Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса, постановка задачи 12
1.1. Ребристые поверхности нагрева котельных экономайзеров 12
1.2. Обзор работ по контактному теплообмену .22
1.3. Особенности теплообмена при поперечном обтекании труб различных профилей и их
пучков .33
1.4. Постановка задачи .50
Глава 2. Исследование особенностей теплообмена в поверхностях нагрева из двухслойных
плавниковых труб .53
2.1. Экспериментальная установка, методики исследований .54
2.2. Результаты экспериментальных исследований 55
2.2.1. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление при поперечном омывании пучков из двухслойных труб 65
2.2.2. Влияние тепловых нагрузок на КТС и интенсивность теплопередачи. Оптимальные условия надежной работы двухслойных труб 72
2.3. Аналитическое решение задачи теплообмена в
двухслойных плавниковых трубах 95
2.3.1. Постановка задачи и вывод дифференциального уравнения 91
2.3.2. Методика расчета теплообмена в двухслойних трубах .96
Глава 3. Особенности обтекания газовой средой труб различных профилей и их пучков 105
Глава 4. Опытно-промыпшенная технология изготовления поверхностей нагрева из двухслойных плавни ковых труб 128
4.1. Разработка технологии и оборудования для получения двухслойных труб 129
4.1.1. Требования к исходной заготовке 129
4.1.2. Рабочий инструмент для черновой формовки 131
4.1.3. Устройство для чистого профилирования 133
4.2. Методика контроля качества двухслойных труб 133
4.2.1. Распределение зазоров по длине изделия 135
4.2.2. Определение зазоров с помощью микроскопа 138
4.2.3. Приближенный метод определения зазоров 139
4.2.4. другие способы контроля w 140
4.3. Обработка технологических режимов 141
4.3.1. Давление на рабочие ролики калибровочной установки. 142
4.3.2. Форма рабочей поверхности инструмента и конструкции устройства 142
4.3.3. Профилирование с различным числом проходов 144
4.3.4. Очистка поверхности сопрягаемых труб .144
4.4. Технологическая инструкция по опытно-промышленному изготовлению двухслойных труб 146
4.5. Технология сборки змеевиков из двухслойныхтруб 147
4.6. Выводы по главе 4 .148
Глава 5. Промышленные испытания поверхностей нагрева из двухслойных труб 150
5.1. Испытания опытного змеевика из двухслойных труб на Троицкой ГРЭС 151
5.1.1. Краткое описание объекта исследований 153
5.1.2. Методика проведений испытаний и анализ результатов 154
5.2. Испытания опытных поверхностей нагрева из двухслойных труб на Базаровской ГРЭС 156
5.2.1. Краткое описание объекта исследований 157
5.2.2. Опытная установка № I 159
5.2.3. Опытная установка 166
5.2.4. Результаты испытаний, их анализ. 169
5.2.5. Заключение 171
5.3. Испытания опытно-промышленного экономайзера из двухслойных труб на ТЭЦ-17
Мосэнерго (Ступино) 172
5.3.1. Краткое описание объекта исследований. 173
5.3.2. Схема экспериментального контроля и методика проведения испытаний... 175
5.3.3. Результаты опыта, их анализ 177
Глава 6. Выводы по диссертации. 185
Литература 187
Приложение I 200
- Ребристые поверхности нагрева котельных экономайзеров
- Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление при поперечном омывании пучков из двухслойных труб
- Особенности обтекания газовой средой труб различных профилей и их пучков
- Разработка технологии и оборудования для получения двухслойных труб
- Испытания опытного змеевика из двухслойных труб на Троицкой ГРЭС
Ребристые поверхности нагрева котельных экономайзеров
Трубы с поперечным оребрением были применены еще в ранних конструкциях котельных экономайзеров (Каблиц, ЦКГИ и др.). В настоящее время в связи с успехами технологии получили дальнейшее распространение.
