Тепловые режимы обмуровок слоевых топок

Тепловые режимы обмуровок слоевых топок Б. Я. Каменецкий, ведущий научный сотрудник, ГНУ ВИЭСХ, г. Москва В слоевых топках с циклической загрузкой топлива обмуровка кроме основной функции снижения потерь тепла играет также еще одну особую роль. В силу своей тепловой инерции обмуровка достаточно долгое время сохраняет свою температуру, что способствует прогреву и воспламенению фракций топлива. При загрузке свежей порции топливо закрывает почти всю поверхность слоя, вследствие чего температура поверхности слоя резко снижается, что видно из рис. 1. Температура газов в топке также снижается, и в этот интервал времени в системе топочного теплообмена температура поверхности обмуровки оказывается самой высокой. Излучение от поверхности обмуровки на слой в эти моменты способствует прогреву и верхнему зажиганию топлива [1].

С целью исследования тепловых режимов, определения тепловых потоков на внутренней стороне и потерь тепла проведены измерения температурных режимов топочных обмуровок. Работы осуществлялись на отопительном котле с ручной слоевой топкой, у которого обмуровка из шамотного кирпича толщиной 380 мм является одновременно постаментом для двух пакетов котельных секций. Высота постамента — 1,2 м, в том числе 0,5 м — над колосниковой решеткой.

Измерения температуры проводились с помощью зонда — трубки из кварцевого стекла диаметром 8,5 мм с ХА-термопарами, перемещаемой в сквозном отверстии боковой стены обмуровки. В котле сжигали каменный кузнецкий уголь марки 2СС, топочный цикл (время между соседними загрузками) составлял 10 мин.

Результаты измерений нестационарной температуры обмуровки при тепловой нагрузке решетки 0,55 МВт/м² (расход топлива — 72 кг/ч) представлены на рис. 2.

Температура на наружной поверхности обмуровки на высоте 0,4 м от уровня колосниковой решетки составила 60 ^ОС, а на внутренней поверхности — 800 ^ОС. По толщине кладки температура снижается к наружной поверхности непропорционально, что свидетельствует о снижении теплового потока через обмуровку в результате растечек (перетоков) тепла в вертикальном направлении. Растечки тепла возникают вследствие неравномерного прогрева обмуровки по высоте: температура кирпича в зольнике ниже температуры колосников и составляет 60−70 ^ОС, а на верхнем торце кладки, соприкасающемся с котельными секциями, — 80−100 ^ОС.

На наружной поверхности обмуровки тепловой поток, рассчитанный как по условиям конвективной теплоотдачи при естественной конвекции воздуха q=б_ек(t_н-t_в), так и по теплопроводности обмуровки q=б*dt/dx дает значение 0,5 кВт/м², а на внутренней поверхности — q=2,7 кВт/м². Тепло вые потери с боковой и нижней поверхности обмуровки составляют значительную величину — 4% от мощности котла 220 кВт даже при толщине обмуровки 380 мм.

Еще большей величины достигают потери тепла в окружающую среду при снижении толщины обмуровки. Например, в топке теплогенератора с шурующей планкой мощностью 2 МВт без тепловоспринимающих экранов неэкранированная кирпичная обмуровка высотой 2 м имеет толщину только 250 мм. Для обеспечения ее надежной работы пришлось увеличить избыток воздуха в топке до значения б=2,6. Тем не менее, температура внутренней поверхности обмуровки составила 1100 ^ОС на уровне 1,8 м от колосниковой решетки и 900 ^ОС на уровне 0,4 м (рис. 3). Средние тепловые потоки через обмуровку возросли до 2,2 кВт/м² на уровне 0,4 м, и до 2,6 кВт/м² на уровне 1,8 м. В этом случае различие температур по высоте обмуровки, достигает 200 ^ОС на внутренней поверхности и снижается по толщине, что приводит к перетокам тепла от верхних слоев к нижним.

Интересные результаты зафиксированы при остановке этого теплогенератора. При прекращении подачи топлива и продолжающейся работе вентилятора тепловыделение в топке уменьшается, что приводит к быстрому охлаждению обмуровки с внутренней поверхности и монотонному снижению ее температуры (рис. 4). Через 25 мин тепловой поток, направленный из топки на поверхность обмуровки, снижается до 0 и затем меняет свое направление. При дальнейшем охлаждении топки и снижении температуры внутренней поверхности обмуровки возникает максимум в распределении температур по толщине обмуровки. Температура слоев внутри обмуровки даже повышается, и максимум температур перемещается внутрь. Причина такой деформации температурного поля обмуровки связана с более интенсивным охлаждением внутренней поверхности, особенно нижних слоев, приводящим к большим перетокам тепла от верхних центральных слоев. Через 45 мин они еще остаются нагретыми до 300 ^ОС.

Выводы.

• 1. В котлах со слоевыми топками тепловая инерционность обмуровки способствует прогреву и воспламенению загружаемого топлива.
• 2. Тепловые потери с боковой и нижней поверхности обмуровки (шамотный кирпич) составляют значительную величину — 4% от мощности котла 220 кВт даже при толщине обмуровки 380 мм.
• 3. Вследствие неравномерного прогрева обмуровки по высоте возникают растечки тепла. В случае прекращения подачи топлива при работающем вентиляторе это приводит к тому, что максимум температур перемещается внутрь обмуровки.

топочный теплообмен температура обмуровка.

• 1. Каменецкий Б. Я. О применимости Нормативного метода расчета топочного теплообмена к слоевым топкам // Теплоэнергетика. 2006. № 2. С. 58−60.
• 2. Новости Теплоснабжения — журнал для специалистов в сфере теплоснабжения. Актуально. Профессионально. Доступно.