con las mismas dimensiones del paquete convectivo, aumentar la superficie total de calentamiento, así como aumentar la velocidad de los gases en la superficie de calentamiento convectivo, aumentando así la intensidad de la transferencia de calor.

Fórmula del modelo de utilidad

Una superficie de calentamiento convectivo que contiene un haz convectivo al tresbolillo formado por banderas opuestas instaladas en colectores verticales, hechos de tubos en forma de U, con los tubos de cada bandera conectados a los colectores verticales de modo que los centros de sus orificios estén ubicados en dos ejes paralelos a el eje del colector, caracterizado porque los puntos de conexión de los extremos de entrada de los tubos en forma de U de cada bandera se alternan secuencialmente a lo largo de los ejes, mientras que los extremos de entrada y salida de cada tubo están conectados al colector en diferentes ejes.

Los elementos de la superficie calefactora son los principales en la unidad de caldera y su capacidad de servicio determina principalmente la eficiencia y confiabilidad de la instalación de la caldera.

La ubicación de los elementos de la superficie calefactora de una caldera moderna se muestra en la figura:

Esta caldera tiene forma de U. La cámara vertical izquierda 2 forma una cámara de combustión, todas sus paredes están cubiertas de tuberías. Las tuberías ubicadas en las paredes y el techo en las que se evapora el agua se llaman pantallas. Los tubos de pantalla, así como las partes del sobrecalentador ubicados en las paredes del horno, se denominan superficies de calentamiento por radiación, ya que perciben el calor de los gases de combustión debido principalmente a la radiación o emisión.

La parte inferior 9 de la cámara de combustión suele denominarse embudo frío. En él, las partículas de ceniza caen del soplete de combustión. Las partículas de ceniza enfriadas y endurecidas en forma de grumos sinterizados (escoria) se eliminan a través del dispositivo 8 al sistema hidráulico de eliminación de cenizas.

La parte superior del horno entra en un conducto de gas horizontal, en el que se ubican la rejilla 3 y los sobrecalentadores convectivos 5. Las paredes laterales y el techo de un conducto de humos horizontal suelen estar cubiertos también con tubos de sobrecalentamiento. Estos elementos sobrecalentadores se llaman semi-radiativo, ya que perciben el calor de los gases de combustión tanto por radiación como por convección, es decir, el intercambio de calor que se produce cuando los gases calientes entran en contacto con las tuberías.

Después del tiro horizontal cámara PTZ Comienza la parte vertical derecha de la caldera, llamada eje convectivo. Contiene etapas, etapas de calentador de aire y, en algunos diseños, bobinas, en diferentes secuencias.

El diseño de la caldera depende de su diseño y potencia, así como de la presión del vapor. En las obsoletas calderas de tres tambores de baja y media presión, el agua se calienta y se evapora no solo en las rejillas, sino también en los tubos de ebullición ubicados entre los tambores superior e inferior.

A través del tercer haz descendente de tubos de ebullición, el agua del tambor trasero desciende al tambor inferior; Estas tuberías actúan como tuberías de drenaje. Un ligero calentamiento de estos tubos por los gases de combustión no altera la circulación del agua en la caldera, ya que a presiones bajas y medias la diferencia en las gravedades específicas del agua y el vapor es grande, lo que garantiza una circulación bastante confiable. El agua se suministra a las cámaras inferiores de las cribas 7 desde los tambores superiores 2 a través de tuberías de drenaje externas sin calefacción.

En las calderas de media presión, la proporción de calor utilizada para sobrecalentar el vapor es relativamente pequeña (menos del 20% del calor total absorbido por la caldera de los gases de combustión), por lo que la superficie de calentamiento del sobrecalentador también es pequeña y está ubicada entre haces de tubos de ebullición.

En las calderas de presión media de un solo tambor de producción posterior, la superficie de evaporación principal se coloca en las paredes del horno en forma de pantallas 6, y un pequeño haz convectivo 10 está hecho de tubos espaciados con un paso grande, que representan la Parte semirradiativa de la caldera.

Calderas alta presión Suelen fabricarse con un tambor y no tienen haces convectivos. Toda la superficie de calentamiento por evaporación está realizada en forma de pantallas que se alimentan de agua a través de tuberías de drenaje externas sin calefacción.

EN calderas de paso único Falta el tambor x.

El agua del economizador 3 fluye a través de las tuberías de suministro 7 hacia la cámara inferior 6 y luego hacia la parte de radiación 5, que consta de tuberías de evaporación (serpentines) ubicadas a lo largo de las paredes del horno. Después de pasar por los serpentines, la mayor parte del agua se convierte en vapor. El agua se evapora por completo en la zona de transición 2, que se encuentra en un área de más temperaturas bajas gases de combustión. Desde la zona de transición, el vapor ingresa al sobrecalentador 1.

