Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Ростунцова И.А. 1 Шевченко Н.Ю. 2 Сошинов А.Г. 3

---

1 ФГБОУ ВО Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина

2 ФГБОУ ВПО Камышинский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный технический университет

3 ФГБОУ ВПО Камышинский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный технический университет

Тепловыми электрическими станциями в России производится более 65% электроэнергии. Основное оборудование многих электростанций выработало свой ресурс. Безотказность его работы постоянно снижается. Поэтому модернизация и реконструкция тепловых электрических станций становится актуальной задачей. В этих условиях весьма оправдано внедрение оборудования на базе блоков повышенной эффективности. В статье рассматривается энергоблок, в состав которого входит котел с применением выходного пароперегревателя с оребренной поверхностью. Рассматриваются методические положения конструкторского расчета площади теплообмена с учетом введения оребренных поверхностей нагрева котлоагрегата. Определена тепловая эффективность внедрения оребрения за счет снижения температуры уходящих газов и расхода топлива на котел и увеличения коэффициента полезного действия котлоагрегата. Выявлено, что предложенный вариант модернизации повышает КПД котельной установки; уменьшает расход топлива на установку, интенсифицирует теплообмен за счет увеличения коэффициент теплопередачи; сокращает расход трубы, повышает экономичность и ресурс работы котла.

Статья в формате PDF

996 KB

конструкторский расчет

площадь теплообмена

оребрение поверхности нагрева

температура уходящих газов

КПД котлоагрегата

1. Медведев В.А., Пономарева Н.В., Николаев В.А. Модернизация действующих котельных установок с применением оребренных поверхностей нагрева // Материалы межвузовского научного семинара по проблемам теплоэнергетики /Сарат. государ. технич. ун-т. - Саратов, 1996.-С. 38-41.Киселев Н.А. Котельные установки. М.: Высшая школа. 1979, 160 с.

2. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М. Энергия, 1976. 448 с.

3. Тепловой расчет котлов (нормативный метод, изд. 3-е перераб. и доп.). СПб: ВТИ-ЦКТИ. 1998

Современное состояние отечественной теплоэнергетики характеризуется тем, что существенно сократилась потребность в электрической энергии, а потребность в тепловой энергии возрастает, поэтому в некоторых районах наблюдается ее дефицит. Заметная часть оборудования электростанций простаивает или недогружена.

Основное оборудование многих электростанций морально и физически устарело, снизилась надежность его работы, увеличились расходы на ремонты. Оборудование тепловых электрических станций перестает удовлетворять возрастающим экологическим требованиям, требуется все больше средств на защиту окружающей среды от вредных выбросов электростанций. Назревает необходимость вывода из эксплуатации большей части отработавшего оборудования, замены его новым, более экономичным, модернизировать действующие электростанции. При решении этих задач необходимо учитывать следующие изменения в топливоснабжении и стоимости энергооборудования: газомазутные блоки, главным образом, будут снабжаться газом, поскольку поставки мазута в энергетику значительно сокращаются. Известно, что средств для значительного ввода новых мощностей, сейчас в стране нет. В этих условиях весьма оправдано внедрение малозатратной модернизации оборудования на базе блоков повышенной эффективности (БПЭ). В качестве таких энергоблоков рассматривается энергоблок, в состав которого входит котел с применением оребренных поверхностей нагрева [2].

Характерной особенностью мощных энергоблоков с промежуточным перегревом является низкое гидравлическое сопротивление в области промежуточного пароперегревателя. Это ограничивает массовую скорость пара при большом удельном его объеме, требует применение труб большого диаметра, что снижает коэффициент теплоотдачи на внутренней стенке. Низкие значения внутреннего коэффициента теплоотдачи α2 при интенсивном наружном обогреве поверхности пароперегревателя, особенно в выходной его части, вызывает увеличение температуры стенки трубы. Уменьшить температуру стенки такого пароперегревателя можно, расположив его в зоне умеренного обогрева, но это вызовет снижение температурного напора температур и значительного увеличения его поверхности нагрева. Интенсифицировать внутренний теплообмен можно применением труб с различными конструкциями оребрения: внешнее плавниковое оребрение; внешнее поперечно кольцевое оребрение и внутреннее продольное оребрением (рис.1).

Наиболее экономичной для пароперегревателя является конструкция с внутренним продольным оребрением (рис.1, в). Такая конструкция обеспечивает повышенный отвод теплоты к пару и уменьшает температуру стенки.

