Файл: Воронков, С. Т. Тепловая изоляция энергетических установок учеб. пособие.pdf

ную толщину и обладает большим значением коэффици­ ента теплопроводности. Поэтому термическое сопротив­ ление металлической стенки объекта незначительно, и температуру на наружной поверхности стенки и на внут­ ренней поверхности изоляции принимают равной темпе­ ратуре теплоносителя.

Термическое сопротивление слоя тепловой изоляции также пропорционально толщине слоя и обратно пропор­ ционально коэффициенту теплопроводности:

— •ч •град\ккал,

^■из

где биз — толщина слоя изоляции, ж; ^из — коэффициент теплопроводности изоляционного слоя, ккал/м • ч •град.

Термическое сопротивление слоя тепловой изоляции трубопровода (цилиндрической стенки) определяется бо­ лее сложной формулой

R f — -------- 2— ж3 • ч ■град\ккал,

2лХиз

где dm — наружный диаметр изоляционного слоя, ж; dH— наружный диаметр трубопровода, ж.

Толщины тепловой изоляции обычно колеблются в пределах от 0,030 до 0,200 ж; коэффициенты теплопровод­ ности изоляционного слоя — небольшие величины, колеб­ лющиеся в пределах от 0,050 до 0,120 ккал/м -ч- град. Поэтому значения термических сопротивлений изоляции достигают значительных величин (от 0,25 до 2,50— 3,00 м2 - ч - град/ккал), в основном определяющих тепло­ вой поток от теплоносителя через изолированную стенку в окружающую среду.

Последним элементом рассматриваемого процесса теплопередачи является отдача тепла наружной поверх­ ностью изоляции окружающему воздуху. Коэффициент теплоотдачи ап от наружной поверхности изоляции к ок­ ружающему воздуху определяет количество тепла, ко-

10

торое передается от 1 м2 нагретой поверхности к возду­ ху за 1 ч при разности температур 1°С и имеет размер­ ность ккал/м2 -ч-град. Значения коэффициента аи могут быть приняты:

для объектов в помещении сгн= 6-г-10 ккал/м2 • ч • град; для объектов на открытом воздухе ан = 20-ь-

“т-30 ккал/м2 • ч • град.

Термическое сопротивление теплоотдаче от наружной поверхности изоляции к окружающему воздуху опреде­ ляют по формулам:

для плоской стенки

для цилиндрической стенки

Полное термическое сопротивление изоляционной кон­ струкции (пренебрегая термическим сопротивлением при передаче тепла от теплоносителя к стенке и термиче­ ским сопротивлением стенки) определяют по формулам:

для плоской стенки

для цилиндрической стенки

Величина, обратная термическому сопротивлению, на­ зывается коэффициентом теплопередачи:

для плоской стенки

К — ~ ккал\м■?■ч • град.

для цилиндрической стенки

=ккал1м • я ■град.

Сдостаточной для практики точностью можно счи­ тать, что термическое сопротивление теплоотдаче наруж­ ной поверхности изоляции воздуху равноценно термиче­ скому сопротивлению основного слоя изоляции толщи-

11

ной 8—10 мм. Это «позволяет полностью определять теп­ лопередачу значением приведенного термического сопро­ тивления теплоизоляционной конструкции

/?к = — м2 ■ч ■град\ккал,

^•из где бк — приведенная толщина теплоизоляционной кон­

струкции, равная сумме толщин основного изоляционно­ го слоя биз и изоляционного слоя 6Шсоздающего терми­ ческое сопротивление, равноценное термическому сопро­ тивлению теплоотдаче окружающему воздуху.

Тепловой поток через изолированную стенку, или по­ тери тепла изолированным объектом в окружающую сре­ ду определяются по формуле

Физический смысл понятия «термическое сопротивле­ ние» нетрудно объяснить, расшифровав его размерность:

м2- ч- град/ккал —град/ккал/м2 ■ч, которая показывает,

что термическое сопротивление представляет собой тем­ пературный перепад в градусах, приходящийся на едини­ цу теплового потока.

Следует иметь в виду, что приведенные выше формулы соответствуют так называемому стационарному (устано­ вившемуся) тепловому состоянию. Стационарное тепло­ вое состояние характеризуется постоянством во времени теплового потока и распределением температуры в изо­ ляционном слое. Все изолированные объекты на электро­ станциях фактически работают в условиях стационарного теплового состояния. Нестационарное тепловое состоя­ ние, при котором тепловой поток и температуры меняют­ ся во времени, имеет место при остановках и пусках изо­ лированных объектов или характерно для объектов с ча­ сто меняющимся температурным режимом.

