Dieser Wärmefluss wird durch die Gleichung beschrieben:
Q*= | T1 - T2 | |||
In(R02 | /R01) |
|||
2πλL | ||||
Eine praktische Kenngröße der Wärmestromstärke für ein Rohr, die nicht vom Radius der zylindrischen Oberfläche abhängt, ist die lineare (lineare) Wärmestromdichte q l:
q l \u003d | T-T | |||||||||||||||
log(R 02 /R 01 ) | ||||||||||||||||
ln(R | /r) | - linear |
||||||||||||||
Wärmewiderstand des Rohres. |
||||||||||||||||
Für Verbundrohr | ||||||||||||||||
q l \u003d | T 1 - T n +1 | |||||||||||||||
log(R 0,i +1 | / R 0, ich ) | |||||||||||||||
i=1 | 2πλi | |||||||||||||||
Für den Wärmeübertragungsprozess wird die Wärmestromdichte q l durch ein mehrschichtiges Rohr bestimmt durch die Gleichung:
q l \u003d | Tcf1 | − T av2 | ||||||||||||||||
+ ∑ | 0, ich + 1 | |||||||||||||||||
2π R 01α 1i =1 | 2πλi | R0,d.h | 2πR 02 α2 |
|||||||||||||||
– äußere thermische Widerstände. |
||||||||||||||||||
2πRα | 2πR | |||||||||||||||||
Wenn Sie die Notation eingeben:
Kl \u003d | ||||||||||
+ ∑ | 0, ich | |||||||||
2π R 01α 1i =1 | 2πλi | R0,d.h | 2πR 02 α2 |
|||||||
dann nimmt Gleichung (5.6) die Form an:
q l \u003d K l (T vgl. 1− T vgl. 2) ,
wobei K l der lineare Wärmeübergangskoeffizient [W / (m · K)] ist. Temperaturdifferenz zwischen Medium und Kontaktierung
Die Oberfläche wird durch die Gleichungen bestimmt:
−T | |||||||||||
2πRα | |||||||||||
−T | |||||||||||
2πR 02 α1 | |||||||||||
BEISPIELE
1. Die Auskleidung des Dampfkesselofens besteht aus zwei Schichten.
Die innere Schicht besteht aus Schamottesteinen: δ 1 \u003d 400 mm, λ 1 \u003d 1,4 W / (m·K), und die äußere Schicht besteht aus rotem Backstein: δ 2 \u003d 200 mm,
λ 2 = 0,58 W/(m·K). Die Temperatur der internen und | äußere Oberfläche |
|||||||||||||
Mauerwerk bzw. T 1 = | 900 ° C und T 3 \u003d 90 ° C. |
|||||||||||||
Wärmeverlust ermitteln | durch Mauerwerk und das Größte |
|||||||||||||
Temperatur T 2 roter Backstein. | ||||||||||||||
Entscheidung. | ||||||||||||||
Zum Bestimmen | Wärme q verwenden wir die Gleichung |
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(5.1) für n = 2,0: | ||||||||||||||
T1 - T3 | 900 - 90 | 1292 W/m2. |
||||||||||||
400×10-3 | 200×10-3 | |||||||||||||
λ1λ2 | ||||||||||||||
Um die Temperatur an der Grenze der äußeren und inneren Schicht der Auskleidung (T 2 ) zu bestimmen, verwenden wir Gleichung (5.2):
T-T | |||||||
Daher T | T- | δ 1q \u003d 900- | 400.10- 3 | × 1292= 530o C. |
|||
2. Bestimmen Sie den Wärmeverlust Q [W] durch eine rote Wand |
|||||||
Ziegel [λ = | Länge l = 5 m, Höhe h = 4 m u |
||||||
Dicke δ = 510 mm, wenn die Lufttemperatur im Raum
T cf2 = - 30 ° C, Wärmedurchgangskoeffizient von der Außenfläche der Wand α 2 = 20 W / (m2 K). Berechnen Sie auch die Temperaturen an den Wandflächen T p1 und T p2.
Entscheidung. | |||||||||||||||
Verwenden der Gleichung | (5.3) für n = | 1, finden Sie die Dichte |
|||||||||||||
Wärmefluss: | |||||||||||||||
T av1 − T av2 | 18 - (- 30) | 58,5 W/m2. |
|||||||||||||
510×10-3 | |||||||||||||||
α1 λ α2 | |||||||||||||||
Daher ist der Wärmeverlust durch die Wand gleich:
Q \u003d q S \u003d 58,5 5 4 \u003d 1170 W.
Um die Temperaturen der Wandoberflächen zu bestimmen, verwenden wir Gleichungen (5.4). Davon folgt:
q=18- | × 58,5 \u003d 10,4 ° C |
|||||||||||
q = -30 - | × 58,5 \u003d - 27,1 ° C. |
|||||||||||
3. Wärmeverbrauch ermitteln q l durch die Rohrwand (d 1 / d 2 =
= 20/30 mm) aus hitzebeständigem Stahl, Wärmeleitfähigkeit
was λ \u003d 17,4 W / (m K) und die Temperaturen der Außen- und Innenflächen T 1 \u003d 600 ° C, T 2 \u003d 450 ° C.
Entscheidung.
Zur Bestimmung des Wärmestroms durch die Rohrwand verwenden wir Gleichung (5.5) für n = 1:
T1 - T2 | 600 - 450 | 40750 W/m. |
|||||||||||
log(R 02 /R 01 ) | × 10-2 | ||||||||||||
× 3,14 | × 17,4 | × 10 | |||||||||||
4. Berechnen Sie den Wärmeverlust von 1 m ungedämmtem Rohr |
|||||||||||||
Durchmesser d 1 / d 2 = 300/330 mm, offen verlegt |
|||||||||||||
Luft, wenn Wasser mit einer Durchschnittstemperatur T cp1 \u003d 90 ° C in das Rohr fließt. Umgebungslufttemperatur T cf2 \u003d - 15 ° C. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Rohrmaterials λ \u003d 50 W / (m K ), der Wärmeübergangskoeffizient von Wasser zur Rohrwand α 1 \u003d 1000 W/(m2 K) und vom Rohr zur Umgebungsluft α 2 = 12 W/m2 K. Bestimmen Sie auch die Temperaturen an der Innen- und Außenfläche des Rohres.
Entscheidung. | ||||||||||||||||||||||
Wärmeverlust ab 1,0 m | Pipeline | Verwendung finden |
||||||||||||||||||||
mit Gleichung (5.6) für n = 1: | ||||||||||||||||||||||
q l \u003d | T av1 − T av2 | |||||||||||||||||||||
2πRα | 2πRα | |||||||||||||||||||||
90 - (- 15) | ||||||||||||||||||||||
16,5×10-2 | ||||||||||||||||||||||
2×3,14×15×10−2×103 | 2 × 3,14 × 50 | 15×10-2 | 2×3,14×16,5×10-2×12 | |||||||||||||||||||
652 W/m.
×652 | 89,8 °C, |
|||||||||||||||||||
cf1 2π R 01 α 1 | 2π × 15 × 10-2 × 103 | |||||||||||||||||||
und aus (5.5) finden wir: | ||||||||||||||||||||
ln(R | / R) = 89,8 - | |||||||||||||||||||
16,5×10-2 | × 652 \u003d 89,6 ° C. | |||||||||||||||||||
2π × 50 | 15×10-2 | |||||||||||||||||||
AUFGABEN | ||||||||||||||||||||
Bestimmen Sie den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten | Backstein |
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Wandstärke | δ = 390 mm, wenn die Temperatur bei ist | intern |
||||||||||||||||||
Wandfläche T 1 = 300 °C und an der äußeren T 2 = 60 °C. |
||||||||||||||||||||
Wärmeverlust durch die Wand | q = 178 W/m2. | |||||||||||||||||||
5.2. Durch die flache Metallwand des Kesselofens
bei einer Dicke δ = 14 mm geht ein spezifischer Wärmestrom q = 25000 W/m2 von Gasen auf siedendes Wasser über. Wärmeleitzahl von Stahl λ = 50 W/(m·K).
