Surfaces chauffantes par convection. Calcul des surfaces chauffantes par convection
Calcul des faisceaux convectifs de la chaudière.
Les surfaces chauffantes par convection des chaudières à vapeur jouent un rôle important dans le processus de génération de vapeur, ainsi que dans l'utilisation de la chaleur des produits de combustion sortant de la chambre de combustion. L'efficacité des surfaces chauffantes par convection dépend en grande partie de l'intensité du transfert de chaleur des produits de combustion vers la vapeur.
Les produits de combustion transfèrent la chaleur à la surface extérieure des tuyaux par convection et rayonnement. De la surface extérieure des tuyaux à la surface intérieure, la chaleur est transférée à travers le mur par conductivité thermique et de la surface intérieure à l'eau et à la vapeur par convection. Ainsi, le transfert de chaleur des produits de combustion vers l'eau et la vapeur est un processus complexe appelé transfert de chaleur.
Lors du calcul des surfaces chauffantes par convection, l'équation de transfert de chaleur et l'équation du bilan thermique sont utilisées. Le calcul est effectué pour 1 m3 de gaz dans des conditions normales.
Équation de transfert de chaleur.
Équation du bilan thermique
Qb=?(I"-I”+???I°prs);
Dans ces équations, K est le coefficient de transfert de chaleur lié à la surface chauffante calculée, W/(m2-K) ;
T - différence de température, °C ;
Bр - consommation de carburant estimée, m3/s ;
H - surface de chauffe calculée, m2 ;
Coefficient de rétention de chaleur, prenant en compte les pertes de chaleur dues au refroidissement externe ;
I", I" - enthalpies des produits de combustion à l'entrée de la surface chauffante et à la sortie de celle-ci, kJ/m3 ;
I°prs est la quantité de chaleur introduite par l'air aspiré dans le conduit de fumée, en kJ/m3.
Dans l'équation Qt=K?H??t/Br, le coefficient de transfert thermique K est une caractéristique calculée du procédé et est entièrement déterminé par les phénomènes de convection, de conductivité thermique et de rayonnement thermique. L'équation du transfert de chaleur montre clairement que la quantité de chaleur transférée à travers une surface chauffante donnée est d'autant plus grande que le coefficient de transfert de chaleur et la différence de température entre les produits de combustion et le liquide chauffé sont grands. Il est évident que les surfaces chauffantes situées à proximité immédiate de la chambre de combustion fonctionnent avec une plus grande différence de température des produits de combustion et de température du fluide caloporteur. À mesure que les produits de combustion se déplacent dans le trajet des gaz, leur température diminue et les surfaces chauffantes arrière (économiseur d'eau) fonctionnent avec une différence de température plus petite entre les produits de combustion et le fluide chauffé. Par conséquent, plus la surface de chauffage par convection est éloignée de la chambre de combustion, plus ses dimensions sont grandes et plus on dépense de métal pour sa fabrication.
Lors du choix de la séquence de placement des surfaces chauffantes par convection dans une chaudière, ils s'efforcent de disposer ces surfaces de manière à ce que la différence de température des produits de combustion et de température du milieu récepteur soit la plus grande. Par exemple, un surchauffeur est situé immédiatement après la chambre de combustion ou le feston, car la température de la vapeur est supérieure à la température de l'eau, et un économiseur d'eau est situé après la surface de chauffage par convection, car la température de l'eau dans l'économiseur d'eau est inférieure à la température d'ébullition. point d'eau dans la chaudière à vapeur.
L'équation du bilan thermique Qb=?(I"-I”+???I°prs) montre la quantité de chaleur que les produits de combustion donnent à la vapeur à travers la surface de chauffage par convection.
La quantité de chaleur Qb dégagée par les produits de combustion est égale à la chaleur absorbée par la vapeur. Pour le calcul, on précise la température des produits de combustion après la surface de chauffe calculée puis elle est affinée par approximations successives. A cet égard, le calcul est effectué pour deux valeurs de température des produits de combustion après le conduit de fumée calculé.
1. déterminer la surface de chauffage située dans le conduit de gaz calculé H = 68,04 m2.
La surface de section ouverte pour le passage des produits de combustion lors de l'écoulement transversal de tuyaux lisses F = 0,348 m2.
Sur la base des données de conception, nous calculons le pas transversal relatif :
1= S1 /dnar=110/51=2,2 ;
pas longitudinal relatif :
2 = S2 /d=90/51=1,8.
