Совершенствование топочной теплометрии на основе градиентных датчиков теплового потока

• Автор: Османов, Виктор Викторович
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 158 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1 Методы топочной теплометрии

1.1 Обзор методов топочной теплометрии

1.2 Современные ДТП

1.3 Становление градиентной теплометрии

1.4 Градиентная теплометрия в промышленных условиях

1.5 Выводы по главе 1 и постановка задач исследований

Глава 2 Создание и исследование ГДТП для топочной теплометрии

2.1 Анализ топочных условий

2.2 Выбор материалов и технология изготовления ГДТП
2.3 Градуировка ГДТП
2.4 Выводы по главе
Глава 3 Создание и исследование зондов на основе ГДТП
для топочной теплометрии
3.1 Требования к измерительному зонду
3.2 Конструкция зонда
3.3 Численное моделирование теплового состояния топочного экрана
3.4 Градуировка зонда
3.5 Ресурсные испытания зонда на многоцикловый нагрев-охлаждение
и водяной термошок
3.6 Выводы по главе
Глава 4 Топочная теплометрии на основе ГДТП
4.1 Постановка задач промышленного эксперимента
4.2 Описание котла
4.3 Методика теплометрии на основе зондов с ГДТП
4.4 Система топочной теплометрии для котла П-
4.5 Промышленные испытания
4.6 Технико-экономическая оценка промышленного внедрения
системы топочной теплометрии на основе ГДТП
4.7 Выводы по главе

Заключение
Список использованных источников
Приложение Л Оценка тепловых потерь градуировочного стенда
Приложение Б Оценка неопределенностей
Приложение В Акты внедрения

ВВЕДЕНИИ
Актуальность темы. Совершенствование конструкций, оптимизация режимов энергетических котлов требует экспериментальных исследований процессов теплообмена. Определение тепловых потоков (теплометрия) на поверхностях теплообмена является важной составляющей теплотехнического эксперимента. Несмотря на бурное развитие цифровой измерительной техники, позволяющей регистрировать и обрабатывать большие массивы данных, в области топочной теплометрии наблюдается застой, и это связано, с одной стороны, с отставанием средств измерений (датчиков) от уровня преобразовательной техники, а с другой стороны, с высокой трудоемкостью и стоимостью работ.
Температурные вставки, используемые в топочной теплометрии, зарекомендовали себя как наиболее надежное и представительное средство измерения тепловых потоков, однако их применение требует вмешательства в герметичный водопаровой тракт высокого давления.
В 2007 г. в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете (СПбГТУ) под научным руководством С.З. Сапожникова были созданы на основе анизотропных слоистых композитов термостойкие градиентные датчики теплового потока (ГДТП), применение которых в топочной теплометрии открывает новое перспективное направление в теплотехническом эксперименте.
Диссертация посвящена развитию нового направления — топочной теплометрии на основе ГДТП (топочной градиентной теплометрии).
Актуальность темы подтверждается поддержкой, оказанной работе Российским фондом фундаментальных исследований (проект 08-08-00969-а).
Степень разработанности темы. В работах С.З. Сапожникова,
В.Ю. Митякова и A.B. Митякова разработаны основы теории ГДТП, позволяющие с единых позиций описывать и сопоставлять действия сплошных и слоистых датчиков, выбирать материалы для их создания, а также конструктивные и технологические параметры, прогнозировать вольт-ваттную чувствительность.

Факел неизотермичен не только по высоте и ширине топки, но и вблизи экранов (до 1...1,5м от поверхности нагрева). Снижение температуры и местной плотности теплового потока зависит от оптической плотности факела, степени турбулентности, а, следовательно, от технологических и режимных условий. Так, например, в сланцевых котлах падение температуры в пограничном (пристенном) слое может достигать 400...500 К [66, 67].
Температура экранной стенки определяется плотностью падающего теплового потока, термическим сопротивлением слоя натрубных золовых отложений и интенсивностью теплоотвода в пароводяную среду.
Плотность падающего теплового потока существенно изменяется по высоте и ширине топки, как уже отмечалось, вследствие неизотермичности факела. При этом температура факела изменяется от 0,2 до 0,9 от ее адиабатического значения, а плотность падающего теплового потока— от 20 до 600 кВт/м2 [53]. Колебания зависят от мощности энергоустановки, технологии сжигания, способа шлакоудаления, вида топлива и режимных условий. При среднем по топке коэффициенте тепловой эффективности экранов на уровне 0,35...0,65 [53, 54], средняя по топке воспринятая плотность теплового потока составляет 10...390 кВт/м2. Учитывая неравномерность тепловос-приятия в объеме топки, по нашим оценкам максимальные значения воспринятой плотности теплового потока могут достигать 500 кВт/м2.
При современной глубокой химической подготовке питательной воды практически не образуется внутритрубных отложений (накипи). При этом в испарительном контуре коэффициент теплоотдачи к пароводяной смеси на 3 порядка выше, чем коэффициент теплоотдачи на внешней границе золовых отложений. Это приводит к тому, что температура металла труб поверхностей нагрева определяется, главным образом, температурой рабочей среды и близка к температуре кипения при давлении в экранной системе. Как показывают эксперименты [68], для котлов с естественной циркуляцией при давлении в контуре менее 18 МПа температура металла труб топочных экранов превышает температуру рабочей среды не более чем на 60 К. Таким образом, для указанного типа котлов температура металла труб экранов обычно не превышает 600...670 К.
В прямоточных котлах сверхкритического давления (более 25 МПа) температура металла топочных экранов может достигать 720 К.
Разрабатываемые ГДТП предполагается устанавливать на газоплотной стенке топки. Их рабочие температурные условия будут соответствовать температуре наружной поверхности экранов, обращенной в топку.