Ermitteln Sie den Temperaturunterschied über die Wandflächen.
5.3. Bestimmen Sie den spezifischen Wärmestrom durch eine Betonwand mit einer Dicke von δ = 300 mm, wenn die Temperaturen an den Innen- und Außenflächen der Wand jeweils T 1 = 15 ° C betragen und
T 2 \u003d - 15 ° C.
Wärmeleitzahl von Beton λ = 1,0 W/(m·K).
5.4. Bestimmen Sie den Wärmeverlust q durch die Decke des Feuerofens,
5.5. Bestimmen Sie den Wärmeverbrauch Q [W] durch eine Ziegelwand mit einer Dicke von δ \u003d 250 mm auf einer Fläche von 3 × 5 m2, wenn die Temperaturen
Wandflächen | T1= | und T2 | und Koeffizient |
|||
Wärmeleitfähigkeit eines Ziegels λ = 1,16 BT / (m K). | ||||||
5.6. Berechnen Sie die Wärmestromdichte q | durch die Wohnung |
|||||
einheitliche Werkzeugmaschine, Dicke | viel weniger breit |
|||||
uns und Höhen, wenn | abgeschlossen: | |||||
a) aus Stahl λ st \u003d 40 W / (m K); aus | λb = 1,1 W/(mK); c) aus |
|||||
Kieselgurziegel λ k \u003d 0,11 W / (m K). In allen Fällen die Dicke
Die Innenschicht besteht aus feuerfesten Steinen mit einer Dicke von δ 1 = 350 mm und die Außenschicht aus rotem Backstein mit einer Dicke von δ 2 = 250 mm.
Bestimmen Sie die Temperatur an der Innenfläche der Wand T 1 und an der Innenseite des roten Backsteins T 2, wenn an der Außenseite die Wandtemperatur T 3 \u003d 90 ° C beträgt, und den Wärmeverlust durch 1 m2 der Wandoberfläche ist 1kW. Die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von feuerfesten und roten Ziegeln sind jeweils gleich:
Ziegel und Kieselgurfüllung dazwischen. Die Kieselgurfüllung hat eine Dicke von δ 2 = 50 mm und λ 2 = 0,14 W/(m·K), und der rote Backstein hat δ 3 = 250 mm und λ 3 = 0,7 W/(m·K).
Wie oft muss die Dicke des roten Backsteins erhöht werden, damit die Ofenauskleidung ohne Kieselgurverfüllung den gleichen inneren Wärmewiderstand wie mit Verfüllung hat?
5.9. Bestimmen Sie den Wärmestrom q durch die Oberfläche der Stahlwand des Kessels [δ 1 \u003d 20 mm, λ 1 \u003d 58 W / (m·K)], die mit einer Zunderschicht bedeckt ist
[δ 2 \u003d 2 mm, λ 2 \u003d 1,16 W / (m·K)]. Die höchste Wandoberflächentemperatur beträgt 250° C, die niedrigste Zundertemperatur 100° C. Ermitteln Sie auch die höchste Zundertemperatur.
5.10. Berechnen Sie den Wärmestrom durch 1 m2 der sauberen Heizfläche des Dampfkessels und die Temperatur an den Wandflächen, wenn folgende Werte gegeben sind: Abgastemperatur T cp1 = = 1000 °C, Siedewassertemperatur T cp2 = 200 ° C, Wärmeübergangskoeffizienten von Gasen zur Wand α 1 = 100 W / (m2 K) und von der Wand zu kochendem Wasser α 2 = 5000 W / (m2 K). Der Wärmeleitkoeffizient des Wandmaterials λ = 50 W/(m·K) und die Wandstärke δ = 12 mm.
5.11. Lösen Sie Aufgabe 10 unter der Bedingung, dass während des Betriebes die Heizfläche des Dampfkessels von der Rauchgasseite her mit einer Rußschicht von δ c = 1 mm Dicke bedeckt war
[ λ s = 0,08 W/(m K)] und von der Wasserseite - eine Zunderschicht mit einer Dicke von δ n = 2 mm [λ n = 0,8 W/(m K)]. Berechnen Sie den Wärmestrom durch 1 m2
kontaminierte Heizfläche und Temperatur auf den Oberflächen der jeweiligen Schichten T p1 , T p2 , T p3 und T p4 .
Vergleichen Sie die Rechenergebnisse mit der Lösung zu Aufgabe 10 und bestimmen Sie die Abnahme der Heizlast q (in %).
5.12. Bestimmen Sie die Wärmestromdichte q [W / m2] durch eine 510 mm dicke Ziegelmauer mit einem Wärmeleitkoeffizienten λ k \u003d 0,8 W / (m K), die außen mit einer Wärmedämmschicht bedeckt ist
Wärmeübertragung von der Außenfläche α 2 \u003d 20 W / (m2 K). Berechnen Sie auch die Temperaturen an den Oberflächen der Wand T p1, T p2 und an der Oberfläche der Schicht T p3.
5.13. Die Dampfheizschlangen bestehen aus hitzebeständigen Stahlrohren mit einem Durchmesser von d 1 / d 2 = 32/42 mm mit einem Koeffizienten
Berechnen Sie den spezifischen Wärmestrom durch die Wand pro Längeneinheit des Rohres q l.
5.14. Der Stahlbetonschornstein wird innen mit einer feuerfesten Auskleidung λ1 = 0,5 W/(m·K) abgedeckt.
Bestimmen Sie die Dicke der Auskleidung δ 1 und die Temperatur der Außenfläche des Rohres T 3, vorausgesetzt, dass der Wärmeverlust q l = 2000 W / m nicht überschreitet und die höchsten Temperaturen der Auskleidung und des Betons T 1 nicht überschreiten = 421 °C und T 2 = 200 °C.
5.15. Die stählerne Dampfleitung wird mit zwei gleich dicken Wärmedämmschichten [δ = 50 mm, λ2 = 0,07 W/(m·K), λ3 = 0,14 W/(m·K)] ummantelt.
Bestimmen Sie den Wärmeverlust q l [W/m] und die Temperatur T 3 an der Grenzfläche zwischen diesen Schichten. Wiederholen Sie diese Berechnungen, vorausgesetzt, dass die Isolierung der ersten Schicht anstelle der zweiten installiert wird.