2. Nous acceptons d'abord deux valeurs pour la température des produits de combustion après le conduit de fumée calculé : =200°С =400°С ;
3. Déterminer la chaleur dégagée par les produits de combustion (kJ/m3),
Qb =??(-+ ??k?I°prs),
Où? - coefficient de rétention thermique, déterminé au paragraphe 3.2.5 ;
I" - enthalpie des produits de combustion devant la surface chauffante, déterminée à partir du tableau 2 à la température et au coefficient d'excès d'air après la surface chauffante, précédant la surface calculée ; = 21810 kJ/m3 à = 1200 ° C ;
I" est l'enthalpie des produits de combustion après la surface chauffante calculée, déterminée à partir du tableau 2 à deux températures précédemment acceptées après la surface chauffante par convection ; = 3 500 kJ/m3 à = 200 °C ;
6881 kJ/m3 à =400°C ;
K - aspiration d'air dans la surface chauffante par convection, définie comme la différence des coefficients d'excès d'air à l'entrée et à la sortie de celle-ci ;
I°prs - l'enthalpie de l'air aspiré dans la surface chauffante par convection, à la température de l'air tв = 30 °C, est déterminée au paragraphe 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. Calculer la température estimée du flux des produits de combustion dans le conduit de convection (°C)
où et est la température des produits de combustion à l'entrée de la surface et à la sortie de celle-ci.
5. Déterminez la différence de température (°C)
T1=-tк = 700-187,95=512°С;
T2 =-tк=800-187,95=612°С;
où tk est la température du fluide de refroidissement, pour une chaudière à vapeur, elle est supposée égale au point d'ébullition de l'eau sous pression dans la chaudière, tn.p=187,95°C ;
6. Compter vitesse moyenne produits de combustion dans la surface chauffante (m/s)
où Вр est la consommation de carburant estimée, en m3/s (voir clause 3.2.4) ;
F est la section transversale ouverte pour le passage des produits de combustion (voir article 1.2), m2 ;
Vg est le volume de produits de combustion pour 1 kg de combustible solide et liquide ou pour 1 m8 de gaz (d'après le tableau de calcul 1 avec le coefficient d'excès d'air correspondant) ;
kp - température moyenne calculée des produits de combustion, °C ;
7. Nous déterminons le coefficient de transfert de chaleur par convection des produits de combustion vers la surface chauffante lors du lavage transversal des faisceaux de couloirs :
К = ?н?сz ?сs ?сф;
où ?n est le coefficient de transfert de chaleur déterminé à partir du nomogramme de lavage transversal des faisceaux de couloirs (Fig. 6.1 lit. 1) ; ?n.1=84W/m2K à ?g.1 et dnar ; ?n.2=90W/m2K à ?g.2 et dnar ;
сz - correction du nombre de rangées de tuyaux le long du flux des produits de combustion, déterminé lors du lavage transversal des faisceaux de couloirs ; сz =1 à z1=10 ;
cs - correction de la disposition des poutres, déterminée lors du lavage transversal des poutres du couloir ; сs =1
sf - le coefficient qui prend en compte l'influence des changements dans les paramètres physiques de l'écoulement, est déterminé lors du lavage transversal des faisceaux de canalisations du couloir (Fig. 6.1 lit. 1) ;
cf1=1,05 à ; sf2=1,02 à ;
K1=84?1?1?1,05=88,2 W/m2K ;
K2=90?1?1?1,02=91,8 W/m2K ;
8. Nous calculons l'émissivité du flux de gaz à l'aide du nomogramme. Dans ce cas, il faut calculer l’épaisseur optique totale
kps=(kg?rп +kзл?µ)?p?s ,
où kg est le coefficient d'atténuation des rayons par les gaz triatomiques, déterminé au paragraphe 4.2.6 ;
rп - la fraction volumique totale des gaz triatomiques, tirée du tableau. 1;
kzl - coefficient d'atténuation des rayons par les particules éoliennes, kzl=0 ;
µ - concentration de particules de cendres, µ =0 ;
p - la pression dans le conduit de gaz, pour les chaudières sans pressurisation, est prise égale à 0,1 MPa.
Épaisseur de la couche rayonnante pour les faisceaux de tubes lisses (m) :
s=0,9?d?()=0,9?51?10-3 ?(-1)=0,18;
9. Déterminer le coefficient de transfert de chaleur ?l, en tenant compte du transfert de chaleur par rayonnement dans les surfaces chauffantes par convection, W/(m2K) :
pour un écoulement sans poussière (lors de la combustion de combustible gazeux) ?l = ?n??f?sg, où ?n est le coefficient de transfert de chaleur, déterminé par le nomogramme (Fig. 6.4 lit. 1) ; ?f - degré d'émissivité ;
сг - le coefficient est déterminé.
Pour déterminer ?n et le coefficient сг, la température du mur contaminé (°C) est calculée
où t est la température moyenne environnement, pour les chaudières à vapeur, on considère qu'elle est égale à la température de saturation à la pression dans la chaudière, t= tн.п=194°С ;
T - lors de la combustion du gaz, on suppose qu'il fait 25 °C.
