Расчетное определение потерь тепла от толщины накипи на поверхностях нагрева котла

Для оценки эффекта от химической промывки котлов проведем расчетное определение снижения эффективности работы котлов при отложениях накипи на поверхностях нагрева.

В качестве расчетного образца примем котел КВГМ-4-150. Поверхность нагрева котла – 86,75 м², паспортный КПД – 93,9%, тепловая мощность – 4,65 МВт. Для котлов других типов отличия в результатах расчета будут несущественными, так как соотношение тепловой мощности к поверхности нагрева будут подобными.

Определим усредненный коэффициент теплопроводности поверхностей нагрева:

k = Q / ( F × dT × 1000000) = 140 Вт/м²×К

где: dT – температурный напор при теплообмене, F – поверхность нагрева котла = 86,75 м²,  Q – тепловая мощность котла = 4,65 МВт.

dT = ( t_б − t_м ) / (2,303 × lg ( t_б / t_м ) ) =  382 К

где t_б = 1200 − 150 = 1050 °C – большая разность температур при теплообмене; t_м = 153,8 − 70 = 83,8 °C – меньшая разность температур; 1200 °C – температура продуктов сгорания в топке котла; 153,8 °C – температура уходящих газов котла без загрязнений (без учета коэффициента разбавления воздухом).

Термическое сопротивление поверхностей нагрева котла, величина обратная теплопроводности:

R = 1 / k = 0,007128 м²×К/Вт

Определим термическое сопротивление слоя накипи. Для примера примем 1 мм накипи, имеющей теплопроводность 0,2 Вт/м×К:

R_н =  δ / λ = 0,001 / 0,2 = 0,005 м²×К/Вт

Определим суммарное термическое сопротивление котла с накипью:

R₂ = R + R_н = 0,012128 м²×К/Вт

Определим коэффициент теплопроводности котла с накипью:

k₂ = 1 / R₂ = 82,45 Вт/м²×К

Методом итераций определим температуру дымовых газов с учетом снижения КПД от загрязнения поверхностей нагрева котла и соответствующий температурный напор при теплообмене:

t_ух2 = 361 °C

dT₂ = 591,4 К

На основании полученных данных определим тепловую мощность котла с учетом загрязнения поверхностей нагрева котла:

Q2 = k₂ × F × dT₂ / 1000000 = 4,230 МВт

Определим КПД котла загрязненного накипью:

η₂ = Q₂ / (Q / η ) = 85,4 %

Снижение КПД составило 93,9 − 85,4 = 8,5%

По такой методике составлен график снижения КПД котла в зависимости от толщины накипи при условии теплопроводности накипи 0,2 Вт/м₂×К

Следует заметить что подобное существенно снижение КПД происходит только для накипи имеющей пористую структуру. В соответствии с литературой,теплопроводность накипи составляет 0,2-5 Вт/м²-К для карбонатной накипи,  0,5-2 Вт/м²-К для гипсовой накипи, 0,07-0,2 Вт/м²-К для силикатной накипи и 0,1 Вт/м²-К для накипи пропитанной маслом.

Перепечатка данного материала без согласия автора не допускается.

Использованные материалы:

1.  Котельные установки. Учебное пособие. К.Ф. Роддатис, 1977