Außentemperatur T 4 | Oberflächen sind in beiden Fällen gleich. |
||||||
kova und ist gleich 50 ° C. | |||||||
Bestimmen Sie die Temperatur an den Grenzen der Schichten einer Dreischicht |
|||||||
Rohrisolierung. Der Innendurchmesser des Rohres d = 245 mm. | |||||||
Schichten und Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten der Isolierung |
|||||||
Materialien | bzw. | gleich sind: δ1 = 100 mm, δ2 = 20 mm, δ3 = 30 |
|||||
mm, λ1 = | 0,03 W/(m·K), | 0,06 W/(m·K) | und λ3 = 0,12 W/(m·K). |
||||
Temperatur | intern | Rohrleitungsoberfläche 250° С, | |||||
Außenfläche der Isolierung 65°C. | |||||||
Definieren | Wärmefluss | durch die Oberfläche | |||||
dampfleitung (d 1 / d 2 \u003d 140/150), isoliert mit zwei Wärmeschichten
und an der Außenfläche der Isolierung T 4 \u003d 55 ° C. | ||||
Wie verändert sich der Wärmeverlust durch eine gedämmte Wand, | ||||
Dämmschichten tauschen? | ||||
5.18. Rohrleitungsdurchmesser d 1 /d 2 | 44/51 mm, auf denen |
|||
fließendes Öl, bedeckt | Dicke δ2 = 80 | |||
Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Rohrleitungsmaterial und Beton
Öl zur Wand α1 = 100 W/(m2 K) und von der Betonoberfläche zur Luft
α2 = 10 W/(m2·K).
Bestimmen Sie den Wärmeverlust von 1 m der mit Beton bedeckten Rohrleitung. 5.19. Flaches Aluminiumblech 0,8 mm dicke Platten-
Wandwassergehalt λ = 203,5 W/(m K). Bestimmen Sie den spezifischen Wärmestrom, der durch die Wand übertragen wird.
5.20. Schätzen Sie die Wärmeverluste von 1,0 m einer Rohrleitung mit einem Durchmesser von d 1 / d 2 = 150/165 mm, bedeckt mit einer Dämmschicht mit einer Dicke von δ1 = 60 mm, ab, wenn die Rohrleitung in Luft verlegt wird mit T cp2 = - 15 °C und wird von Wasser mit einer mittleren Temperatur T cp1 = 90 °C durchströmt. Die Wärmeleitzahlen des Rohrmaterials und der Isolierung betragen jeweils λ1 = 50 W/(m·K), λ2 = 0,15 W/(m·K) , und die Wärmeübergangskoeffizienten von der Dämmoberfläche zur Umgebungsluft betragen α2 = 8 W/(m2 K) und von Wasser zur Rohrwand α1 = 1000 W/(m2 K). Rechnen Sie auch
Temperatur an der Außenfläche des Rohres und der Außenfläche der Isolierung.
5.21. Bestimmen Sie die erforderliche Leistung der Heizkörper des Zuschauerraums, wenn das Mauerwerk seiner Außenwand (8× 4,5 m, δ = 500 mm) besteht aus rotem Backstein (λ = 0,7 W / m K) und Oberflächentemperaturen T] = 12 ° C und T 2 = –15 ° C (Fenster fehlen bedingt). Wie tief ist die Wand eingefroren?
5.22. Das Fenster im Zuschauerraum hat Doppelrahmen mit einem Scheibenabstand von 60 mm. Wärmeverlust durch Fensteröffnung berechnen 5× 3 m, wenn die Glasdicke δ = 4 mm beträgt und ihre Temperaturen entsprechen
entsprechende Oberflächen T 1 \u003d 10 ° C und T 4 \u003d -18 ° C. λ st \u003d 0,74 und
λ Luft = 0,0244 W/mK.
5.23 Berechnen Sie die lineare Dichte des Wärmeflusses durch die Wand der Spule aus Rohren (d 1 / d 2 \u003d 40 / 47 mm) aus hitzebeständigem Stahl
(λ \u003d 16,5 W / (m K)), wenn die Temperaturen seiner inneren und äußeren Oberfläche 400 ° C bzw. 600 ° C betragen. Bei welchem Wert des Rohrradius ist die Temperatur in der Wand gleich 500 ° C.
5.24. Die stählerne Dampfleitung (d 2 = 100 und δ = 5 mm) wird im Freien verlegt T cp2 = 20 ° C. = 0,11 W/m K).
Berechnen Sie den Wärmeverlust pro laufendem Meter der Dampfleitung und die Temperatur an ihren Rändern, wenn die Dampftemperatur T cp1 = 300 °C beträgt, sowie die Wärmeübergangskoeffizienten vom Dampf zur Innenfläche der Dampfleitung und von der Außenfläche der zweiten Dämmschicht zur Luft sind 90 bzw. 15 W/(m2) TO).
MINISTERIUM FÜR ENERGIE UND ELEKTRIFIZIERUNG DER TECHNISCHEN ABTEILUNG DER UdSSR FÜR DEN BETRIEB VON ENERGIESYSTEMEN
ALL-UNION STATE TRUST FÜR DIE ORGANISATION UND
RATIONALISIERUNG VON FERNKRAFTWERKEN UND NETZEN
(ORGRES)
METHODISCHE ANWEISUNGEN AUF THERMAL
ABRECHNUNG UND THERMISCHE PRÜFUNG
KESSEL ISOLIERUNG
TECHNISCHES INFORMATIONSBÜRO
MOSKAU 1967
Zusammengestellt vom Technischen Informationsbüro ORGRES
Herausgeber: eng. S. W. KHISCHNJAKOV
EINLEITUNG
Es wurde festgestellt, dass die Wärmeverluste an die Außenumgebung von der Oberfläche der Auskleidung moderner Kessel 300 kcal/m nicht überschreiten sollten 2 ∙ h, und die maximale Temperatur an der Außenfläche des Mauerwerks sollte nicht mehr als 55 °C betragen bei einer Umgebungslufttemperatur von etwa 30 °C im Mittel entlang der Kesselhöhe [L. , , ].
Gleichzeitig ist der insgesamt maximal zulässige Wärmeverlust der Kesseleinheit an die Umgebungq 5 werden durch die „Thermische Berechnung von Kesselanlagen“ [L. ], die den Zusammenhang zwischen Wärmeverlust und Dampfleistung von Kesseln herstellt. Nach thermischer Berechnung für moderne Kessel mit Dampfleistung D = 220 ÷ 640 t/hq 5 beträgt 0,5 - 0,4 % des Kraftstoffverbrauchs. Dieser in der Gesamtwärmebilanz des Kessels relativ kleine Wert nimmt bei der Umrechnung in Absolutwerte eine ganz andere Größenordnung an und beträgt ca10.000 kcal/h pro 1 MW installierter Leistung und Wärmeverlusteq 5 über 50 % aller Wärmeverluste durch die Wärmedämmung von Blockkraftwerken.
In einigen Fällen aufgrund von Abweichungen von Konstruktionslösungen, minderwertiger Installation, Verwendung ineffizienter Materialien und erfolgloser Konstruktionslösungen, teilweiser Zerstörung des Mauerwerks und der Wärmedämmung des Kessels bei Reparaturen von Prozessanlagen sowie infolge von Alterung im Dauerbetrieb eine Wertüberschreitungq 5 über den Standardwerten. Mit einem ausreichend großen Wert der Wärmeverluste vom Kessel an die UmgebungQ 5 (kka l/h) sogar geringfügig über dem Wertq 5 (%) ist mit sehr erheblichen Wärmeverlusten verbunden. Also zum Beispiel eine Erhöhungq 5 um 0,1 % für moderne Kessel entspricht der Verbrennung von etwa 2,0 Tonnen Standardbrennstoff pro Jahr pro 1 MW installierter Leistung. Hinzu kommt die Erhöhungq 5 verschlechtert den hygienischen und technischen Zustand des Heizraums erheblich.