Tst = 25 + 187 = 212 ;
H1=90 W/(m2K) ?Н2=110 W/(m2K) à Tst, et ;
L1=90?0,065?0,96=5,62 W/(m2K);
L2=94?0,058?0,91=5,81 W/(m2K);
10. Nous calculons le coefficient de transfert de chaleur total des produits de combustion vers la surface chauffante, W/(m2-K),
? = ??(?k + ?l),
Où? - facteur d'utilisation, prenant en compte la diminution de l'absorption thermique de la surface chauffante due à son lessivage inégal par les produits de combustion, à l'écoulement partiel des produits de combustion devant elle et à la formation de zones stagnantes ; est-il accepté pour les poutres à lavage croisé ? = 1.
1=1?(88,2+5,62)=93,82W/(m2-K);
2=1?(91,8+5,81)=97,61W/(m2-K);
11. Calculez le coefficient de transfert de chaleur, W/(m2-K)
Où? - coefficient d'efficacité thermique, (Tableaux 6.1 et 6.2 lit. 1 selon le type de combustible brûlé).
K1=0,85*93,82 W/(m2-K);
K2=0,85*97,61 W/(m2-K);
12. Déterminer la quantité de chaleur absorbée par la surface chauffante pour 1 m3 de gaz (kJ/m3)
Qt=K?H??t/(Bр?1000)
La différence de température ?t est déterminée pour la surface de chauffage par évaporation et convection (°C)
T1==226°С ; ?t2==595°С;
où tbouil est la température de saturation sous pression dans la chaudière à vapeur ;
Qt1==8636kJ/m3 ;
Qt2==23654kJ/m3 ;
13. Sur la base des deux valeurs de température acceptées et des deux valeurs obtenues de Q6 et Qt, une interpolation graphique est effectuée pour déterminer la température des produits de combustion après la surface chauffante. À cette fin, la dépendance Q = f() est construite, illustrée à la Fig. 3. Le point d'intersection des lignes droites indiquera la température des produits de combustion, qui doit être prise en compte dans le calcul. ===310°C ;
Fig3.
Tableau n°7 Calcul thermique des faisceaux de chaudières
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Valeur calculée |
Désignation |
Dimension |
Formule et justification |
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Surface chauffante |
Calculé selon le dessin |
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Section libre pour le passage du gaz |
Calculé selon le dessin |
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Pas transversal du tuyau |
Calculé selon le dessin |
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Pas de tuyau longitudinal |
Calculé selon le dessin |
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D'après le diagramme I-t |
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Enthalpie suite. grillage à la sortie de la boîte de vitesses |
D'après le diagramme I-t |
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Enthalpie suite. brûlant à l'entrée du poste de contrôle |
Le modèle d'utilité concerne la technologie des échanges thermiques et peut notamment être utilisé comme surface de chauffage par convection pour les chaudières. La conception proposée de la surface chauffante présente des pas réduits entre les tuyaux du faisceau convectif décalé dans la direction transversale au mouvement des gaz par rapport au prototype. Le schéma de connexion des tuyaux en forme de U de chaque drapeau avec le collecteur permet, avec les mêmes dimensions de l'ensemble convectif, d'augmenter la surface de chauffage totale, ainsi que d'augmenter la vitesse des gaz dans la surface de chauffage par convection, augmentant ainsi l'intensité du transfert de chaleur. La surface chauffante par convection contient un faisceau convectif décalé formé de drapeaux 1 constitués de tuyaux en U 2 reliés à des collecteurs verticaux 3. Les tuyaux en U 2 de chaque drapeau 1 sont reliés à un collecteur vertical 3 de manière à ce que les centres de leurs trous soient situés sur deux axes, parallèles à l'axe du collecteur vertical 3. Les points de raccordement des extrémités d'entrée des tuyaux en U 2 de chaque drapeau 1 sont séquentiellement intercalés le long des axes, tandis que les extrémités d'entrée et de sortie de chaque tuyau 2 sont reliés au collecteur 3 sur des axes différents. Ainsi, les canalisations 2 en forme de U sont disposées transversalement, les unes au-dessus des autres, ce qui permet de réduire la distance entre les centres des trous reliant les canalisations 2 au collecteur 3 et, par conséquent, les pas entre les canalisations du collecteur 3. faisceau convectif décalé dans la direction transversale.
Le modèle d'utilité concerne la technologie des échanges thermiques et peut notamment être utilisé comme surface de chauffage par convection pour les chaudières.
