Типовой 4

Министерство образования и науки

Российской федерации

Федеральное агентство по образованию

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра Котельных Установок и Экологии Энергетики

Расчетное задание №4

по курсу

«Водно-химические режимы теплоэнергетических установок»

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ЭКРАННЫХ ТРУБ БАРАБАННОГО КОТЛА И МЕЖПРОМЫВОЧНОГО ПЕРИОДА

Студент: Разин Д.М.

Группа: ТФ-02-03

Преподаватель: Третьяков Ю.М.

МОСКВА

2007

Цель расчета.

Определить продолжительность межпромывочного периода работы испарительных труб котла в условиях образования внутритрубных отложений указанных веществ исходя из:

• достижения температурой наружной поверхности труб предельного значения по условиям окалинообразования (для стали марки ст20 );

• снижение прочностных характеристик труб с ростом температуры и утонения стенки из-за коррозионных процессов на наружной и внутренней поверхностях.

Меньшее допустимое значение межпромывочного периода этих двух расчетов и будет определять условия надежной работы испарительных труб котла.

Теоретическое введение.

Рассмотрим процессы на границе водный раствор - стенка трубы. На поверхность стенки за счет кристаллизации вещества поступает g_п примеси, за счет адсорбции g_адс. Часть продуктов коррозии g_к остается на поверхности стенки. Так как наружный слой отложений рыхлый и неустойчивый, то часть отложений g_см смывается и уносится потоком теплоносителя. В результате этих процессов на поверхности стенки образуется слой отложений g, мг/м².

Изменение массы отложившейся на стенке примеси во времени, в общем случае, определяется соотношением количества поступившей примеси и уносом (смывом) примеси со стенки.

В паровых котлах местное уменьшение величины отложений может происходить не только путем смыва их, но и за счет механического разрушения защитной пленки при изменении температурного режима труб (пуск, останов, переменный режим), так как коэффициенты линейного расширения магнетита (8.46·10^-6 1/^оС) и стали (12·10^-6 1/^оС) существенно различаются.

Количество отложений увеличивается из-за коррозии металла. Скорость коррозии зависит от температуры. В частности, при температуре металла свыше 572 ^оС процесс пароводяной коррозии интенсифицируется, при этом ускоряется рост отложений и температуры металла, Температура внутренней поверхности трубы зависит от толщины слоя отложений δ_отл:

t_вн = t_ср + q/α₂ + q δ_отл /λ_отл .

Следовательно, величина отложений влияет на скорость коррозионных процессов.

В обогреваемых трубах по условиям обеспечения надежного температурного режима определяется предельно допустимая масса отложений g^доп, г/м². Полученные зависимости дают возможность определить время работы поверхностей нагрева, за которое произойдет накопление g^доп, после чего необходимо производить химическую промывку поверхностей парового котла. Межпромывочный период t_мп зависит от качества воды, водно-химического режима, теплового потока и т.п.

Максимально допустимой температуре стенки по окалинообразованию [t_ст^н] соответствует допустимая величина отложений g^доп. По этой величине определяют время промывки поверхностей нагрева от образовавшихся отложений, т.е. межпромывочный период.

Исходные данные.

Рассматривается котел, работающий по двухступенчатой схеме испарения без промывки пара.

Рис.1. Двухступенчатая схема испарения.

1 – чистый отсек, 2 – солевой отсек.

Давление в барабане

Температура насыщения

Диаметр и толщина трубок

Воспринятый тепловой поток

Допустимая температура для стали20

Содержание примесей (Са) в котловой воде второй ступени

Рис.2. Температурный график к расчету температуры

экранных труб барабанного котла.

- температура рабочей среды; – температура на внутренней поверхности, в середине стенки трубы и на наружной поверхности соответственно; - толщина слоя отложений и стенки трубы; - скорость пароводяной смеси в трубе; – воспринятый тепловой поток.

Выполнение расчета.

1. Температура наружной стенки трубы определяется по формуле:

где – отношение наружного диаметра трубы к внутреннему ;

– коэффициент растечки теплоты (принимается из интервала 0.9 – 0.95);

– воспринятый тепловой поток на наружную поверхность трубы, кВт/м­²;

– толщина стенки трубы и слоя отложений соответственно, м;

– коэффициент теплопроводности металла стенки трубы и слоя отложений, кВт/( м²·К);

– коэффициент теплопередачи от стенки к обогреваемой среде, кВт/(м­²·К).