В нашей стране первый опытный экономайзер из стальных попереч-нооребренных труб испытан в ЦКТИ им.И.Й.Ползунова в 1973 г. /6/. Опытный экономайзер установлен на ТЭЦ ЦКТЙ на котле ДКВР 35-39 вместо гладкотрубного. Он состоял из коридорного пучка труб /$ 28 х 3 мм.с шагами S, - 70 мм и = 50 мм. Трубы выполнены со спи-ральноленточным оребрением с ребрами высотой 10 и шагом 10 мм.
Испытания опытного стального поперечнооребренного экономайзера показали его работоспособность и эффективность при сжигании газообразного и жидкого топлива.
Так, применение поперечного оребрения позволило сократить длину труб примерно в 2,4 раза по сравнению с гладкотрубным вариантом. Однако для обеспечения эффективной работы такой поверхности при сжигании мазута следует предусматривать регулярную очистку труб.
Цромышенные испытания экономайзеров из труб с поперечным кольцевым ореберением проведены ЦКТИ совместно с ЗИО и Красноярским политехническим институтом в 1976 г. на стенде Красноярской ТЭЦ-I, представляющим собой шунтированный газоход котла ПК-ТО /6/. Экономайзер установлен в байпасном газоходе и включен по противо-точной схеме. Змеевики экономайзера выполнены из труб 32 мм с шахматным расположением с шагами 112 и 60 мм. Оребрение поперечно-ленточное с шагом 5 и высотой 10 мм.
Испытаниями установлено, что зола бурых углей Канско-Ачинско-го бассейна образует на поверхности таких труб прочные связанные отложения, удаление которых ведет к нарушению механической прочности соединения ребра с трубой.
Поэтому применение труб с поперечным оребрением признано /6/ целесообразным только для ВЭ котлов, сжигающих топлива, зола которых не образует прочных связанных отложений.
Так, замена гладкотрубного экономайзера котла ПК-І4 ребристым из труб /б 32 х 4 с оребрением І х 10 мм позволила Троицкой ГРЭС, работающей на экибастузском угле, поднять нагрузку котла со 190 т/ч до номинальной 220 т/ч при одновременном уменьшении скоростей газов и поверхности нагрева /7/.
class2 Исследование особенностей теплообмена в поверхностях нагрева из двухслойных
плавниковых труб . class2
Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление при поперечном омывании пучков из двухслойных труб
Там же нанесены зависимости и для обычных плавниковых пучков и кривая для бесконечного ряда гладких труб ДОб/.Как видно из рисунков, эффект разрывов также имеет место для двухслойных плавниковых труб; кривая влияния зазора у них идентична кривым для плавниковых и глад-котрубных пучков; положение максимумов кривых теплоотдачи примерно совпали. За исходную величину для сравнения была принята, как и в работе Л06/, теплоотдача из Л07/ мембранной поверхности той же геометрии, что и у пучка № I.
Однако эффект разрывов для двухслойных труб имеет не такой ярко выраженный характер, разница между максимумом и минимумом теплоотдачи не столь значительна, как у обычных плавниковых труб.
Это, по всей вероятности, объясняется более обтекаемым профилем двухслойной трубы по сравнению с обычными плавниковыми трубами и мембранными поверхностями нагрева. Как видно из рис.2.6, 2,8 максимум теплоотдачи имеет место при S& = 70 мм, разрыве между плавниками і = 25 мм и соотношении /«? % = 0,18. При увеличении $2 до 85 мм теплоотдача пучка снижается На рис.2.7 показано изменение аэродинамического сопротивления пучков двухслойных труб в зависимости от продольного шага и величины разрывов между плавниками "4 ". Самое низкое аэродинамическое сопротивление у пучка J 3 с продольным шагом = 85 мм, разрывом между торцами плавников 4 - 55 мм и соотношение.
Особенности обтекания газовой средой труб различных профилей и их пучков
В данной области работы исследовано влияние профиля оболочки двухслойной трубы и величины продольного шага % пучков из них на характер обтекания их поперечным потоком.
Исследования проводились в изотермических условиях на установке, состоящей из вентилятора, распределительно-успокоительной емкости и рабочего участка. Последний представлял собой прямоугольный канал длиной 800 м, высотой / = 150 мм. Ширина канала в опытах менялась в диапазоне значений от 252 до 340 мм. Его рабочий участок позволял осуществлять продувку как одиночных профилей, так и пучков (рис.3.1). Геометрические характеристики исследованных в работе профилей и пучков приведены на рис.З.ТлВсе исследования проводились в области близких для котельной практики значений чисел /&= (1 4). Ю4.