Selbstverständlich ist eine hinreichend genaue experimentelle Ermittlung des tatsächlichen Wertes erforderlichq 5 (im Gegensatz zu der Definition, die bei der Prüfung von Kesseln angenommen wurdeq 5 als Restglied der Wärmebilanz) und deren Angleichung an bestehende Normen sollte in gleicher Weise in die Praxis umgesetzt werden, wie es für die übrige Wärmedämmung von Dampfleitungen und Ausrüstungen von Kraftwerken üblich ist [L. ].
1. ALLGEMEINE BESTIMMUNGEN
Bei der Bewertung der Gesamtwärmeverluste der Kesselanlage ist die am schwierigsten zu prüfende Wärmeabschirmkonstruktion deren Auskleidung [L. , , ].
Die Auskleidungen moderner Kessel sind in zwei Haupttypen unterteilt:
1. Rohrauskleidungen (gefüllt und aus vorgefertigten Platten), die direkt auf Siebrohren montiert sind.
2. Schildmauerwerk am Rahmen montiert.
Alte Ausmauerungen unterstützt durchIch bin auf der Grundlage, derzeit auf kleine oder veraltete Kessel verlassen.
Das Design moderner Mauerwerke sieht das Vorhandensein von Metallbefestigungen vor, die sich in der Dicke des Mauerwerks befinden und sich teilweise bis zu seiner Außenfläche erstrecken (Stifte, Klammern usw.). Diese Metallteile von Mauerwerk sind Wärmebrücken, durch die Wärme zu einzelnen Bereichen der Oberfläche strömt. Bei einigen Konstruktionen beträgt die Wärmeübertragung 30 - 40 % des gesamten Wärmestroms durch einzelne Abschnitte der Auskleidung. Aus diesem Umstand ergibt sich die Notwendigkeit einer geeigneten Platzierung von Messpunkten auf den Oberflächen solcher Mauerwerke, die das Erhalten gemittelter Wärmeübergangsbedingungen sicherstellt.
Je nach Wärmeübergangsbedingungen unterscheiden sich Auskleidungen ohne Metallummantelung und mit Metallummantelung erheblich. Ein spezifisches Merkmal der letzteren ist die Wärmeverteilung entlang der Hautebene, die die Temperatur über ihre wesentlichen Bereiche ausgleicht. Unter verschiedenen äußeren Bedingungen der Wärmeübertragung (Luftströmungen, lokaler Gegenstrom von Strahlungswärme) führt ein solcher Temperaturausgleich zu einer starken Schwankung der Werte der spezifischen Wärmeverluste in benachbarten Hautabschnitten. Ein weiteres Merkmal von Mauerwerk mit Ummantelung ist die Möglichkeit von konvektiven Wärmeüberläufen entlang der Höhe im Spalt zwischen Ummantelung und Mauerwerk.
Diese Umstände erfordern trotz scheinbarer Gleichmäßigkeit des Temperaturfeldes die Messung von Wärmeverlusten entlang der Haut an genügend vielen Stellen, insbesondere in der Höhe.
Die Komplexität der Berücksichtigung von Wärmeverlusten aus den Trägern des Schalungsrahmens und des Kessels wird in diesen Richtlinien durch die Einführung einiger durchschnittlicher Messbedingungen gelöst. Begründet wird diese Entscheidung durch den relativ geringen Anteil dieser wärmeabgebenden Flächen an den gesamten Wärmeverlusten des Kessels.Einheit an die Umwelt.
Ein Merkmal der thermischen Prüfungen der Isolierung von Rohrleitungen und Kesselkanälen, die sich im Bereich des intensiven gegenseitigen Wärmeaustauschs zwischen sich und dem Mauerwerk befinden, ist die Notwendigkeit, ihre wirklich abgebende und nicht aufnehmende Wärmefläche sorgfältig zu bestimmen, d.h. Oberfläche nicht "geschlossen" durch einen stärkeren entgegenkommenden Wärmestrom, der von nahegelegenen Objekten kommt.
Die wahre Richtung des Wärmeflusses wird dabei durch Kontrollmessungen des spezifischen Wärmeflusses von verschiedenen Oberflächen, die aufeinander Wärme abstrahlen, ermittelt.
Die erarbeiteten Richtlinien definieren sowohl das Verfahren zur Messung spezifischer Wärmeströme als auch die Klassifizierung aller wärmeabgebenden Flächen einer Kesseleinheit hinsichtlich der Wärmeübergangsbedingungen.
Die gemessenen spezifischen Wärmeströme, gemittelt für einzelne Abschnitte, beziehen sich auf die durch direkte Messung ermittelten Flächen der wärmeabgebenden Oberflächen dieser Abschnitte.
Ein solches Schema ermöglicht die Bewertung der Wärmeverluste für einzelne Elemente der Auskleidung und Wärmedämmung des Kessels, zeigt den Anteil jedes Elements am Gesamtwärmeverlust und charakterisiert auch die Qualität der Auskleidung und Wärmedämmung.
Die technische Machbarkeit der thermischen Prüfung der Kesselauskleidung wurde durch den Einsatz eines grundlegend neuen Geräts - eines modellierenden Wärmezählers ORGRES ITP-2 - ermittelt. Bei schwierigen thermischen Betriebsbedingungen der Kesseleinheit ermöglichen das Funktionsprinzip und die Konstruktion des ITP-2-Geräts mit ausreichender Genauigkeit und geringem Zeitaufwand für eine einzelne Messung die direkte Bestimmung der spezifischen Wärmeströme mitWärmeübertragungsflächen (Wärmestromdichte) unabhängig von ihrer Form, Größe, Oberflächenbeschaffenheit (Isolierung, Metall) und Wärmeübertragungsbedingungen.
Die geringe Trägheit des Geräts, die geringe Größe seiner Sensoren und ihre vollständige Austauschbarkeit ermöglichen Massenmessungen von Wärmeströmen bei gleichzeitiger Verwendung einer großen Anzahl von Sensoren von allen wärmeabgebenden Oberflächen der Kesseleinheit.
Es ist zu beachten, dass die Verwendung anderer allgemein anerkannter Methoden zur Bestimmung des Wärmeverlusts (1 - durch die Differenz zwischen den gemessenen Temperaturen der Oberfläche und der Umgebung; 2 - durch den Wärmewiderstand der Wärmeschutzschicht, bestimmt durch die Temperatur Unterschied darin; 3 - durch direkte Messung mit Wärmemengenzählern wie z. , ].
Der Grund für diese Einschränkung hängt mit den Besonderheiten der Wärmeübertragungsbedingungen am Kessel zusammen, was die Möglichkeit einer korrekten Bestimmung der Umgebungslufttemperatur und des Wärmeübertragungskoeffizienten praktisch ausschließt. a, sowie das Vorhandensein von eingebetteten Metallteilen und Metalloberflächen im Mauerwerk. Bedingungen für die Messung spezifischer Wärmeströme in einem KesselEinheit - eine große Anzahl von Punkten in jedem relativ kleinen separaten Abschnitt - erfordert eine Reihe zusätzlicher Geräte für den Wärmezähler ITP-2. Diese Geräte (Anwendung) erleichtern die Messtechnik und reduzieren die Komplexität der Arbeit erheblich, ohne die grundlegende Natur des Wärmezählers zu ändern.
Die Oberflächentemperatur der Auskleidung und der Wärmedämmung des Kessels (PTE-Regeln) während der thermischen Tests wird gleichzeitig mit der Messung der Wärmeströme mit dem Temperaturfühler ORGRES T-4 (Anhang) gemessen.