La surface chauffante par convection est connue selon l'auteur. date URSS n° 844917, contenant un faisceau convectif en damier formé de drapeaux contre-positionnés constitués de tuyaux en U installés dans des collecteurs verticaux. Les tuyaux de chaque drapeau sont traditionnellement reliés à des collecteurs verticaux de sorte que les centres de leurs trous soient situés sur deux axes parallèles à l'axe du collecteur, et certains des tuyaux de chaque drapeau sont fixés le long d'un axe, et une partie - le long du autre. Dans ce cas, le pas entre les tuyaux du faisceau convectif décalé dans le sens transversal ne peut être inférieur à deux diamètres de tuyaux, ce qui ne permet pas de réduire l'encombrement de la surface chauffante par convection.
Le résultat technique du modèle d'utilité revendiqué est de réduire les pas entre les tuyaux dans la direction transversale au mouvement des gaz, ce qui permet, avec les mêmes dimensions de l'ensemble convectif, d'augmenter la surface totale de chauffe, et, en outre, augmente la vitesse de passage des gaz, ce qui augmente l'intensité du transfert de chaleur.
Le résultat technique spécifié est obtenu par le fait que dans une surface chauffante par convection contenant un faisceau convectif décalé formé par une installation verticale
collecteurs à drapeaux adossés constitués de tuyaux en forme de U, dans lesquels les tuyaux de chaque drapeau sont reliés à des collecteurs verticaux de manière que les centres de leurs trous soient situés sur deux axes parallèles à l'axe du collecteur, conformément à la proposition modèle d'utilité, les points de connexion des extrémités d'entrée des tuyaux en forme de U de chaque drapeau sont alternés séquentiellement le long des axes, tandis que les extrémités d'entrée et de sortie de chaque tuyau sont reliées au collecteur sur des axes différents.
Les dessins proposés expliquent l'essence de la proposition. La figure 1 montre une vue générale de la surface de chauffage par convection, les figures 2 et 3 la montrent respectivement en coupe selon A-A et B-B.
La surface chauffante par convection (Fig. 1-3) contient un faisceau convectif en damier formé de drapeaux 1 constitués de tuyaux en forme de U 2 reliés à des collecteurs verticaux 3. Les tuyaux en forme de U 2 de chaque drapeau 1 sont reliés à un collecteur vertical 3 de sorte que les centres de leurs trous sont situés sur deux axes parallèles à l'axe du collecteur vertical 3. Les points de connexion des extrémités d'entrée des tuyaux en U 2 de chaque drapeau 1 sont séquentiellement entrelacés le long des axes, tandis que l'entrée et la sortie les extrémités de chaque tuyau 2 sont reliées au collecteur 3 sur des axes différents. Ainsi, les canalisations 2 en forme de U sont disposées transversalement, les unes au-dessus des autres, ce qui permet de réduire la distance entre les centres des trous reliant les canalisations 2 au collecteur 3 et, par conséquent, les pas entre les canalisations du collecteur 3. faisceau convectif décalé dans la direction transversale.
L'appareil fonctionne comme suit.
Le fluide de travail pénètre dans les collecteurs 3 et est distribué à travers des tuyaux en forme de U 2 drapeaux 1 surface de chauffage par convection.
Les gaz chauds lavent transversalement les conduites 2, et du fait du pas réduit entre les conduites 2, qui assure un agencement plus dense des conduites en faisceau convectif décalé, la vitesse des gaz augmente. Le fluide de travail chauffé pénètre dans les collecteurs 3 et est retiré de la surface chauffante par convection.
La conception proposée de la surface chauffante présente des pas réduits entre les tuyaux du faisceau convectif décalé dans la direction transversale au mouvement des gaz par rapport au prototype. Le schéma de connexion des tuyaux en forme de U de chaque drapeau avec le collecteur permet, avec les mêmes dimensions de l'ensemble convectif, d'augmenter la surface de chauffage totale, ainsi que d'augmenter la vitesse des gaz dans la surface de chauffage par convection, augmentant ainsi l'intensité du transfert de chaleur.
Formule du modèle d'utilité
Surface chauffante par convection contenant un faisceau convectif décalé formé de drapeaux opposés installés dans des collecteurs verticaux, constitués de tuyaux en forme de U, les tuyaux de chaque drapeau étant reliés aux collecteurs verticaux de manière que les centres de leurs trous soient situés sur deux axes parallèles à l'axe du collecteur, caractérisé en ce que les points de connexion des extrémités d'entrée des tuyaux en forme de U de chaque drapeau sont alternés séquentiellement le long des axes, tandis que les extrémités d'entrée et de sortie de chaque tuyau sont reliées au collecteur sur des axes différents.
Les éléments de surface chauffante sont les principaux éléments de la chaudière et leur état de fonctionnement détermine principalement l'efficacité et la fiabilité de l'installation de la chaudière.
