РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖАРОТРУБНЫХ КОТЛОВ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНОСТЕЙ

 

Боев Ю.А., А.С. Сафъянц, Т.Ю. Петренко

Донецкий национальный технический университет

 

В системах теплоснабжения ЖКХ эксплуатируют жаротрубные котлы, отличающиеся высокой температурой отходящих газов, что связано с несоответствием тепловой мощности котла и горелочного устройства. Несовершенство работы горелочного устройства приводит к значительным выбросам по СО и NO_х, в свою очередь высокая температура отходящих газов влияет на КПД котла, понижая его, что приводит к перерасходу топлива.

Эксплуатация ЖК напрямую связана с возможностью контроля отклонений параметров, определенных теоретически с применением теплового расчета, от данных, полученных в соответствие с режимной картой.

До сегодняшнего времени не существует точной методики теплового расчета жаротрубных котлов. На протяжении многих лет кафедра промышленной теплоэнергетики проводит анализ публикаций и работ, посвященных проблематике жаротрубных котлов, анализу их эксплуатации, а также особенностям тепловых расчетов котлов данного типа. Существующий «Нормативный метод расчета котельных установок» не пригоден для расчетов жаротрубных котлов по ряду причин. Одной их главных причин является то, что режим движения дымовых газов в трубах жаротрубного котла ламинарный (Re<2300). В ламинарном потоке жидкость движется несмешиваемыми струями, при этом в трубах перенос тепла в радиальном направлении, осуществляемый путем теплоотдачи от дымовых газов к стенке, протекает довольно медленно. Так как в «Нормативном методе» номограммы построены для турбулентного режима омывания поверхностей нагрева, они не могут быть использованы.

В данной статье представлены результаты работы по совершенствованию методики расчетов коэффициентов теплоотдачи от дымовых газов к стенкам жаровых труб и от труб к нагреваемой среде. С этой целью нами сделана попытка представить работу жаротрубных котлов в виде математической модели, в которой все этапы связаны тепломассообменными процессами, основным при этом является анализ теплоотдачи.

Для анализа теплоотдачи мы выбираем наиболее приемлемые формулы. Для расчета коэффициента теплоотдачи от дымовых газов к внутренней поверхности труб используем формулу (1):

            (1)

где  – критерий Нуссельта;

 – критерий Рейнольдса;

,  – критерий Прандтля при определяющей температуре  и температуре стенки трубы  соответственно;

 – поправка, учитывающая изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы.

При этом в качестве определяющей температуры принята средняя температура газов в трубе , а определяющий размер – внутренний диаметр трубы . Поэтому, для определения коэффициента теплоотдачи в качестве расчетных параметров принимаем следующие значения:  = 600 ⁰С;  = 0,033 м;  = 2 м/с;  = 0,5 м;  = 150 ⁰С.

Для расчета коэффициента теплоотдачи от дымовых труб к нагреваемой среде используем формулу (2):

                      (2)

В данном уравнении определяющий размер – длина трубы, а определяющая температура – средняя температура нагреваемой воды.

Поэтому, для определения коэффициента теплоотдачи в качестве расчетных параметров принимаем следующие значения определяющих параметров:  = 80 ⁰С;  = 0,038 м;  = 0,1 м/с;  = 0,5 м;  = 100 ⁰С.

Из анализа видно, что приведенные зависимости дают либо завышенные значения a₂, либо слишком заниженные.

В связи с отсутствием данных, которые  влияют на изменения температуры дымовых газов на коэффициент теплоотдачи от стенки жаровой трубы к рабочему телу, необходимо для каждого котла строить номограммы определяющих зависимостей.

Все полученные зависимости приведены на рисунке 1 и 2.

 

 

Рисунок 1 – Зависимость коэффициента теплоотдачи α₂ от температуры газов за топкой котла.

 

 

Рисунок 2 – Зависимость температуры уходящих газов от температуры газов за топкой котла.

 

Расчеты показали, что для обеспечения температуры уходящих газов не выше 160 ⁰С, коэффициент теплоотдачи должен быть в пределах a=82,5-84,7 кДж/м²× ч×⁰С. Данное предложение может быть использовано как энергосберегающее, при условии контроля сжигания топлива по составу отходящих газов.

Таким образом, математическая модель ЖК позволяет, выбрав оптимальный коэффициент теплоотдачи, рассчитать конечные параметры показателей работы котла и прогнозировать процессы, протекающие при сжигании топлива.

Снижение температуры уходящих газов с 250⁰С до 160⁰С позволяет снизить потери тепла с химическим недожогом, повысить КПД котла до 90,5%, а также снизить удельный расход топлива, что в свою очередь приводит к уменьшению выбросов NO_х в атмосферу.