При проведении экспериментов измерялись поля средней скорости и значений К# пульсационной составляющей продольной скорости в поперечных сечениях канала, а также поля давлений по периметру профиля. Кроме того при исследовании пучков снимались входные и выходные поля полного и динамического давлений во входном и выходном сечениях.
Разработка технологии и оборудования для получения двухслойных труб
В соответствии с изложенными соображениями исходной заготовкой для оребрения принята электросварная сравнительно дешевая труба из углеродистой стали 10. В качестве несущей взята обычная котельная труба из углеродистой стали 20. Коэффициенты термического расширения этих материалов весьма близки, что имеет немаловажное дначение при работе двухслойных труб в условиях котельных поверхностей нагрева» Сочетание исходных труб выбиралось таким, чтобы обеспечить оптимальное оребрение.
Коэффициент оребрения двухслойной трубы можно представить в виде отношения К-где Я) - наружный диаметр трубы оболочки; ОІ - то же несущей трубы.
Возможные комбинации исходных труб, а также коэффициенты оребрения соединений в различных вариантах двухслойных труб приведены в табл.4.1. Трубы, указанные в таблице, используются в промышленности /116/. Их весовые, стоимостные и прочие характеристики представлены в табл.4.2. Как показал анализ влияния различных факторов на тепловую эффективность двухслойных труб, оптимальный коэффициент оребрения примерно равен двум. Меньшая его величина ведет к перерасходу несущих труб. При большем же значении коэффициента оребрения двухслойные трубы получаются со слишком высокими плавниками, имеющими низкую удельную тепловую эффективность. В качестве несущей трубы принята труба 0 42 х 6,5 мм из стали 20, применяемая в экономайзере котла П-67. Соответственно в качестве оболочки взята электросварная труба 0 83 х 2 мм. Экспериментальная оснастка разработана применительно к этому варианту двухслойной трубы.
Двухслойные плавниковые трубы изготовлялись методом холодной деформации. Наружные тонкостенные трубы оболочки 0 83 х 2 предварительно отжигались при температуре 670 - 680С#
При обжатии неотожженных труб, как показали специальные эксперименты, на них возникали продольные трещины. Внутренняя поверхность наружных труб очищалась на дробеструйной установке. Несущие трубы очищались снаружи на автоматической зачистной линии.
Разработанная опытно-промышленная технология изготовления двухслойных труб включала две основные операции
- черновую формовку путем последовательного по длине обжатия в штампе;
- чистовое профилирование посредством обкатки роликами на калибровочной установке.
Испытания опытного змеевика из двухслойных труб на Троицкой ГРЭС
Змеевик изготовлен из двухслойных труб 42x4,5x83x2x115 . Фотография змеевика представлена на рис.5.1.
Этот змеевик имел низкую тепловую эффективность, так как технология изготовления двухслойных труб к этому времени еще не была отлажена. Двухслойные трубы изготовлялись лишь посредством обжатия в штампе несущей трубы оболочкой без последующей калибровки. Поэтому контакт был недостаточно плотным. Однако этот змеевик являлся первым из двухслойных труб, установленным в котельном агрегате. Он находился в эксплуатации, как упоминалось, с середины 1977 года.
Испытания змеевика проведены в 4-е этапа. Первый этап был проведен непосредственно сразу же за пуском котла после реконструкции его с установкой мембранного экономайзера вместо гладкотрубно-го, второй этап - после того, как котел проработал примерно 4700 часов, третий - через 10000 часов и четвертый - спустя почти пять лет после установки змеевика.
Целью испытаний являлся анализ надежности двухслойной конструкции в процессе длительной эксплуатации путем проверки стабильности тешювосприятия двухслойного змеевика, а также сравнение теп-ловосприятия змеевика из двухслойных труб и соседних с ним змеевиков в начале кампании в 1977 году и последних исследованиях.