L'emplacement des éléments de surface chauffante d'une chaudière moderne est illustré sur la figure :
Cette chaudière est en forme de U. La chambre verticale gauche 2 forme un foyer, toutes ses parois sont recouvertes de canalisations. Les tuyaux situés sur les murs et le plafond dans lesquels l'eau s'évapore sont appelés écrans. Les tuyaux de tamis, ainsi que les parties du surchauffeur situées sur les parois du four, sont appelés surfaces chauffantes par rayonnement, car ils perçoivent la chaleur des gaz de combustion principalement due au rayonnement ou à l'émission.
La partie inférieure 9 de la chambre de combustion est habituellement appelée entonnoir froid. Dans celui-ci, des particules de cendres tombent du chalumeau. Les particules de cendres refroidies et durcies sous forme de morceaux frittés (scories) sont évacuées via le dispositif 8 dans le système hydraulique de décendrage.
La partie supérieure du four débouche dans un conduit de gaz horizontal, dans lequel se trouvent les surchauffeurs à tamis 3 et à convection 5. Les parois latérales et le plafond d'un conduit de fumée horizontal sont généralement également recouverts de tuyaux de surchauffeur. Ces éléments surchauffeurs sont appelés semi-radiatif, car ils perçoivent la chaleur des gaz de combustion à la fois comme résultat du rayonnement et de la convection, c'est-à-dire de l'échange thermique qui se produit lorsque les gaz chauds entrent en contact avec les canalisations.
Après le conduit horizontal Caméra PTZ commence la partie verticale droite de la chaudière, appelée puits de convection. Il contient des étages, des étages de réchauffeur d'air et, dans certaines conceptions, des serpentins, dans différentes séquences.
La conception de la chaudière dépend de sa conception et de sa puissance, ainsi que de la pression de la vapeur. Dans les chaudières obsolètes à trois tambours basse et moyenne pression, l'eau est chauffée et évaporée non seulement dans les tamis, mais également dans les tuyaux d'ébullition situés entre les tambours supérieur et inférieur.
À travers le 3ème faisceau descendant de tuyaux bouillants, l'eau du tambour arrière est descendue dans le tambour inférieur ; ces tuyaux font office de tuyaux de drainage. Un léger échauffement de ces conduits par les fumées ne perturbe pas la circulation de l'eau dans la chaudière, car à basse et moyenne pression la différence de densité de l'eau et de la vapeur est importante, ce qui assure une circulation assez fiable. L'eau est fournie aux chambres inférieures des tamis 7 à partir des tambours supérieurs 2 via des tuyaux d'évacuation externes non chauffés.
Dans les chaudières moyenne pression, la proportion de chaleur utilisée pour surchauffer la vapeur est relativement faible (moins de 20 % de la chaleur totale absorbée par la chaudière à partir des gaz de combustion), donc la surface de chauffe du surchauffeur est également petite et il est situé entre des faisceaux de tubes bouillants.
Dans les chaudières moyenne pression monocylindres de production ultérieure, la surface principale d'évaporation est placée sur les parois du four sous la forme de grilles 6, et un petit faisceau convectif 10 est constitué de tuyaux espacés selon un grand pas, qui représentent le partie semi-radiative de la chaudière.
Chaudières haute pression Ils sont généralement fabriqués avec un seul tambour et ne comportent pas de faisceaux convectifs. Toute la surface de chauffage par évaporation est réalisée sous la forme de tamis alimentés en eau par des tuyaux d'évacuation externes non chauffés.
DANS chaudières à passage unique x tambour est manquant.
L'eau de l'économiseur 3 s'écoule à travers les tuyaux d'alimentation 7 dans la chambre inférieure 6, puis dans la partie de rayonnement 5, qui est constituée de tuyaux d'évaporation (serpentins) situés le long des parois du four. Après avoir traversé les serpentins, la majeure partie de l’eau se transforme en vapeur. L'eau s'évapore complètement dans la zone de transition 2, située dans une zone de plus basses températures gaz de combustion. Depuis la zone de transition, la vapeur entre dans le surchauffeur 1.
Ainsi, dans les chaudières à flux direct, il n'y a pas de circulation d'eau avec son mouvement de retour. L'eau et la vapeur ne traversent les tuyaux qu'une seule fois.
Un surchauffeur est la surface chauffante d'une chaudière à vapeur dans laquelle la vapeur est surchauffée jusqu'à une température donnée. Les chaudières à vapeur modernes à haut débit de vapeur disposent de deux surchauffeurs : primaire et secondaire (intermédiaire). Le surchauffeur primaire reçoit de la vapeur saturée à la température de l'eau bouillante provenant du tambour de la chaudière ou de la zone de transition d'une chaudière à passage unique. La vapeur est fournie au surchauffeur secondaire pour le réchauffage.