§ 3. Назначение парогенераторов и их вспомогательного оборудования

По принципу действия парогенераторы подразделяют на две группы: с тепловыделением от сжигаемого топли­ ва ■— обычные тепловые электростанции — и с тепловы-

12

делением от нагретого рабочего тела (вода, расплавы ме­ талла и др.) — атомные электростанции. На тепловых электростанциях парогенераторы бывают е естественной

ис принудительной циркуляцией.

Кгруппе с естественной циркуляцией относят бара­ банные парогенераторы, которые имеют один или не­ сколько барабанов. Циркуляция воды по трубам этих парогенераторов происходит из-за разницы плотностей пароводяной смеси и воды в обогретых и необогретых трубах. В парогенераторах с принудительной циркуля­ цией (прямоточных) циркуляция воды осуществляется принудительно насосами. Барабанов эти парогенераторы не имеют.

Перегретый - пар

Питательная

Вода

Дымовые

газы

Рис. 2. Современный барабанный парогенератор:

/ — главный паропровод, 2 —пароперегреватель, 3 — водяной экономайзер, 4 — воздухоподогреватель, 5 — обмуровка, 6 — экранные трубы, 7 — опускные трубы, 8 — топка, 9 — каркас, 10 — барабан

13

Парогенераторы с естественной циркуляцией воды.

Современный барабанный парогенератор (рис. 2) состоит из следующих основных элементов: топки, барабана, эк­ ранных труб, параперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогревателя, каркаса, обмуровки ,а также вспо­ могательного оборудования.

Т о п к а 8 служит для сжигания топлива и превра­ щения его в горячие дымовые газы. На старых парогене­ раторах сохранились топки с колосниковыми механиче­ скими решетками, где сгорание топлива происходит в слое. Современные парогенераторы оборудованы камер­ ными топками, как наиболее прогрессивными и обеспечи­ вающими наилучшее сжигание топлива. В топках камер­ ного типа сжигают угольную пыль, мазут и газ. Сгорание топлива в них происходит «на лету». Сжигание угольной пыли в камерных тапках требует дробления и размола угля, а также сушки угольной пыли. В зависимости от рода сжигаемого топлива топки оборудуют пылеугольны-

ходит образование пароводяной смеси и отделение пара от воды. Барабан представляет собой стальной сосуд ци­ линдрической формы, на котором имеются штуцеры для подвода питательной воды, отвода пара и установки предохранительных клапанов.

К барабану парогенератора присоединены экранные трубы, которые, закрывая все стены топки, являются ра­ диационными поверхностями нагрева. Нижними концами экранные трубы соединены с цилиндрическими сосуда­ ми — коллекторами экранов, расположенными вне топки. Экранные трубы, находящиеся в топке, называют­ ся обогреваемыми, а находящиеся вне топки — кеобсгреваемыми, или опускными. Назначение опускных труб ■—• подвод воды из барабана к коллекторам экранов.

П а р о й е р е г р е в а т е л ь 2 предназначен для нагре­ вания пара до температуры, необходимой для нормаль­ ной работы турбины. Пароперегреватель состоит из боль­ шого числа змеевиков, размещенных по всей ширине га­ зохода и объединенных входным, выходным и промежу­ точным коллекторами.

Пароперегреватель, расположенный в газоходе паро­ генератора, называют конвективным, так как он воспри­ нимает тепло (конвекцией) путем теплопередачи от по­ тока дымовых газов. На современных мощных парогене-

14

раторах для получения пара с высокой температурой (до 580°С) применяют дополнительно к конвективному радиационные пароперегреватели. Они располагаются на стенках топки и воспринимают тепло путем радиации (излучения) от горящего факела топлива. Перегретый пар из змеевиков пароперегревателя поступает в главные паропроводы 1.

В о д я н о й э к о н о м а й з е р и в о з д у х о п о д о ­ г р е в а т е л ь — элементы парогенератора, относящие­ ся к так называемым хвостовым поверхностям нагрева.

Водяной экономайзер 3 предназначен для подогрева до 260°С питательной воды, подаваемой в парогенератор, за счет тепла отходящих дымовых газов. Водяные эко­ номайзеры, подобно пароперегревателю, представляют собой систему змеевиков из стальных труб, расположен­ ных по всей ширине газохода и объединенных входными, выходными и промежуточными коллекторами.

Воздухоподогреватель 4 служит для подогрева возду­ ха, поступающего в топку для горения, постепенно до 120, 250, 350 и 385°С за счет тепла отходящих дымовых газов. Воздухоподогреватели бывают пластинчатые, трубчатые и вращающиеся. Наибольшее распростране­ ние получили два последних типа.