2. THERMISCHE PRÜFUNG VON BILLINGS
A. Vorbereitende Arbeiten
1. Vor Beginn des Tests wird eine detaillierte Bekanntschaft mit dem Kesseldiagramm und der Gestaltung seiner Auskleidung und Wärmedämmung gemacht. Gleichzeitig werden Ausführung und Materialien von Mauerwerk und Wärmedämmung sowie alle Abweichungen vom Projekt abgeklärt..
2. Es werden Skizzen der charakteristischen Bereiche des Mauerwerks und eine Bestandsaufnahme der wichtigsten wärmedämmenden Konstruktionen (Kanäle, Rohrleitungen usw.) erstellt.
3. Es wird eine äußere Inspektion des Mauerwerks durchgeführt, bei der Abweichungen vom Projekt geklärt und äußere Mängel behoben werden: fehlende Isolierung, Risse, Verarbeitungsfehler usw.
B. Vermessung von Flächen wärmeabgebender Oberflächen
4. Die Bestimmung der Fläche der wärmeabgebenden Oberflächen erfolgt durch direkte Messung am KesselBei Geräten mit symmetrischer Anordnung erfolgt die Messung an einer Hälfte der Brennkammer und des Konvektionsschachtes.
5. Bei der Flächenmessung werden nur die Flächen berücksichtigt, die Wärme an die Umgebung abgeben. Beim Schließen des Mauerwerks durch andere gebe ich Wärme abdie Projektion dieser Elemente auf die Auskleidung wird von ihrer Fläche durch die Schließelemente subtrahiert, und die wärmeabgebende Oberfläche der Schließelemente selbst wird durch ihren vorstehenden Teil berechnet.
6. Für Balken mit unterschiedlichen Profilen und unterschiedlichen Standorten kann ein bedingtes Schema zur Bestimmung der Fläche von Wärme abgebenden Oberflächen und Oberflächen, die die Auskleidung bedecken, auf der sie sich befinden, übernommen werden. In diesem Fall wird die Messung der Wärmestromdichte nur mit durchgeführtStirnseite (Seite "b" im Diagramm) und die Fläche wird gemäß dem Diagramm (Abb.) bestimmt.
7. Bei der Flächenbestimmung gebe ich Wärme abschwer zugängliche Oberflächen zum Messen von Rohrleitungen und Luftkanälen, ihre Länge kann gemäß den in den Zeichnungen und Diagrammen angegebenen Abmessungen gemessen werden, wobei der Isolationsumfang durch punktuelle Messung angegeben wird.
Bei langen Luftkanälen empfiehlt es sich, Skizzen anzufertigen, auf denen die Messpunkte markiert sind.
B. Testen
8. Thermische Tests des Mauerwerks werden bei möglichem Dauerbetrieb des Kessels durchgeführt. Wenn der Kessel während der Testzeit abgestellt wird, kann diese daher nach der Inbetriebnahme nur fortgesetzt werden, wenn der stationäre Modus der Wärmeübertragung von den Außenflächen des Kessels an die Umgebung wiederhergestellt ist.
Dies erfordert ungefähr 36 Stunden, nachdem der Kessel gestoppt wurde10 - 12 Stunden und ca. 12 Stunden nach Kesselabschaltung für 4 - 6 Stunden.
Reis. 1. Schema zur Bestimmung der bedingten Bereiche von Trägern verschiedener Profile:
ich , II - horizontale und vertikale Balken
Quadrieren Sie diese nachgiebige Fläche (m 2) wird bestimmt: für horizontale Balken 1, 2, 3, 4 - (a+b), 5- a; für Vertikalträger 1, 2 - (a+b). 3, 4 - (2a+b). Schließfläche (m 2) für alle Balken in allen Fällen - b
9. Während des Testzeitraums gemäß den Betriebsdaten die Durchschnittswerte des DampfesLeistung und Kraftstoffverbrauch, sowie die maximalen Abweichungen dieser Werte vom Durchschnitt (mit Zeitstempel).
Die Marke und der Kaloriengehalt des Kraftstoffs werden ebenfalls festgelegt.
10. Messungen der spezifischen Wärmeverluste (Wärmestromdichte) von wärmeabgebenden Oberflächen werden in separaten Abschnitten innerhalb jeder Markierung (Stelle) auf jeder Seite des Kessels mit einer festgelegten Messfrequenz (Punkt und Tabelle) durchgeführt:
Tabelle 1
Karte Nr. ______ Name der Messstelle
(Beispiel: Brennkammer vorne __ 16,34 ÷ 19,7)
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a) Mauern; b) Ziegelrahmenbalken; c) Kesselrahmenbalken; d) Fallrohre im Bereich der Brennkammer und des Kalttrichters; e) Rohrleitungen innerhalb des konvektiven Teils; f) Trommel und Rohrleitungen innerhalb der Brennkammer; g) Hauptdampfleitung zum ersten GPP; h) Luftkanäle; i) Standorte; j) Sonstiges (Luken, Gebläse, Schächte usw.) a) 6 cm 2 der Mauerwerksfläche, Fallrohre und Frischdampfleitung; b) 15 m 2 der Fläche von Rohrleitungen, Luftkanälen, Kesseltrommel und Plattformen; c) 10 m 2 der Fläche der Balken der Rahmen der Verkleidung und des Kessels. Berücksichtigt man, dass die Wärmeverluste von den Balken der Verkleidungsrahmen und des Kessels in der Gesamtbilanz der Wärmeverluste in Bezug auf bestimmte Bedingungen gering sind, können Messungen an einzelnen ungünstig und weit entfernten Balken vernachlässigt werden. 13. Messungen der spezifischen Wärmeverluste (Wärmestromdichte) werden mit dem Wärmezähler ORGRES ITP-2 durchgeführt (siehe Anhang). Flachwärmezählerfühler sind an speziellen Teleskopgriffen montiert, die es Ihnen ermöglichen, Fühler in unterschiedlichen Höhen zu montieren. Direkt an diesen sind Suchsensoren montiert, mit denen die Dichte der Wärmeströme von Rohrleitungen gemessen wird. An jedem Messgerät sind mindestens 10 Sensoren verbaut. Zur Verbindung der Sensoren mit dem Messgerät werden Verlängerungskabel verwendet, die es ermöglichen, dass ein Messgerät Sensoren in einem Umkreis von ca. 10 m versorgen kann, wobei der Messfluss gewährleistet ist. 14. Das Verfahren zur Messung der Wärmestromdichte mit dem Wärmezähler ITP-2 ist im Anhang angegeben. 15. Messungen von Oberflächentemperaturen mit einem Temperaturfühler T-4 (Anhang) werden an denselben Stellen wie die Messungen thermischer Ursachen durchgeführt, auf der Grundlage von - einer Temperaturänderung pro 5 -10 Wärmestrommessungen. Die Umgebungstemperatur wird auch durch den Temperatursensor gemessen.pom T-4 innerhalb jeder Markierung des Kessels in einem Abstand von 1 m von der wärmeabgebenden Oberfläche. 16. Bei Vorhandensein von wärmeabgebenden nicht isolierten Oberflächen mit einer Temperatur von mehr als 100 - 120 ° C wird der Wärmestrom bedingt aus der Temperatur der Oberfläche und der Umgebungsluft unter Verwendung des Verkehrs berechnet (Anhang). In der Grafik bezieht sich die gepunktete Kurve zur Ermittlung des Wärmeverlustes ab 1 m 2 auf eine ebene Fläche, kann aber auch auf Rohrleitungen ab einem Durchmesser von 318 mm angewendet werden. Zur Ermittlung des Wärmeverlustes ab 1 pÖ B. m einer Rohrleitung mit einem Durchmesser von mehr als 318 mm, muss der aus der gestrichelten Kurve ermittelte Wärmeverlustwert mit π multipliziert werden d n. Die Oberflächentemperatur wird durch direkte Messung bestimmt oder gleich der Kühlmitteltemperatur angenommen. 