Así, en las calderas de flujo directo no hay circulación de agua en su retorno. El agua y el vapor pasan por las tuberías sólo una vez.

Un sobrecalentador es la superficie de calentamiento de una caldera de vapor en la que el vapor se sobrecalienta a una temperatura determinada. Las calderas de vapor modernas con alta producción de vapor tienen dos sobrecalentadores: primario y secundario (intermedio). El sobrecalentador primario recibe vapor saturado a la temperatura del agua hirviendo del tambor de la caldera o de la zona de transición de una caldera de paso único. Se suministra vapor al sobrecalentador secundario para su recalentamiento.

Para sobrecalentar el vapor en calderas de alta presión, se gasta hasta el 35% del calor y, en presencia de sobrecalentamiento secundario, hasta el 50% del calor recibido por la caldera de los gases de combustión. En calderas con una presión de más de 225 ata, esta proporción de calor aumenta al 65%. Como resultado, las superficies de calentamiento de los sobrecalentadores de vapor aumentan significativamente y en las calderas modernas se ubican en las partes de radiación, semirradiación y convectiva de la caldera.

La siguiente figura muestra un diagrama del sobrecalentador de una caldera moderna.

El vapor del tambor 7 se dirige a los paneles de tuberías de pared de la parte de radiación 2 y 4, luego a los paneles de tuberías de techo 5. Desde el atemperador 8, el vapor ingresa a las pantallas 6 y luego a las bobinas 10 de la parte convectiva de la sobrecalentador. La pantalla es un paquete de tubos en forma de U ubicados en un plano, que están rígidamente unidos entre sí casi sin espacios. El vapor ingresa a una cámara de la pantalla, pasa a través de las tuberías y sale por la segunda cámara. La disposición de las pantallas de la caldera se muestra en la figura:

Los economizadores de agua junto con los calentadores de aire suelen estar ubicados en pozos de convección. Estos elementos de superficie calefactora se denominan elementos de cola, ya que se encuentran en último lugar en el recorrido de los gases de combustión. Los economizadores de agua están hechos principalmente de tubos de acero. En las calderas de baja y media presión se instalan economizadores de hierro fundido fabricados con tubos con aletas de hierro fundido. Las tuberías están conectadas mediante codos de hierro fundido (kalachi).

Los economizadores de acero pueden ser del tipo con o sin ebullición. En los economizadores de tipo hirviendo, parte del agua calentada (hasta un 25%) se convierte en vapor.

Las calderas modernas, a diferencia de las que se utilizaban hace varios años, pueden utilizar como combustible no solo gas, carbón, fueloil, etc. Los pellets se utilizan cada vez más como combustible respetuoso con el medio ambiente. Puede pedir pellets para su caldera de pellets aquí: http://maspellet.ru/zakazat-pellety.

Superficies de calentamiento por convección de calderas que utilizan tubos con aletas. Los modelos producidos en la empresa UralKotloMashZavod son modelos modernizados que incorporan nuestra rica experiencia en esta industria y nuevas investigaciones de alta tecnología para aumentar la eficiencia y la resistencia al desgaste de estos componentes del equipo de calderas.