К а р к а с 9 п а р о г е н е р а т о р а — наружная ме­ таллическая конструкция, состоящая из колонн и балок, на которую опирают или подвешивают все поверхности нагрева парогенератора и ограждающие стены топки и газоходов. Каркас состоит из основных несущих колонн

иобвязочных балок, имеющих вспомогательное значе­ ние (придание жесткости каркасу, крепление обмуровки

ит. д.).

О б м у р о в к а — ограждения, отделяющие топку и газоходы парогенераторов от окружающей среды. Назна­ чение обмуровки — сохранение высокой температуры факела и дымовых газов, уменьшение потерь тепла в ок­ ружающую среду и обеспечение плотности ограждаю­ щих стен парогенератора во избежание присосов холод­ ного воздуха в газоходы и топку.

При рассмотрении работы парогенератора можно выделить три взаимно зависимых тракта: газовый, паро­ водяной и воздушный.

Газовый тракт. При сгорании топлива в топке паро­ генератора образуются факел и дымовые газы. Тепло от факела радиацией передается экранным поверхностям

15

нагрева, а дымовые газы последовательно проходят (омывают) пароперегреватель, водяной экономайзер, воз­ духоподогреватель, отдают свое тепло пару, воде и воз­ духу и с температурой 120—150°С покидают парогенера­ тор, поступая в газоход.

Воздушный тракт. Воздух, забираемый дутьевыми вентиляторами из помещения парогенератора, проходит между трубками воздухоподогревателя, внутри которых идут дымовые газы, и постепенно нагревается до темпе­ ратуры 385—400°С. По воздуховодам, представляющим собой стальные короба большого сечения, горячий воздух с температурой до 385°С подается к горелочным устрой­ ствам и далее в топку.

Пароводяной тракт. За счет тепла, получаемого эк­ ранными трубами от горящего факела и дымовых газов, вода закипает и в трубах образуется пароводяная смесь. Так как пароводяная смесь имеет меньшую плотность чем вода, она поднимается в барабан котла, а на ее ме­ сто по опускным трубам из барабана поступают новые порции воды. Так образуется замкнутый контур естест­ венной циркуляции: барабан •— опускные трубы — подъ­ емные (обогреваемые) трубы — барабан.

В барабане парогенератора пар отделяется от воды и по пароперепускным трубам поступает на входной кол­ лектор пароперегревателя. Этот пар содержит частицы воды, имеет невысокую температуру и называется насы­ щенным. Энергия его мала и использовать его для рабо­ ты турбин нельзя. Пройдя через пароперегреватель, пар приобретает высокую температуру и уже не содержит влаги. Такой пар называется перегретым. После паропе­ регревателя пар направляется по трубопроводам в тур­ бину.

Вода, которая ушла из котла в виде пара, восполня­ ется так называемой питательной водой, являющейся в основном конденсатом отработавшего в турбине и скон­ денсированного в воду пара.

Таким образом создается замкнутый пароводяной цикл: питательная вода — пароводяная смесь — пар — питательная вода (конденсат), а .по элементам тракта: экранные трубы и барабан-пароперегреватель — турби­ на-конденсатор — водяной экономайзер — барабан.

Парогенераторы с принудительной циркуляцией воды.

Прямоточные парогенераторы (рис. 3) имеют следующие поверхности нагрева: радиационные части (нижнюю,

16

пает в пароперегреватель 2 (ширмовый, а затем конвективный), откуда по паропро­

водам / уже острый пар поступает на лопатки турбины.

Для экономичной работы парогенератора и обеспече­ ния нормального горения топлива в топку подается подо­ гретый воздух. Подогрев воздуха осуществляется в воз­ духоподогревателе 5, расположенном в обратном газохо­ де парогенератора. Отсутствие барабана значительно снижает стоимость прямоточного парогенератора и уменьшает его металлоемкость.

Для прямоточных парогенераторов характерно не только отсутствие барабанов, но и особая конструкция экранных труб (слабонаклонная горизонтальная навив­ ка по периметру топки) и дополнительная поверхность нагрева — .переходная зона. Необходимость последней обусловлена тем, что в прямоточном парогенераторе во­ да не циркулирует по трубам, а полностью в них испаря­ ется за один ход. При этом часть находящихся в воде солей оседает на стенках труб. Отложение накипи проис­ ходит на сравнительно небольшом участке, в котором за­ вершается испарение воды. Этот участок (переходная зо­

17