Pour surchauffer la vapeur dans les chaudières à haute pression, jusqu'à 35 % de la chaleur est dépensée, et en présence de surchauffe secondaire, jusqu'à 50 % de la chaleur reçue par la chaudière à partir des gaz de combustion. Dans les chaudières avec une pression supérieure à 225 ata, cette part de chaleur augmente jusqu'à 65 %. En conséquence, les surfaces chauffantes des surchauffeurs à vapeur augmentent considérablement et, dans les chaudières modernes, elles sont placées dans les parties radiantes, semi-radiatives et convectives de la chaudière.
La figure ci-dessous montre un schéma du surchauffeur d'une chaudière moderne.
La vapeur du tambour 7 est dirigée vers les panneaux de tuyaux muraux des parties de rayonnement 2 et 4, puis vers les panneaux de tuyaux de plafond 5. Depuis le désurchauffeur 8, la vapeur pénètre dans les tamis 6, puis vers les serpentins 10 de la partie convective du surchauffeur. Le tamis est un ensemble de tuyaux en forme de U situés dans un plan, qui sont solidement fixés ensemble sans presque aucun espace. La vapeur entre dans une chambre du tamis, traverse les tuyaux et sort par la deuxième chambre. La disposition des écrans dans la chaudière est représentée sur la figure :
Les économiseurs d'eau ainsi que les aérothermes sont généralement situés dans des puits de convection. Ces éléments de surface chauffante sont appelés éléments de queue, car ils sont situés en dernier sur le trajet des fumées. Les économiseurs d'eau sont principalement constitués de tuyaux en acier. Sur les chaudières basse et moyenne pression, des économiseurs en fonte constitués de tubes à ailettes en fonte sont installés. Les tuyaux sont reliés par des coudes en fonte (kalachi).
Les économiseurs en acier peuvent être de type bouillant ou non bouillant. Dans les économiseurs de type bouillant, une partie de l'eau chauffée (jusqu'à 25 %) est transformée en vapeur.
Les chaudières modernes, contrairement à celles utilisées il y a plusieurs années, peuvent utiliser non seulement du gaz, du charbon, du fioul, etc. comme combustible. Les pellets sont désormais de plus en plus utilisés comme combustible respectueux de l'environnement. Vous pouvez commander des pellets pour votre chaudière à pellets ici - http://maspellet.ru/zakazat-pellety.
Surfaces de chauffage par convection des chaudières utilisant des tubes à ailettes, produits par l'entreprise UralKotloMashZavod sont des modèles modernisés qui intègrent notre riche expérience dans cette industrie et de nouvelles recherches de haute technologie pour augmenter l'efficacité et la résistance à l'usure de ces composants d'équipement de chaudière.
Il est désormais généralement admis que la surface chauffante par convection dans chaudières à eau chaude PTVM et KVGM sont le maillon le plus faible. De nombreuses chaudronneries, un certain nombre d'organismes de conception et d'entreprises de réparation ont leurs propres projets de modernisation. Le développement de l'usine de construction de machines JSC ZIO-Podolsk doit être reconnu comme le plus avancé. Les développeurs ont abordé le problème de manière globale. En plus d'augmenter le diamètre des tuyaux de 28 mm à 38 mm et de doubler leur pas transversal, les tuyaux traditionnels à parois lisses ont été remplacés par des tuyaux à ailettes. Des ailettes à membrane et à spirale croisée sont utilisées. Selon les développeurs, le remplacement de l'ancienne conception des chaudières PTVM-100 par une nouvelle permettra d'économiser jusqu'à 2,4 % de carburant et, surtout, d'augmenter de 3 fois la fiabilité opérationnelle et la durée de vie de la surface convective.
Ci-dessous se trouvent les résultats d'une nouvelle amélioration de la surface convective, visant la possibilité d'éliminer les ailettes de la membrane dans la partie à haute température de la surface afin de réduire sa consommation de métal. Au lieu de membranes, de courtes entretoises sont soudées entre les tuyaux. Ils forment trois ceintures de raidissement sur toute la longueur des sections et des poteaux d'espacement ne sont donc pas nécessaires. Exactement les mêmes inserts d'espacement courts sont utilisés dans la partie basse température de la surface constituée de tubes à ailettes transversales en spirale. Ils ont remplacé les racks emboutis encombrants. Le classement du pas transversal des canalisations et, par conséquent, des sections entre elles est effectué par des peignes au niveau des ceintures de raidissement. Les peignes fixent uniquement les rangées extérieures de tuyaux de chaque section. A l'intérieur de la surface chauffante assemblée à partir de profilés, les tuyaux sont classés selon le pas de poivre en raison de la conception rigide des profilés.
Des inserts d'espacement soudés entre les tubes de serpentins au lieu des entretoises traditionnelles sont utilisés depuis plus de 20 ans. Le résultat est positif. L'entretoise s'insère en toute sécurité refroidir et ne provoque pas de déformation du tuyau. Il n'y a eu aucun cas de fistule sur les canalisations en raison de l'utilisation d'inserts pendant toute la pratique à long terme.