Actualmente se acepta generalmente que la superficie de calentamiento por convección en calderas de agua caliente PTVM y KVGM son el eslabón más débil. Muchas plantas de calderas, varias organizaciones de diseño y empresas de reparación tienen sus propios proyectos para su modernización. El desarrollo de la planta de construcción de maquinaria JSC ZIO-Podolsk debe considerarse el más avanzado. Los desarrolladores abordaron el problema de manera integral. Además de aumentar el diámetro de los tubos de 28 mm a 38 mm y duplicar su paso transversal, se sustituyeron los tradicionales tubos de paredes lisas por otros con aletas. Se utilizan aletas de membrana y en espiral cruzada. Según los desarrolladores, reemplazar el diseño antiguo de las calderas PTVM-100 por uno nuevo permitirá ahorrar combustible hasta un 2,4% y, lo más importante, aumentar 3 veces la confiabilidad operativa y la vida útil de la superficie convectiva.
A continuación se muestran los resultados de una mejora adicional de la superficie convectiva, cuyo objetivo es la posibilidad de eliminar las aletas de la membrana en la parte de la superficie de alta temperatura para reducir su consumo de metal. En lugar de membranas, entre los tubos se sueldan insertos distanciadores cortos. Forman tres correas de refuerzo a lo largo de las secciones, por lo que no se necesitan postes espaciadores. Se utilizan exactamente los mismos insertos espaciadores cortos en la parte de baja temperatura de la superficie hecha de tubos con aletas en espiral transversales. Reemplazaron voluminosos bastidores estampados. La clasificación del paso transversal de las tuberías y, en consecuencia, las secciones entre sí se realiza mediante peines en la zona de las correas de refuerzo. Los peines fijan solo las filas exteriores de tubos de cada sección. Dentro de la superficie de calentamiento ensamblada a partir de secciones, los tubos están clasificados según el tono de la pimienta debido al diseño rígido de las secciones.
Desde hace más de 20 años se utilizan insertos espaciadores soldados entre tubos serpentines en lugar de puntales tradicionales. El resultado es positivo. El espaciador se inserta de forma segura enfriar y no causar deformación de la tubería. Durante toda la práctica prolongada no se han producido casos de fístulas en las tuberías debido al uso de insertos.
La renuncia a las aletas de membrana de las tuberías en la parte de alta temperatura de la superficie de calentamiento y el regreso a un diseño de tubo liso permitió reducir su consumo de metal sin prácticamente ningún cambio en la percepción del calor. En los primeros proyectos, el paso entre las aletas espirales transversales en la parte de baja temperatura se tomó en 6,5 mm, y en proyectos posteriores se redujo a 5 mm. La práctica demuestra que cuando se quema únicamente gas natural en calderas de agua caliente, este paso se puede reducir aún más y se pueden obtener ahorros adicionales de combustible.
En el período de 2002 a 2010, se introdujeron superficies de calefacción por convección modernizadas para calderas PTVM-100 en la sala de calderas del distrito de Gurzuf (Ekaterimburgo): 4 calderas; Central térmica de la planta siderúrgica de Nizhny Tagil (Nizhny Tagil) -3 calderas; Sverdlovsk CHPP (JSC Uralmash, Ekaterimburgo) - 2 calderas; para PTVM-180: Saratov CHPP-5 (Saratov) - 2 calderas; KVGM-100 (región de Rostov) - 2 calderas.
No existen comentarios sobre el funcionamiento de las superficies de calefacción recientemente desarrolladas e instaladas en calderas de agua caliente. Se ha confirmado una reducción significativa de la resistencia hidráulica y aerodinámica. Las calderas alcanzan fácilmente la carga nominal y funcionan de manera estable en este modo. Los insertos distanciadores utilizados se refrigeran de forma fiable. En las superficies de calefacción modernizadas no se observan deformaciones de los tubos ni de las secciones. La temperatura de los gases de combustión a la potencia nominal de calefacción de la fábrica disminuyó 15°C para calderas con un paso entre aletas espirales transversales de 6,5 mm y 18°C para calderas con un paso entre aletas de 5 mm.

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La superficie de calentamiento de la caldera es una parte importante, está formada por las paredes metálicas de sus elementos, que son lavados con gases provenientes directamente del hogar, por un lado, y con una mezcla de vapor y agua, por el otro. Normalmente, sus componentes son las superficies del economizador, el sobrecalentador y la propia caldera de vapor. Su tamaño puede variar desde 2-3m2 hasta 4000m2, depende del área de aplicación de la caldera y de su finalidad.

Tipos de superficies de calefacción de calderas.

La producción de superficies de calefacción para calderas está bastante desarrollada y permite realizarlas en varias configuraciones:

Tubo de pantalla: los tubos sin costura ubicados en la cámara de combustión de la caldera son la base de dicha superficie. Como regla general, el tipo de caldera determina qué pantalla se necesita: trasera, lateral derecha o izquierda.

Convectivo: haces de tubos de acero sin costura en ebullición, que se colocan de serie en las salidas de gas de una caldera estacionaria. El calor en este caso se obtiene por convección.

Las superficies de calentamiento por convección de calderas se utilizan ampliamente en la ingeniería de energía térmica, en particular en la producción de generadores de vapor. Este tipo incluye superficies receptoras de calor como economizadores, calentadores de aire y otras superficies de calentamiento de una caldera de vapor y calentamiento de agua, con excepción de las superficies de las rejillas de combustión, así como los sobrecalentadores de rejillas de radiación y convección ubicados en la primera chimenea. y cámara de combustión. La invención de este tipo de superficie receptora de calor ha aumentado significativamente la capacidad de fabricación tanto de la instalación como de la reparación posterior.

Superficies calefactoras para calderas de vapor.

Las superficies de calentamiento de las calderas de vapor en varios sistemas industriales tienen diferencias significativas entre sí. Lo único que es idéntico es la ubicación, principalmente la cámara de combustión y el método de recepción de calor por radiación. La cantidad de calor percibida por las rejillas de combustión depende directamente del tipo de combustible que se quema. Así, para una superficie generadora de vapor, la percepción oscila entre el 40 y el 50% del calor emitido al ambiente de trabajo en la caldera.

Modernización de superficies convectivas: eficiencia y durabilidad.