Таким образом, ребристые поверхности нагрева применяются в тех случаях, когда теплообмен происходит между двумя теплоносителями с большим и малым коэффициентами теплоотдачи. Увеличивая поверхность теплообмена со стороны теплоносителя с малым коэффициентом теплоотдачи путем ее оребрения, увеличивают количество тепла, передаваемого от греющего к нагреваемому теплоносителю.

Установлено, что с уменьшением толщины ребра снижается абсолютное количество теплоты Qрс, однако удельная теплопроизводительность ребра возрастает (рис. 2) [1].

Рис.2. Зависимость абсолютного и удельного количества теплоты от количества ребер при различной толщине Вариант 1 б- 5 мм; 2 – б=1 мм.

Применение развитых поверхностей нагрева за счет их оребрения позволяет увеличить теплообмен за счет искусственной турбулизации, при этом увеличивается тепловосприятие поверхности нагрева QТ, кДж/с. В то же время оребрение поверхности нагрева позволяет достичь оптимального уменьшения диаметра труб и снизить общие габариты поверхности теплообмена. Увеличение тепловосприятия поверхности теплообмена обеспечит более глубокое снижение температуры уходящих газов в котле – tух, повышая его КПД и снижая тем самым расход топлива на котел.

Вариант модернизации теплоносителя котлоагрегата ТГМ-96

Для котлоагрегата ТГМ-96, входящий в состав энергоблока Т-110/120-130 проведена оценка эффективности интенсификации теплообмена введением оребренных поверхностей нагрева. В качестве варианта модернизации предлагается заменить поверхность теплообмена выходного пароперегревателя заводского исполнения на поверхность нагрева из труб, имеющих внутреннее спирально-ленточное оребрение [1]. Конструкция оребрения представлена на рис.3.

Рис.3. Конструкция спирально-ленточного внутреннего оребрения

Техническая характеристика котлоагрегата по эксплуатационным данным представлена в табл. 1.

Конструкторский расчет площади поверхности теплообмена ВПП

С использованием методики [3] определятся площадь поверхности теплообмена без учета оребрения.

Число трубок в одном ряду составляет: Z1=190, Коэффициент теплопередачи ВПП определится по выражению:

(1)

где ψ - коэффициент тепловой эффективности;

а1, а2 – коэффициенты теплоотдачи от уходящих газов к стенке трубки, и от стенки к пару с учетом загрязнения поверхности соответственно, ;

Расчетную поверхность нагрева определяют из основного уравнения теплопередачи:

(2)

где Qд- тепловосприятие поверхности нагрева ВПП, кДж/с;

В - расход топлива на котел, м3/с;

ΔТ - средний температурный напор, оС.

Методика определения площади поверхности ВПП с учетом оребрения

Число рядов труб в пучке Z2=12. В одном пучке -2280 трубок.

Принимаем наружный диаметр ребер Д = 55мм, толщина δр=0,3мм.

Выбирается материал труб ВПП: сталь 12*1МФ.

Число ребер на 1 м длины трубки равно: n=50 при шаге ребер в=20 мм.

Приведенный коэффициент теплоотдачи от стенки к пару определяется по формуле:

(3)

где Fp - площадь поверхности ребра;

Fn - поверхность 1 м длины трубы, свободная от ребер;

Fрс - полная ребристая поверхность;

- поправочный коэффициент.

Коэффициент теплопередачи чистой трубки, отнесенной к ребристой поверхности будет равен:

(4)

Коэффициент оребрения определится по выражению: ,

где Fc площадь внутренней поверхности трубы.

Коэффициент теплопередачи для чистой оребренной трубы будет равен:

(5)

Площадь поверхности ВПП с оребрением определяется по уравнению 2.

Результаты теплового конструкторского расчета представлены табл. 2.

Вариант конструкции ВПП с оребренной поверхностью имеет меньшую общую площадь, следовательно, у него будут и меньшие габаритные размеры.

Тепловая эффективность оребрения выходного пароперегревателя котла

В табл.3 представлены результаты расчета тепловой эффективности оребрения ВПП котла. Эффективность котла достигается за счет уменьшения температуры уходящих газов и потерь теплоты с уходящими газами, вследствие чего увеличивается КПД котлоагрегата и снижается расход топлива.

Библиографическая ссылка