Теплообменные аппараты ТТАИ
Сочетают в себе преимущества кожухотрубных и пластинчатых теплообменников без их недостатков.
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

Неравномерность теплопотерь через ограждения водогрейных котлов

К.т.н. В.А. Виноградов-Салтыков,
 Национальный университет пищевых технологий (г. Киев)
Д.т.н. В.Г. Федоров,
 Открытый международный университет
 развития человека «Украина» (г. Киев)
К.т.н. В.П. Марценко,
 Филиал Киевэнерго «Жилтеплоэнерго» (г. Киев)

Резюме

Потери теплоты от котельных агрегатов в окружающую среду можно уменьшить выравниванием плотности теплового потока от различных участков обмуровки. По степени неравномерности теплопотерь можно судить о ее причинах. По опытным данным построены гистограммы частот теплопотерь для водогрейных котлов НИИСТУ и ТВГ, а также для парового котла ДКВР, переведенного на водогрейный режим.

 

В [1] показано, что замена традиционной обмуровки водогрейного котла на шамотно-волокнистые плиты может почти вдвое снизить потери тепла в окружающую среду. Улучшение теплозащитных свойств ограждений и увеличение их толщины приводит к значительным капитальным затратам. Менее затратный путь - это выравнивание плотности тепловых потоков через отдельные элементы ограждения на этапах проектирования, эксплуатации и ремонта котлов. Покажем, что теоретически для выбранного типа изоляции и фиксированного ее расхода суммарные тепловые потери через ограждение котла будут минимальными, если плотность теплового потока q будет одинаковой через отдельные элементы ограждения, а также степень фактического несоответствия такому условию для исследованных типов котлов.

Обозначим q1 и q2 для двух элементов ограждения. Пусть d1 - толщина изоляции 1-го элемента, D - сумма толщин обоих элементов (условие фиксированного расхода материала изоляции), тогда D-d - толщина второго элемента.

Коэффициенты теплоотдачи с разных сторон ограждения a1 и a2, а также температурный напор Dt примем одинаковыми для обоих элементов.

Для установившегося режима котла:

q1 = Dt () -1;  q2 = Dt () -1                                                      (1)

 

Чтобы определить величину аргумента d при условии q1 + q2 = min, сложим (1) почленно и упростим:

q1 + q2 = l·Dt();   А =                                                           (2)

 

Поскольку А ¹ ¦( d ); l·Dt ¹ ¦( d ), получим:

       (3)

 

Вторая производная

                      (4)

поэтому условие   2d - D = 0                      (5)

 

соответствует q1+q2=min. Подставляя (5) в (2), получим q1=q2.

Распространив этот вывод на произвольное количество элементов ограждения, приходим к заключению, что необходимо стремиться к одинаковой плотности теплового потока через все ограждения поверхности котла. Желаемого результата q=idem можно достигнуть не только за счет разной толщины изоляции отдельных участков ограждения, но и ее составом, например, употребляя в наиболее напряженных в тепловом отношении местах изоляцию более высокого качества.

Учет того, что движущие силы и граничные условия для отдельных элементов ограждения котла могут существенно отличаться, усложняет приведенные выкладки, но не меняет принципиально результата.

Степень неравномерности теплопотерь через ограждения водогрейных котлов различных конструкций изучали на котлах трех типов: НИИСТУ, ТВГ и паровом котле ДКВР, переведенном на водогрейный режим. Котлы НИИСТУ-5 и НИИСТУ-5х2 (спарка) относятся к агрегатам малой производительности и устаревшей конструкции, однако до сих пор в эксплуатации находятся тысячи этих котлов. Каждую поверхность котлов (фронтальную, боковые, тыльную и верхнюю) разбивали на 20-30 участков, примерно одинаковой площади. Прямые измерения плотности теплового потока [1] усредняли для каждого участка и строили гистограммы частот [2]. В соответствии с рекомендациями [2] группировали значения q в десять интервалов: 100¸200, 201¸300, ..., >1001 Вт/м2 (рис. 1). По вертикали откладывали частоты N повторений значений q в каждом интервале. Для водогрейных котлов не установлено предельное значение допустимой плотности теплового потока, для мощных паровых котлов по данным ОРГРЭС [3], она составляет qдоп=350 Вт/м2. Экспериментальное исследование перепадов температуры и коэффициентов теплоотдачи от наружных поверхностей ограждений водогрейных котлов дает основание предложить в этом случае qдоп=250 Вт/м2. Это значение нанесено на гистограммах рис. 1 штриховой линией. Простой расчет показывает, что для НИИСТУ-5 всего 18% поверхности ограждений удовлетворяют такому требованию, а для НИИСТУ-5х2 - около 25%. Характер гистограмм показывает, что при проектировании обмуровки этих котлов были допущены ошибки, имеет место также наличие выгорания обмуровки. Наличие участков с q>1000 Вт/м2 (почти 10% для НИИСТУ-5 и около 6% для НИИСТУ-5х2) говорит об их критическом состоянии и необходимости срочного ремонта.