Le refus des ailettes membranaires des tuyaux dans la partie haute température de la surface chauffante et le retour à une conception à tube lisse ont permis de réduire sa consommation de métal avec pratiquement aucun changement dans la perception thermique. Dans les premiers projets, le pas entre les ailettes transversales en spirale dans la partie basse température a été fixé à 6,5 mm, et dans les projets ultérieurs, il a été réduit à 5 mm. La pratique montre qu'en brûlant uniquement du gaz naturel dans des chaudières à eau chaude, cette étape peut être encore réduite et des économies de carburant supplémentaires peuvent être obtenues.
Entre 2002 et 2010, des surfaces de chauffage par convection modernisées pour les chaudières PTVM-100 ont été introduites dans la chaufferie du district de Gurzuf (Ekaterinbourg) - 4 chaudières ; Centrale thermique de l'usine sidérurgique de Nizhny Tagil (Nizhny Tagil) -3 chaudières ; CHPP de Sverdlovsk (JSC Uralmash, Ekaterinbourg) - 2 chaudières ; pour PTVM-180 : Saratov CHPP-5 (Saratov) - 2 chaudières ; KVGM-100 (région de Rostov) - 2 chaudières.
Il n'y a pas de commentaires sur le fonctionnement des surfaces chauffantes nouvellement développées et installées dans les chaudières à eau chaude. Une réduction significative de la résistance hydraulique et aérodynamique a été confirmée. Les chaudières atteignent facilement la charge nominale et fonctionnent de manière stable dans ce mode. Les inserts d'espacement utilisés sont refroidis de manière fiable. Aucune déformation des tuyaux et des sections elles-mêmes n'est observée dans les surfaces chauffantes modernisées. La température des fumées à la puissance nominale de chauffage d'usine a diminué de 15°C pour les chaudières avec un pas entre ailettes transversales en spirale de 6,5 mm et de 18°C pour les chaudières avec un pas entre ailettes de 5 mm.
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La surface chauffante de la chaudière est une partie importante, elle est constituée des parois métalliques de ses éléments, qui sont lavées par les gaz provenant directement du foyer, d'une part, et par un mélange vapeur-eau, d'autre part. Généralement, ses composants sont les surfaces de l'économiseur, du surchauffeur et de la chaudière à vapeur elle-même. Sa taille peut varier de 2-3m2 à 4000m2, cela dépend du domaine d'application de la chaudière et de sa destination.
Types de surfaces chauffantes de chaudière
La réalisation de surfaces chauffantes pour chaudières est assez développée et permet de les réaliser dans diverses configurations :
Tube-écran - les tuyaux sans soudure situés dans le foyer de la chaudière constituent la base d'une telle surface. En règle générale, le type de chaudière détermine quel écran est nécessaire : arrière, latéral droit ou gauche.
Convectif - faisceaux bouillants de tuyaux en acier sans soudure, placés en standard dans les sorties de gaz d'une chaudière fixe. Dans ce cas, la chaleur est obtenue par convection.
Les surfaces chauffantes convectives des chaudières sont largement utilisées dans la technique thermique, en particulier dans la production de générateurs de vapeur. Ce type comprend les surfaces réceptrices de chaleur telles que les économiseurs, les aérothermes et autres surfaces chauffantes d'une chaudière à eau chaude et à vapeur, à l'exception des surfaces des écrans de combustion, ainsi que les surchauffeurs à écrans à convection et rayonnement situés dans le premier conduit de fumée. et foyer. L'invention de ce type de surface réceptrice de chaleur a considérablement augmenté la fabricabilité de l'installation et des réparations ultérieures.
Surfaces chauffantes pour chaudières à vapeur
Les surfaces chauffantes des chaudières à vapeur dans divers systèmes industriels présentent des différences significatives les unes par rapport aux autres. Seul l'emplacement est identique - principalement le foyer et la méthode de réception de la chaleur par rayonnement. La quantité de chaleur perçue par les écrans de combustion dépend directement du type de combustible brûlé. Ainsi, pour une surface génératrice de vapeur, la perception varie de 40 à 50 % de la chaleur dégagée vers l'environnement de travail de la chaudière.
Modernisation des surfaces convectives : efficacité et durabilité
Néanmoins, les surfaces chauffantes par convection des chaudières à eau chaude constituent un point assez vulnérable, c'est pourquoi des projets pour son amélioration sont constamment créés. Le développement le plus efficace a été la décision d'augmenter le diamètre des tuyaux et de remplacer les structures standard à tubes lisses par des structures à ailettes, ce qui a permis d'économiser de la consommation de carburant et de tripler la durée de vie et la durée de vie globale, ainsi que la fiabilité de la surface convective. Il convient de noter que dans ce cas, les spécialistes ont utilisé la technologie des ailettes à membrane et à spirale croisée.