3. AUFZEICHNUNG DER ERGEBNISSE DER THERMISCHEN PRÜFUNGEN17. Für jeden einzelnen Abschnitt wird ein primäres Messdokument erstellt - eine Karte in der in der Tabelle angegebenen Form. . Die Karte enthält: a) die Bezeichnung der einzelnen wärmeabgebenden Elemente dieses Abschnitts; b) Fläche (m 2 ) wärmeabgebende Oberfläche jedes Elements dieses Abschnitts; c) der Mittelwert der Wärmestromdichte (q, kcal / m 2 ∙ h) für jedes Element, berechnet als arithmetisches Mittel aller Messungen an diesem Element innerhalb des Standorts; d) Gesamtwärmestrom ( Q, kcal /h) von jedem wärmeabgebenden Element, definiert als das Produkt der Fläche des wärmeabgebenden ElementsSm 2 auf die durchschnittliche Wärmestromdichteq kcal / m 2 ∙ h ( Q = S ∙ q kcal/h); e) durchschnittliche Oberflächentemperaturn°C jedes Elements,berechnet als arithmetischer Mittelwert aller Messungen an einem bestimmten Element innerhalb des Standorts; f) UmgebungstemperaturZinn° C, gemessen in diesem Bereich; g) die Anzahl der Messungen der Wärmestromdichte, die für jedes Element durchgeführt wurden. Es werden Gesamtwerte berechnetS m 2, Qkcal/h und die Anzahl der Messungen. Seriennummer, Markierung und Name der Messstelle werden auf der Karte eingetragen. Auf dem Beobachtungsprotokoll, nach dem die Karte erstellt wurde, ist eine Markierung angebracht: „Zur Karte№ ...» Tabelle 2 Ergebnisse thermischer Prüfungen der Kesselauskleidung (Beispiel: Brennkammer)
Tabelle 4 Die Ergebnisse der thermischen Tests der Auskleidung an den vergrößerten Elementen des Kesselblocks (Zusammenfassung)
4. VERARBEITUNG DER TESTERGEBNISSEa) eine kurze Beschreibung des Kessels; b) grundlegende Informationen über das Mauerwerks- und Wärmedämmungsprojekt, einschließlich Skizzen der für diese Konstruktion charakteristischen Mauerwerksdetails, Informationen über die wichtigsten wärmeisolierenden Konstruktionen und Daten über die Inspektion des Zustands des Mauerwerks und der Wärmedämmung des Kesselblocks; c) zusammenfassende Tabellen der Testergebnisse in Tabellenform. , und . Reis. 2. Schaltkreis des Wärmezählersensors Der Wärmezähler ITP-2 besteht aus einem Sensor und einem Sekundärgerät. Die Sensoren sind austauschbar, da die Skalierung des Sekundärgerätes nach dem elektrischen Widerstand der Sensoren und deren geometrischen Abmessungen gestaffelt ist. Sensorschaltung Der Wärmezählerfühler (Abb. ) besteht aus einem gut wärmeleitenden (Aluminium-)Gehäuse 4, in dem auf einer wärmeisolierenden Dichtung 5 eine Heizung 3 aus Mangandraht und eine Trimmbatterie untergebracht sind.thermische Thermoelemente, deren Verbindungsstellen 2 und 6 sich auf beiden Seiten der wärmeisolierenden Dichtung befinden. Die Heizung 3 und die Verbindungsstellen des Differentialthermoelements 2 sind mit einer wärmeleitenden Kupferplatte 1 abgedeckt, die das eigentliche Heizelement des Wärmezählers darstellt. Die Messstellen des Differenzthermoelements b befinden sich unter der wärmeisolierenden Dichtung am Sensorgehäuse. Somit zeigt die Batterie von Differentialthermoelementen das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Temperaturunterschieds zwischen dem Sensorgehäuse und dem beheizten Element an. Der Wärmezähler-Bausatz enthält zwei Sensoren (Abb. ): a) Sensor in Form einer Scheibe mit abgeschrägten Kanten 1 wird verwendet, um die Dichte von Wärmeströmen von ebenen Oberflächen zu messen. Es wird mit einer Federvorrichtung ("viluki“), eingeführt in spezielle Rillen, mit einem Griff des Halters und durch einen Steckverbinder mit einem Draht mit einem Sekundärgerät; b) ein Sensor in Form einer Scheibe mit einem bestimmten Krümmungsradius auf der unteren Ebene 2, eingesetzt in eine Gummiplatte, wird verwendet, um die Dichte von Wärmeflüssen von zylindrischen Oberflächen zu messen. Die Gummiplatte hat an den Rändern Laschen zur Befestigung des Sensors am Prüfobjekt. Der Sensor wird über einen Steckverbinder drahtgebunden mit dem Sekundärgerät verbunden. Schema des sekundären Geräts Das Schema des Sekundärgeräts ist in Abb. 1 dargestellt. . Zur Stromversorgung der Sensorheizung 1 ist eine Gleichstromquelle 2 installiert - drei Batterien vom Typ Saturn. Um die Stärke des Stroms zu messen, der durch die Heizung fließt, ist ein Milliamperemeter 3 in deren Schaltung enthalten, Rheostate 4 sind enthalten, um die Stromstärke einzustellen.Die Batterie von Differentialthermoelementen ist direkt an Null angeschlossenlionometer 5. Der Sensor wird mit einem Steckverbinder 10 mit dem Sekundärgerät verbunden. Basierend auf den gewählten Messgrenzen 0 - 100 und 0 - 500 kcal/m 2 ∙ h, die Fläche des beheizten Elements beträgt 6 cm 2 und der Widerstand der Heizung beträgt 25 Ohm, die Messgrenzen des Milliamperemeters betragen 52,9 bzw. 118,2 mA. Um diese Grenzen zu gewährleisten, wurden unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Milliamperemeters zusätzliche Widerstände 6 und Shunt-Widerstand 7 ausgewählt. Reis. 4. Schema des Sekundärgeräts Zum Erregen und Kurzschließen des Nulga-RahmensSchalter 8 ist am Lionometer installiert und Schalter 9 wird verwendet, um die Messgrenzen zu ändern. Messung der Wärmestromdichte Zur Messung der Wärmestromdichte wird der Wärmezählerfühler über einen Steckverbinder mit dem Sekundärgerät verbunden. In der Stellung "Aus" des Schalters 8 wird die Stellung des Galvanometer-Nullzeigers überprüft und ggf. vom Umwerter auf "0" gesetzt. Schalter 9 wird auf die dem erwarteten Wärmestrom entsprechende Messgrenze eingestellt. Auf ebenen Flächen oder Flächen mit großem (mehr als 2 m) Krümmungsradius erfolgt die Messung mit einem flachen Sensor. Dazu wird der Sensor mit Hilfe des Halters durch das untere Flachteil auf die Messfläche gedrückt und der Schalter 8 auf „Ein“ gestellt. Auf Oberflächen mit kleinem Krümmungsradius (Rohrleitung) erfolgt die Messung durch einen Sensor mit Gummiplatte. Dazu wird der Sensor so auf die Messfläche gelegt, dass die Krümmung des unteren Teils des Sensors mit der Krümmung der Messfläche übereinstimmt, und die Gummiplatte mit den Ohren fest am Messobjekt befestigt (befestigt). verfügt über. Beim Aufbringen des Sensors auf die zu prüfende beheizte Oberfläche nimmt das gut wärmeleitfähige Sensorgehäuse seine Temperatur an; Aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen dem Sensorgehäuse und dem beheizten Element tritt am Ausgang der Batterie von Differentialthermoelementen eine EMK auf. und der Galvanometer-Nullzeiger weicht von der "0"-Position ab. Die Regelwiderstände „grob“ und „fein“ erhöhen nach und nach die Stromstärke in der Sensorheizung. Mit einem Anstieg der Temperatur des Heizelements und folglich der Verbindungsstellen der Batterie von Differentialthermoelementen, die sich unter dem beheizten Element befinden, beginnt sich die Nullgalvanometernadel dem Wert "0" zu nähern. Wenn pWenn der Pfeil durch „0“ geht, nimmt der Strom in der Heizung mit Hilfe von Rheostaten ab, bis die Nullgalvanometernadel eine stabile Nullposition einnimmt. Die stabile Position der Nullgalvanometernadel wird leichter erreicht, wenn sie langsam auf „0“ gebracht wird. Dazu wird die folgende Technik verwendet: Wenn der Sensor auf eine heiße Oberfläche aufgebracht wird, weicht die Nullgalvanometernadel vor dem Einschalten der Stromversorgung der Heizung in die linke Position aus. Dem Heizer wird ein absichtlich überschätzter Strom zugeführt (die äußerst rechte Position der Milliamperemeter-Nadel), während die Null-Galvanometer-Nadel beginnt, sich schnell "0" zu nähern. Die Reduzierung der Stromstärke sollte beginnen, bis der Zeiger "0" durchläuft - für 2 - 3 Teilungen. In der Praxis wird der Zyklus des Setzens des Pfeils auf "0" (mehr ↔ weniger) mehrmals wiederholt, wobei der Einstellbereich allmählich verringert wird. Bei stabiler (mindestens 1 min) Nullstellung des Nullgalvanometerzeigers wird der Wert der Wärmestromdichte mit einem Milliamperemeter abgelesen. Die Gleichheit der Wärmestromdichte vom beheizten Element des Sensors und von der zu prüfenden Oberfläche wird dadurch sichergestellt, dass bei einer hohen Wärmeleitfähigkeit des Sensorkörpers das Temperaturfeld in ihm ausgeglichen wird und im Moment des Ausgleichs der Temperatur des Körpers (gleich der Temperatur der zu prüfenden Oberfläche) und der Temperatur des beheizten Elements wird die Isolierdichtung des Sensors von einer isothermischen Oberfläche umgeben, so wie der gesamte Sensor. Der Zeitaufwand für eine Messung, bestimmt durch die Trägheit des Sensorkörpers und die Stabilität der äußeren Bedingungen der Wärmeübertragung, beträgt bei Verwendung eines Flachsensors 3 - 8 Minuten, bei Verwendung eines Sensors mit Gummiplatte aufgrund der relativ geringen Wärmeleitfähigkeit von Gummi - 20 - 30 Minuten. Im letzteren Fall sollte die eigentliche Messung 15–20 Minuten nach der Installation des Sensors am Messobjekt gestartet werden. Die hohe Empfindlichkeit der Messschaltung ermöglicht es, für die Nullstellung des Nullgalvanometers die Schwankungen der Nadel innerhalb von 1 - 2 Teilstrichen um Null zu nehmen. Die mit dem Wärmezähler gelieferten lackierten Fühler eignen sich zur Messung der Wärmestromdichte sowohl auf isolierenden als auch auf lackierten Metalloberflächen. Für Messungen auf glänzenden Metalloberflächen müssen auch Sonden mit glänzender Metalloberfläche verwendet werden. Die Notwendigkeit eines Batteriewechsels kann anhand des Stromabfalls beurteilt werden. Wenn der Pfeil des Milliamperemeters nicht auf 500 kcal eingestellt ist/ m 2 ∙ h sollten die Saturn-Batterien gewechselt werden. Zubehör für Wärmezähler 1. Zur Montage der Wärmezählersensoren auf ebenen Flächen werden Teleskopgriffhalter verwendet. Die Höhe der Installation (Montage) des Sensors wird durch Veränderung der Länge des Griffs und seines Neigungswinkels reguliert (Abb. ). 2. Suchsensoren werden an Oberflächen mit kleinem Krümmungsradius befestigt, indem sie mit speziellen Gurtösen verstiftet werden (Abb. ). Bei Vorhandensein einer Metall- oder Asbestzementbeschichtung wird der Sensor befestigt, indem er mit einer Schnur oder einem Draht an denselben Ohren befestigt wird. Reis. 5. Installation von Wärmezählersensoren auf einer ebenen Fläche: 1 - Sensoren; 2 - Griffhalter 3. Verbindungen Der Anschluss der Sensoren an das Messgerät erfolgt über ein Verlängerungskabel, dessen Enden mit den Anschlüssen des Sensors und des Sekundärgeräts korrespondieren (Abb. ). Bei der Installation in großer Höhe wird das Kabel vorher mit dem Sensor verbunden. Daher sollten für jedes Messgerät mindestens 3 Verlängerungskabel vorgesehen werden. Reis. 6. Installation des Suchsensors an der Rohrleitung: 1 - Rohrleitung; 2 - Fühler; 3 - Halterungen Reis. 7. Verlängerungskabel mit Steckern 4. Zur Messung von Wärmestromdichten größer als 500 kcal/m 2 ∙ h an einzelnen Elementen der Kesseleinheit beobachtet, ein zusätzlicher Messbereich von 0 - 1000 kcal / m 2 ∙ h in den Wärmezähler eingebaut und ein separates Netzteil mit 4 Elementen verwendet " Zs-ut- 30" (Abb. und). Die Messgrenze des Milliamperemeters sollte in diesem Fall 167 mA betragen. Bei der Messung des Wertes des spezifischen Wärmeflusses wird eine Skala von 0 - 100 kcal / m 2 ∙ h mit einem Koeffizienten von 10 verwendet. Instrumentencheck Während des Betriebs wird der Wärmezähler innerhalb der durch die Betriebsbedingungen festgelegten Fristen, jedoch mindestens alle zwei Jahre, einer obligatorischen regelmäßigen Überprüfung der elektrischen Anzeigen unterzogen. Speicherregeln Der Wärmezähler sollte im Innenbereich bei einer Temperatur von 5 bis 35 gelagert werden°С und relative Luftfeuchtigkeit nicht höher als 80 %. In der Raumluft, in der der Wärmezähler gelagert wird, dürfen keine schädlichen Verunreinigungen vorhanden sein, die Korrosion verursachen. Die Oberfläche der beheizten Elemente der Sensoren darf keinen mechanischen Einflüssen ausgesetzt werden: Druck, Reibung, Stöße. Anhang 2
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54,81 |
55,03 |
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55,26 |
55,48 |
55,71 |
55,94 |
56,16 |
56,39 |
56,61 |
56,84 |
57,06 |
57,29 |
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57,52 |
57,74 |
37,97 |
58,19 |
58,42 |
58,65 |
58,87 |
59,10 |
59,32 |
59,55 |
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59,77 |
60,00 |
60,23 |
60,45 |
60,68 |
60,90 |
61,13 |
61,35 |
61,58 |
61,81 |
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62,03 |
62,26 |
62,48 |
62,71 |
62,93 |
63,16 |
63,39 |
63,61 |
63,84 |
64,06 |
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64,29 |
64,52 |
64,74 |
64,97 |
65,19 |
65,42 |
65,64 |
65,87 |
66,10 |
66,32 |
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66,55 |
66,77 |
67,00 |
67,22 |
67,45 |
67,68 |
67,90 |
68,13 |
68,35 |
68,58 |
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68,81 |
69,03 |
69,26 |
69,48 |
69,71 |
69,93 |
70,16 |
70,39 |
70,61 |
70,84 |
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71,06 |
71,29 |
71,51 |
71,74 |
71,97 |
72,19 |
72,42 |
72,64 |
72,87 |
73,09 |
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73,32 |
73,55 |
73,77 |
74,00 |
74,22 |
74,45 |
74,68 |
74,90 |
75,13 |
75,35 |
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75,58 |
75,80 |
76,03 |
76,26 |
76,48 |
76,71 |
76,93 |
77,15 |
77,38 |
77,61 |
2. Nach der MessungR100das Thermometer wird in einen Schmelzeisthermostat gestellt und der Widerstand des Thermometers bei 0 °C bestimmt (R 0 ). Dieser Widerstand darf nicht mehr als vom Nennwert von 53 Ohm abweichen um ±0,1 %.