Sin embargo, las superficies de calentamiento por convección de las calderas de agua caliente son un punto bastante vulnerable, por lo que constantemente se crean proyectos para mejorarlo. El desarrollo más efectivo fue la decisión de aumentar el diámetro de las tuberías y reemplazar las estructuras estándar de tubos lisos por otras con aletas, lo que ahorró consumo de combustible y triplicó la vida útil y la vida útil general, así como la confiabilidad de la superficie convectiva. Cabe señalar que en este caso los especialistas utilizaron tecnología de aletas de membrana y de espiral cruzada.

Para reducir el consumo de metal, también se han desarrollado proyectos bastante exitosos para reemplazar las aletas de membrana en esa parte de la superficie que interactúa con altas temperaturas, en pequeños insertos espaciadores. Como resultado, la resistencia, tanto hidráulica como aerodinámica, y el consumo de metal disminuyeron, y la percepción del calor se mantuvo en el mismo nivel.

La empresa UralKotloMashZavod suministra superficies calefactoras por convección modernizadas fabricadas con tecnología de aletas tubulares, lo que permite aumentar la eficiencia y la resistencia al desgaste de partes tan vulnerables del equipo de caldera. La empresa tiene muchos años de experiencia en la producción y venta de superficies de alta tecnología que han demostrado su eficacia en el mercado industrial.

Secciones longitudinales y transversales de la caldera TVG-8.

La superficie de calentamiento por convección está ubicada en el conducto de gas y representa un economizador de serpentín que consta de 16 secciones. Las secciones se ensamblan de tal manera que los serpentines queden paralelos al frente de la caldera en forma de tablero de ajedrez. Para la combustión de gas se instalan cuatro quemadores con una ranura recta que termina en la parte superior en una expansión repentina. Los quemadores se colocan entre rejillas de combustión verticales.

Las superficies de calentamiento por convección deben disponer de dispositivos para eliminar las cenizas que se hayan depositado tras el soplado. Las cenizas deben retirarse libremente de los puntos de recogida sin sobrecargarlas. Todos los lugares donde se acumulan las cenizas depositadas deben ser de tamaño suficiente y accesibles para su limpieza. Se deben reducir al mínimo las bolsas ciegas donde se pueda acumular ceniza.

Z - diagrama de conexión de superficies calefactoras de pantalla.

La superficie de calentamiento por convección de la caldera 2 consta de 156 tubos horizontales de 2 a 9 m de largo, dispuestos en 6 filas de 26 tubos cada una y soldados en colectores con un diámetro de 108 X 4 mm.

Generador de vapor BKZ 420 / 140.

Las superficies de calentamiento por convección, a excepción del economizador, están ubicadas en un plano perpendicular al frente y descansan sobre tubos colgantes 6, que son la primera etapa del economizador.

Las superficies de calentamiento por convección en las calderas de vapor móviles constan de superficies de evaporación de la caldera, sobrecalentadores de vapor y economizadores de agua.

La superficie de calentamiento por convección, ubicada en la zona de temperatura indicada en la tabla o 50 C por debajo, debe estar festoneada. En caso contrario, las temperaturas de los gases indicadas en la tabla deben reducirse en 50 C.

Las superficies de calentamiento por convección (evaporación y sobrecalentador) están ubicadas en dos conductos de gas horizontales independientes y están hechas en forma de serpentines de tubos lisos ubicados verticalmente. Sobrecalentador de tipo convectivo, de dos etapas. La temperatura de sobrecalentamiento del vapor se regula mediante un atemperador de dos etapas instalado en el corte.

Las superficies de calefacción por convección se encuentran en dos conductos de humos descendentes con paredes completamente blindadas. Las superficies circundantes de cada pozo de convección son la pared intermedia de la caldera, la pared lateral de la caldera, las paredes delantera y trasera del pozo de convección.

Las superficies de calentamiento por convección generalmente se fabrican en forma de filas de tuberías con un corredor o disposición escalonada, lavadas con productos de combustión de combustible. El movimiento de los gases en el haz tubular es longitudinal o transversal, en estas superficies calefactoras la transferencia de calor de los gases calefactores al medio de trabajo se realiza principalmente por convección. El componente de radiación en el flujo de calor total transferido al fluido de trabajo es relativamente pequeño debido a una disminución en la temperatura del flujo de gas a medida que se mueven en los conductos de la caldera y al pequeño espesor de la capa radiante en el espacio entre tubos.

Las superficies de calentamiento por convección de todas las calderas están diseñadas de la misma manera, a excepción de la caldera KB-TGB, que tiene un único paquete instalado en el pozo de convección.

Las superficies de calentamiento por convección de calderas de vapor y agua caliente juegan un papel importante en el proceso de generación de vapor o agua caliente, así como el aprovechamiento del calor de los productos de combustión que salen de la cámara de combustión. La eficiencia de las superficies calefactoras por convección depende en gran medida de la intensidad de la transferencia de calor de los productos de combustión al agua y al vapor.