Pour réduire la consommation de métal, des projets assez réussis ont également été développés pour remplacer les ailettes membranaires dans la partie de la surface qui interagit avec hautes températures, sur de petits inserts d'espacement. En conséquence, la résistance, tant hydraulique qu'aérodynamique, ainsi que la consommation de métal ont diminué et la perception de la chaleur est restée au même niveau.
La société UralKotloMashZavod fournit des surfaces de chauffage par convection modernisées réalisées à l'aide de la technologie des ailettes tubulaires, ce qui permet d'augmenter l'efficacité et la résistance à l'usure de ces parties vulnérables de l'équipement des chaudières. L'entreprise possède de nombreuses années d'expérience dans la production et la vente de surfaces de haute technologie, qui ont fait leurs preuves sur le marché industriel.
La surface de chauffage par convection est située dans le conduit de gaz et représente un économiseur à serpentin composé de 16 sections. Les sections sont assemblées de telle sorte que les serpentins soient situés parallèlement à l'avant de la chaudière en damier. Pour la combustion du gaz, quatre brûleurs à foyer sont installés avec une fente droite se terminant au sommet par une brusque expansion. Les brûleurs sont placés entre des écrans de combustion verticaux.
Les surfaces chauffantes par convection doivent être équipées de dispositifs permettant d'éliminer les cendres déposées après le soufflage. Les cendres doivent être évacuées librement des points de collecte sans surcharge. Tous les endroits où s'accumulent les cendres déposées doivent être de taille suffisante et accessibles pour le nettoyage. Les sacs aveugles dans lesquels les cendres peuvent s'accumuler doivent être réduits au minimum.
| Z - schéma de connexion des surfaces chauffantes de l'écran. |
La surface de chauffe par convection de la chaudière 2 est constituée de 156 tuyaux horizontaux de 2 à 9 m de long, disposés en 6 rangées de 26 tuyaux chacun et soudés dans des collecteurs d'un diamètre de 108 X 4 mm.
| Générateur de vapeur BKZ 420 / 140. |
Les surfaces chauffantes par convection, à l'exception de l'économiseur, sont situées dans un plan perpendiculaire à l'avant et reposent sur des tuyaux suspendus 6, qui constituent le premier étage de l'économiseur.
Les surfaces de chauffage par convection dans les chaudières à vapeur mobiles sont constituées de surfaces d'évaporation de chaudière, de surchauffeurs de vapeur et d'économiseurs d'eau.
La surface de chauffe par convection, située dans la zone de température indiquée dans le tableau ou 50 C en dessous, doit être festonnée. Dans le cas contraire, les températures des gaz indiquées dans le tableau doivent être réduites de 50 C.
Les surfaces de chauffage par convection (évaporation et surchauffeur) sont situées dans deux conduits de gaz horizontaux indépendants et se présentent sous la forme de serpentins à tubes lisses situés verticalement. Surchauffeur de type convectif, à deux étages. La température de surchauffe de la vapeur est régulée par un désurchauffeur à deux étages installé dans la découpe.
Les surfaces de chauffage par convection sont situées dans deux conduits de fumées descendants avec des parois entièrement blindées. Les surfaces entourant chaque puits de convection sont la paroi intermédiaire de la chaudière, la paroi latérale de la chaudière, les parois avant et arrière du puits de convection.
Les surfaces de chauffage par convection sont généralement réalisées sous la forme de rangées de tuyaux avec un couloir ou une disposition en quinconce, lavés par les produits de combustion du combustible. Le mouvement des gaz dans le faisceau de tubes est longitudinal ou transversal. Dans ces surfaces chauffantes, le transfert de chaleur des gaz chauffants vers le fluide de travail s'effectue principalement par convection. La composante rayonnante dans le flux de chaleur total transféré au fluide de travail est relativement faible en raison d'une diminution de la température du flux de gaz lors de son déplacement dans les carneaux de la chaudière et de la faible épaisseur de la couche rayonnante dans l'espace inter-tubes.
Les surfaces de chauffe par convection de toutes les chaudières sont conçues de la même manière, à l'exception de la chaudière KB-TGB, qui dispose d'un seul boîtier installé dans la gaine de convection.
Les surfaces chauffantes par convection des chaudières à vapeur et à eau chaude jouent un rôle important dans le processus de génération de vapeur ou eau chaude, ainsi que l'utilisation de la chaleur des produits de combustion sortant de la chambre de combustion. L'efficacité des surfaces chauffantes par convection dépend en grande partie de l'intensité du transfert de chaleur des produits de combustion vers l'eau et la vapeur.