Условия надежной работы элементов парового котла

Для надежной работы поверхностей нагрева парового котла необходимо поддерживать на допустимом уровне температурный режим металла труб. Для каждой марки стали определена предельная температура, при превышении которой невозможна длительная безаварийная работа трубы. Надежность поверхности нагрева в целом всегда определяется надежностью работы каждой из труб, включенных в эту поверхность.

В водотрубных котлах наибольшую температуру имеет наружная поверхность труб, непосредственно контактирующая с продуктами сгорания топлива. Температура металла наружной поверхности трубы, ºC

,

(7.1)

где μ – коэффициент растечки тепла (μ = 0,85…1,00); β – отношение наружного диаметра рассчитываемой трубы ко внутреннему; q – тепловой поток от греющей среды рабочему телу, кВт/м²; t_р.т– температура рабочего тела в рассчитываемом сечении трубы, ºC; α₂ – коэффициент теплоотдачи от стенки рабочему телу, кВт/(м²·К); δ_отл, δ_ст – толщина слоя внутритрубных отложений и стенки трубы, м; λ_отл, λ_ст – коэффициент теплопроводности отложений и металла трубы, кВт/(м·К).

В целях поддержания допустимой температуры стенки трубы необходимо обеспечивать высокие значения коэффициента теплоотдачи от стенки рабочему телу.

Теплоотдача от стенок труб рабочему телу в котлах осуществляется конвекцией. При конвективном теплообмене величина коэффициента теплоотдачи в основном зависит от скорости потока среды. Скорость потока в поверхностях нагрева, где организуется прямоточное принудительное движение рабочего тела, зависит от нагрузки котельного агрегата. Поэтому минимальная нагрузка котла должна регламентироваться скоростью потока, которая может обеспечить достаточный отвод теплоты от поверхности нагрева рабочему телу и поддержание допустимого значения температуры стенки.

На величину коэффициента теплоотдачи от стенки нагреваемому рабочему телу оказывает значительное влияние режим течения пароводяной смеси, а именно распределение фаз и скорости по сечению трубы. Массовое паросодержание на выходе из труб испарительных поверхностей паровых котлов с естественной циркуляцией составляет не более 0,2 и температура стенки таких поверхностей лишь на 15…20 ºC выше температуры рабочего тела. В прямоточных паровых котлах паросодержание по длине труб возрастает в пределах 0 < x < 1. На участках труб, где массовое паросодержание невелико, стенки омываются водой и коэффициенты теплоотдачи достаточно велики. Поэтому температура стенки таких участков незначительно превышает температуру рабочего тела. Когда внутренняя поверхность трубы будет омываться паром, температура стенки резко возрастет. В горизонтальных трубах имеет место расслоение двухфазного потока по сечению трубы: вода движется в нижней части трубы, пар – в верхней. Причем, чем больше диаметр трубы, тем расслоение потока интенсивнее. Т.е. в таких трубах на верхней образующей коэффициент теплоотдачи ниже, чем на нижней, и в верхней части трубы может иметь место перегрев стенки.