Термическое состояние газоплотных поверхностей нагрева котлов-утилизаторов

• Автор: Степин, Сергей Максимович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

1 АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ

1.1 Темпера турчое поле газоплотной цельносварной

ПАНЕЛИ. ПОСТОЯННЫЙ ТЕПЛОВОЙ ПОТОК.

1.2 Термические напряжения газоплотной

цельносварной панели.

1.3 Темпера турное поле огневого листа. Постоянный

тепловой поток. Балансовый метод.

1.4 Темпера турное поле огневого листа. Постоянный

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ на ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ.
1.5 Выводы И ПОСТАНОВКА ЗАДА ЧИССЛЕДОВАНИЯ.
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1 Экспериментальная установка и методика проведения
ЭКСПЕРИМЕНТА.
2.2 Расчет погрешностей и результаты эксперимента
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ДЛЯ ГАЗОПЛОТНОЙ ПАНЕЛИ.
3.1 УПРОЩЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ
ГАЗОПЛОТНОЙ ПАНЕЛИ.
3.2 Сравнение результатов расчетов по предлагаемой
УПРОЩЕННОЙ МЕТОДИКЕ С РЕЗУЛЬТАТАМИ, ИМЕЮЩИМИСЯ В
ЛИТЕРАТУРЕ И ПОЛУЧЕННЫМИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ
3.3 Выводы
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ДЛЯ ОГНЕВОГО ЛИСТА.
4.1 Основная методика расчета температурного поля
огневого листа.
4.2 Условие тепловой асимметрии.
4.3 Сравнение результатов расчета температурного поля
по различным методикам.
4.4 Сравнение результатов расчета температурного поля с
ПОЛУЧЕННЫМИ экспериментальными ДАННЫМИ.
4.5 Влияние основных параметров на температурное поле
4.6 Выводы.
5 НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОГНЕВОГО ЛИСТА
5.1 Напряжения и деформации огневого листа.
5.2 Расчет напряжений в сварном шве по средним
темпера турам участков
5.3 Влияние основных параметров на напряжения в сварном шве. Сравнение результатов расчета с
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРЕДЛОЖЕННОГО И ЧИСЛЕННОГО МЕТОДОВ
5.4 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Газы имеют примерно следующий состав: N^=%, 2=%, Н=5%, СО/=2%, =0,5%. Данная конструкция облегчает очистку теплообменных поверхностей от загрязнений, надёжно защищает поверхности теплообмена от сернокислотной коррозии в период пуска и останова котла. Первым шагом в проектировании стенки топки котла-утилизатора является расчет ее оптимального профиля по критерию металлоемкости, который диктуется температурой окалинообразования, температурными напряжениями и в некоторых случаях температурой конденсации водяных паров. При неправильном расчете температурного поля срок службы газоилотной поверхности из-за влияния сернокислотной коррозии снижается более чем в два раза по сравнению с расчетным. При неправильном расчете поля напряжений поверхность нагрева в местах концентрации напряжений выходит из строя практически мгновенно. На сегодняшний день не существует методики расчета температурного поля и поля напряжений огневого листа. Наравне с использованием огневого листа, для обеспечения герметичности топки котла-утилизатора при условии отсутствия в составе дымовых газов SO^, используют газоплотную панель (Рис. Температурное поле и поле напряжений газоплотной панели достаточно подробно исследованы. Но ввиду того, что исследования проводились в середине -х годов прошлого столетия, полученные результаты были представлены в виде номограмм. На сегодняшний день использование номограмм существенно затрудняет выбор оптимального профиля, а использование полученного ранее аналитического решения неудобно ввиду представления его в виде ряда с большим количеством членов. В результате возникает необходимость разработки инженерной методики расчета температурного поля газоплотной панели адаптированной под использование в пакете Excel. Рис. Ка - коэффициент трапецеидальности (1. Температурное поле газоплотной (цельносварной) панели. Постоянный тепловой поток. Первым этапом разработки цельносварной газоплотной панели является определение ее оптимальной конструкции (оптимального профиля трубы). При этом определяющий фактор - температура металла, от которой зависит возможность использования металла при известных предельно допустимых напряжениях. В г. A.B. Куцаев [2] впервые разработал методику расчета распределения температур в металле оребренной трубы. Им была предложена формула для расчета температуры в вершине прямоугольного ребра при радиационном теплообмене. Эта формула была в точности повторена уже в г. Р. Пихом [3]. Дополнительно Р. Пих вывел формулу для определения температуры металла трапециевидного ребра. Как A. B. Куцаев, так и Р. Пих считали возможным пренебречь изменением температуры по толщине ребра. Они ввели большое количество упрощений для вычисления температуры в вершине ребра, значительно снижающих точность ее определения. Серьезным шагом в создании более точной методики расчета явились работы Я. С. Жолудова, Е. И. Коноплева, В. А. Локшина, B. C. Корягина и др. В них было приведено решение уравнения Лапласа для трубы с несмещенным ребром, исходя из условия передачи трубе всей воспринятой ребром теплоты. При этом полагалось, что плотность теплового потока в основании ребра является неизменной. В дальнейшем для описания распределения температур в газоплотной панели будем использовать обозначения, представленные на Рис. Рис. Распределение температуры в зависимости от радиуса и угла трубы (Рис. С внутренней поверхности трубы происходит теплоотвод конвекцией к среде, температура которой равна нулю. Переизлучение от ребра к трубе отсутствует. Вся теплота, воспринятая ребром, через его основание передается трубе. Пренебречь составляющей переизлучения возможно в связи с ее малостью. По [] при температуре газов С, температуре лобовой образующей °С и ребра 0°С (q=0 кВт/м3, а= Вт/м2К, tc=0nC) доля переизлучения составит менее 0,5 %. В топках котлов, где используется данная конструкция, преобладает доля лучистой составляющей, поэтому конвективной составляющей пренебрегаем. W, sin(/2 + со)'і/1 2 k(. Рис. У2 - угол отклонения нижней грани ребра (Рис. Формула (1.