Отсюда находим термическое сопротивление слоя внутритрубных отложений:

Рассчитаем сначала коэффициент теплопроводности для стали 20:

где – температура стенки в среднем сечении, °С, определяется по формуле:

Расчет коэффициента теплопроводности – итерационный, в первом приближении зададимся значением температуры стенки в среднем сечении

По рассчитанному значению определим

Проведем расчет во втором приближении:

Таким образом, в результате итерационного расчета получаем следующие значения коэффициента теплопроводности и температуры стенки в среднем сечении:

По номограмме определим коэффициент теплоотдачи: .

Рассчитаем допустимую величину слоя отложений, учитывая, что коэффициент теплопроводности отложений для Са составляет :

2. По найденному значению толщины слоя отложений рассчитаем массу отложений:

где – плотность отложений для Ca.

Межпромывочный период определяется по формуле:

Здесь – средняя скорость роста отложений, которая для Ca определяется следующим образом:

Таким образом, межпромывочный период составляет:

3. Расчет экранных труб на прочность.

Минимальная толщина стенки составляет:

где номинальное допустимое напряжение определяется по температуре стенки в среднем сечении

Номинальная толщина стенки трубы:

Прибавка учитывает минусовое отклонение по толщине стенки трубы и все виды утонения при изготовлении трубы и составляет:

Прибавка складывается из поправки на коррозию внутренней поверхности трубы , и поправки на коррозию наружной поверхности трубы То есть

В результате номинальная толщина стенки трубы составит:

Запас на толщину стенки трубы равен:

Так как запас , то условие прочности экранных труб не выполняется, и разрушение трубы может произойти раньше . Поэтому необходимо принять величину запаса и провести обратный расчет с целью определения оптимальных параметров работы экранных труб.

4. Обратный расчет из условия прочности экранных труб.

Примем, что запас на толщину стенки трубы равен нулю: В этом случае номинальная толщина стенки составит:

Учитывая поправки на утонение, а так же на внешнюю и внутреннюю коррозию минимальная толщина стенки будет равна:

С учетом того, что а :

Определим допустимое напряжение :

Полученному значению соответствует температура стенки трубы в среднем сечении равная

Для полученного значения температуры рассчитаем коэффициент теплопроводности для стали20:

При первичном расчете было принято, что температура наружной поверхности трубок равна максимально допустимой по условиям прочности для заданной марки стали, то есть:

Достижение снижения температуры стенки трубы в среднем сечении при неизменной температуре рабочей среды возможно только при уменьшении наружной температуры трубы. Поэтому необходимо рассчитать температуру наружной стенки при измененной температуре в среднем сечении:

Определим допустимую величину слоя отложений при измененном значении температуры наружной стенки трубы:

Рассчитаем массу отложений кальция:

При неизменном значении скорости роста кальциевых отложений вычислим величину межпромывочного периода:

Анализ результатов работы.

В данной работе был произведен расчет продолжительности межпромывочного периода работы испарительных труб котла при следующем режиме работы:

- доля пара во 2-ом отсеке барабана

- доля продувки

- влажность пара

- концентрация примесей в воде солевого отсека .

При данных параметрах работы продолжительность межпромывочного периода составляет . Но при достижении предельно допустимой температуры наружной стенки трубы не обеспечивается запас по толщине стенки трубы (), что свидетельствует о недопустимости данного режима работы.

В связи с этим, был проведен расчет по условиям обеспечения нулевого запаса толщины стенки труб. По результатам этой части расчета температура наружной поверхности труб должна быть не более , а продолжительность межпромывочного периода составляет , что значительно меньше стандартных значений. Для достижения нормативных значений продолжительности межпромывочного периода рекомендуется проводить корректировку водно-химического режима котла (возможно применение фосфатного режима для уменьшения содержания примесей кальция).

Список использованной литературы.

1. Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Ю.М. Третьяков. «Расчеты сепарационных, воднохимических процессов в барабанных паровых котлах и сетевых подогревателях», М.: Издательство МЭИ, 2002.

2. Маргулова Т.Х., Мартынова О.И. «Водные режимы тепловых и атомных электростанций», М.: Высшая школа, 1987.