Иной характер имеют гистограммы распределения теплопотерь для современных компактных котлов ТВГ-4 и ТВГ-8 с ширмовыми экранами в топке (рис.2). Больше половины наружных поверхностей удовлетворяют условию q<250 Вт/м2, а для остальных участков увеличение теплопотерь соответствует резкому снижению количества участков. Гистограммы напоминают экспоненты с большим значением параметра распределения. Это свидетельствует о том, что спроектированы ограждения в основном правильно, а «всплески» теплопотерь вызваны некачественным монтажом или выгоранием обмуровки на отдельных участках. Подобную гистограмму теплопотерь имеет паровой котел ДКВР, переведенный на водогрейный режим (рис. 3). Это можно пояснить тем, что котел ДКВР разработан почти 70 лет тому назад, за это время его обмуровку много раз усовершенствовали. Кроме того, перевод котла на водогрейный режим привел к снижению общего уровня теплопотерь и выравниванию эпюров плотности теплового потока по отдельным элементам ограждения.

Службам эксплуатации водогрейных котлов для выявления участков обмуровки с повышенными теплопотерями и принятия решения об их ремонте не обязательно приобретать теплометрическую аппаратуру, которая изготавливается по индивидуальным заказам на кафедре теплотехники Национального университета пищевых технологий (г. Киев). Достаточно переделать стандартные термощупы: в термопарах расположить холодные спаи в воздухе на расстоянии 2-3 см от пластины термощупа. После прижатия пластины к поверхности сигнал термощупа будет пропорционален Dt2 - разности температур поверхности ограждения и воздуха за пределами пограничного слоя. Для расчета плотности теплового потока q=a2·Dt2 до получения экспериментальных данных по коэффициенту теплоотдачи a2 от ограждений водогрейных котлов можно пользоваться средней величиной a2=12,0±0,5 Вт/(м2×К), для паровых котлов большой производительности [4].

 

 

 
 
 

 

 

 


Рис. 1. Гистограммы распределения частот теплопотерь по наружным поверхностям
 котлов НИИСТУ-5 и НИИСТУ-5х2.

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 2. Гистограммы теплопотерь для котлов ТВГ-4 и ТВГ-8.


 Рис. 3. Гистограмма теплопотерь для котла ДКВР-10.

 Литература

1. Виноградов-Салтыков В.А., Федоров В.Г., Марценко В.П. Обобщение данных по потерям тепла водогрейными котлами в окружающую среду// Новости теплоснабжения. М. 2004, № 11. С. 29-30.

2. Федоров В.Г., Плесконос А.К. Планирование и реализация экспериментов в пищевой промышленности. М.: Пищ. пром-сть, 1980. 240 с.

3. Мейкляр М.В. Современные котельные агрегаты ТКЗ. М.: Энергия, 1978. 223 с.

4. Федоров В.Г., Виноградов-Салтыков В.А., Новик М.И. Теплометрия наружных поверхностей котла ТГМП-314А // Экотехнологии и ресурсосбережение. К.1999, № 4. С. 77-79.

 Журнал «Новости теплоснабжения» № 03, 2006, www.ntsn.ru

Виноградов-Салтыков В.А., Федоров Вг.., Марценко В.П. , Неравномерность теплопотерь через ограждения водогрейных котлов

Источник: Журнал "Новости теплоснабжения" № 03, 2006, www.ntsn.ru

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи: