Поверхностей нагрева

Показатели надежности температурного режима

Температурный режим поверхностей нагрева

Надежная работа поверхностей нагрева котла определяется температурным режимом металла труб, Для каждой марки стали имеется предельно допустимая температура, при превышении которой прочностные характеристики начинают резко понижаться и длительная работа без аварийных повреждений становится невозможной.

Повреждения могут произойти при температуре стенки ниже предельной, если имеют место систематические ее колебания. Дополнительные знакопеременные температурные напряжения, возникающие при большом числе циклов (теплосмен), приводят к усталостным повреждениям.

Надежность работы поверхностей нагрева определяется надежностью работы всех без исключения параллельно работающих труб. Надежность работы обогреваемых труб должна характеризоваться достаточным запасом механической прочности, отсутствием окалинообразования и допустимыми колебаниями температуры стенки.

Значения температуры стенки зависят от температуры среды, протекающей на данном участке, от условий внутреннего теплообмена, наличия отложений и от местной тепловой нагрузки. При этом учитываются особенности гидравлического режима, неравномерность тепловосприятия по периметру и растечки теплоты в стенке. Средняя по толщине температура стенки разверенной трубы определяет допускаемые напряжения и может быть найдена из выражения:

(4.1)

Температура наружной поверхности определяет возможность наружной коррозии и равна:

(4.2)

В формуле (4.1) и (4.2) приняты обозначения:

– температура среды в расчетном сечении средней трубы; – температурная разверка, т.е. превышение температуры среды в расчетном сечении разверенной трубы над температурой среды в том же сечении средней трубы; – отношение наружного диаметра к внутреннему; – толщина стенки трубы; – коэффициент растечки теплоты; – плотность теплового потока в точке максимального тепловосприятия на наружной поверхности наиболее нагруженной (разверенной) трубы, Вт/м²; – коэффициент теплопроводности металла стенки, Вт/мК; – коэффициент теплоотдачи от стенки к среде, Вт/м²К.

Формулы (4.1) и (4.2) являются видоизменением обычных выражений для разности между средней по толщине температурой наружной поверхности цилиндрического сосуда (4.2) и температурой среды внутри сосуда при наружном обогреве. Для второго случая известно, что

,

где – теплота, переданная одному погонному метру трубы, Вт/м;

Если вместо использовать, (по наружной поверхности трубы) и заменить величиной, то получим:

.

Разлагая в ряд, и ограничиваясь первым членом ряда и, учтя и, нетрудно прийти к выражению (4.2).

Как видно из (4.1) и (4.2) максимальное превышение температуры стенки над температурой среды слагается из температурной разверки и термического сопротивления стенки и пристенного слоя. Температурная разверка в сильной мере зависит от гидравлического режима, причем неудачная организация последнего может привести к росту температурной разверки и перегреву труб.

Обычно расчетную проверку надежности работы поверхности нагрева выполняют в стадии проектирования, причем анализируются разные участки с предполагаемой высокой температурой стенки. Наибольшую опасность для металла стенки представляют участки с неблагоприятным сочетанием высоких значений и при одновременном сравнительно низком значении и больших толщинах стенки.

Коэффициент теплопроводности металла, зависит от химического состава стали и ее температуры. Так для углеродистой стали при умеренной температуре превышает в 3-4 раза высоколегированных сталей. С повышением температуры перлитных сталей падает, а высоколегированных растет. При всех сталей практически одинаков. В диапазоне, характерном для пароперегревателей, легированных сталей ниже чем углеродистых и составляет 15 – 20 Вт/мК.

При нормальном протекании гидродинамических и тепловых процессов в поверхностях нагрева котлов на органическом топливе они работают надежно десятилетиями. Однако достаточно перебоя в их охлаждении на доли минуты, чтобы произошло аварийное повреждение, за которым следует аварийный останов котла. Особенно это относится к интенсивно обогреваемым парообразующим трубам в топке. У радиационных поверхностей нагрева наибольшая тепловая нагрузка имеет место в области ядра факела и может достигать при сжигании твердых топлив 300-350 кВт/м², а при сжигании мазута 580-700 кВт/м². Средние тепловые нагрузки в пылеугольных топках колеблются от 60 до 250 кВт/м². Распределение тепловых нагрузок в настенных экранах крайне неравномерно по периметру трубы. Лобовая поверхность имеет большее тепловосприятие, а тыловая – наименьшее. Благодаря этому возникает температурный градиент и появляется перетечка теплоты от зоны с повышенной температурой к зоне с меньшей температурой металла.

Для учета перетечки теплоты в расчетные формулы в расчетные формулы включают коэффициент растечки теплоты, представляющий собой отношение температуры в расчетной точке при действительном распределении по периметру трубы к температуре в этой же точке при равномерном распределении тепловых потоков.

Условия работы металла поверхностей нагрева при СКД значительно труднее, чем при докритическом давлении.

	Так, в котлах высокого давления (13,7 МПа) топочные экраны, расположенные в области самых высоких теплонапряжений, охлаждаются пароводяной смесью с темпера­турой насыщения около 335 ºС. При этом нет причин возникновения температурной раз­верки. В экранах же топки котла СКД темпе­ратура среды в среднем по потоку меняется от 320 до 450-460 ºС и в них из-за теплогидрав-
Рис. 4.1 Распределение тепловых потоков по периметру трубы

лической разверки возможна большая температурная разверка. Из-за увеличенной толщины стенки перепад температур в ней растет и в результате допускаемое напряжение снижается и может оказаться, что при больших теплонапряжениях увеличение толщины стенки приведет к снижению ее прочности. Температура поверхности нагрева здесь находится в той области, где наблюдается наиболее сильная зависимость прочности от температуры. Так повышение температуры на 10 ºС снижает допускаемое напряжение на 11-12 %.

Статистика свидетельствует, что 80 % вынужденных остановов энергоблоков СКД происходит в результате отказов теплотехнического оборудования, из которых на долю котлов приходится примерно одна треть. Причем 60 % отказов из-за повреждений поверхностей нагрева.

Таким образом, основным условием надежной работы котлов ТЭС является предупреждение перегрева труб, что возможно при соблюдении определенных гидравлических и тепловых режимов.

Дата добавления: 2014-01-04