Attitüde muss innerhalb von 1,426 ÷ 0,002 * liegen.
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* Das angegebene Verfahren zur Überprüfung von Widerstandsthermometern ist in GOST 6651-59 vorgesehen und in der Anweisung 157-62 des Ausschusses für Normen, Maßnahmen und Messgeräte des Ministerrates der UdSSR ausführlich beschrieben.
3. Das Sekundärgerät des Temperaturfühlers wird mit einer Widerstandsbox mit einer Genauigkeitsklasse von mindestens 0,02 verifiziert, die eine Dekade mit Hundertstel Ohm hat. Bei der Überprüfung ist zu berücksichtigen, dass das Gerät mit dem Widerstand der Versorgungsleitungen kalibriert istR ext, gleich 1 Ohm. Die Kalibriertabelle für Kupfer-Widerstandsthermometer mit Teilung 23 ist in angegebenTemperaturunterschied zwischen Rohrmetall und Luft, deg
0,91
0,91
0,91
0,91
0,95
0,95
0,96
0,96
1,00
1,00
1,00
8. Wassiljewa G.N. [usw.] . Bestimmung der Wärmeverluste von Kesselanlagen an die Umgebung ( q 5 ). "Elektrische Stationen", 1965, Nr. 2.
Durch eine. Kamenetsky, Leitender Forscher, VIESH, Moskau
Bei Schichtfeuerungen mit zyklischer Brennstoffbeschickung kommt der Ausmauerung neben der Hauptfunktion der Reduzierung von Wärmeverlusten noch eine weitere besondere Rolle zu. Aufgrund ihrer thermischen Trägheit behält die Auskleidung ihre Temperatur ziemlich lange bei, was zur Erwärmung und Entzündung von Kraftstofffraktionen beiträgt. Beim Laden einer frischen Portion bedeckt der Kraftstoff fast die gesamte Oberfläche der Schicht, wodurch die Oberflächentemperatur der Schicht stark abnimmt, wie aus Abb. 1. Die Temperatur der Gase im Ofen nimmt ebenfalls ab, und während dieses Zeitintervalls im Wärmeaustauschsystem des Ofens ist die Oberflächentemperatur der Auskleidung am höchsten. Die Strahlung von der Ziegeloberfläche auf die Schicht trägt in diesen Momenten zur Erwärmung und oberen Zündung des Brennstoffs bei.
Um die Temperaturregime zu untersuchen, die Wärmeströme auf der Innenseite und die Wärmeverluste zu bestimmen, wurden Messungen der Temperaturregime der Ofenauskleidungen durchgeführt. Die Arbeiten wurden an einem Heizkessel mit manuellem Schichtofen durchgeführt, bei dem die Ausmauerung aus 380 mm dicken Schamottesteinen gleichzeitig Sockel für zwei Kesselteilpakete ist. Die Höhe des Sockels beträgt 1,2 m, einschließlich 0,5 m über dem Rost.
Temperaturmessungen wurden mit einer Sonde durchgeführt - einem Quarzglasrohr mit einem Durchmesser von 8,5 mm mit XA-Thermoelementen, das in einem Durchgangsloch in der Seitenwand des Mauerwerks bewegt wurde. Im Kessel wurde Kuznetsk-Kohle der Klasse 2SS verbrannt, der Ofenzyklus (die Zeit zwischen benachbarten Ladungen) betrug 10 Minuten.
Die Ergebnisse der Messungen der instationären Temperatur des Mauerwerks bei einer thermischen Belastung des Gitters von 0,55 MW/m 2 (Brennstoffverbrauch - 72 kg/h) sind in Abb. 2 dargestellt. 2.
Die Temperatur an der Außenfläche der Auskleidung in einer Höhe von 0,4 m über dem Rostniveau betrug 60 ° C und an der Innenfläche - 800 ° C. Die Temperatur nimmt überproportional zur Außenfläche entlang der Dicke des Mauerwerks ab , was auf eine Abnahme des Wärmestroms durch das Mauerwerk infolge von Wärmelecks (Wärmeströmen) in vertikaler Richtung hinweist. Wärmelecks treten aufgrund einer ungleichmäßigen Erwärmung der Auskleidung in der Höhe auf: Die Temperatur des Ziegels in der Aschenlade ist niedriger als die Temperatur des Rosts und beträgt 60-70 ° C und am oberen Ende des Mauerwerks in Kontakt mit dem Kesselabschnitte - 80-100 ° C.
An der Außenfläche der Auskleidung berechnet sich der Wärmestrom sowohl nach den Bedingungen der konvektiven Wärmeübertragung bei natürlicher Luftkonvektion q=α ek (t n -t c), als auch nach der Wärmeleitfähigkeit der Auskleidung q=α * dt / dx ergibt einen Wert von 0,5 kW/m 2 und auf der Innenfläche – q=2,7 kW/m 2 . Die Wärmeverluste an der Seiten- und Bodenfläche der Auskleidung sind erheblich - 4% der Kesselleistung von 220 kW selbst bei einer Auskleidungsdicke von 380 mm.
Ein noch größerer Wert wird durch Wärmeabgabe an die Umgebung bei Abnahme der Dicke der Auskleidung erreicht. Beispielsweise hat im Feuerraum eines Wärmeerzeugers mit 2 MW Schornstein ohne wärmeaufnehmende Blenden eine ungeschirmte Ausmauerung von 2 m Höhe nur eine Dicke von 250 mm. Um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten, war es erforderlich, den Luftüberschuss im Ofen auf einen Wert von α = 2,6 zu erhöhen. Die Temperatur der Innenfläche der Auskleidung betrug jedoch 1100 °C in einer Höhe von 1,8 m vom Rost und 900 °C in einer Höhe von 0,4 m (Abb. 3). Die durchschnittlichen Wärmeströme durch das Mauerwerk stiegen auf 2,2 kW / m 2 auf der Höhe von 0,4 m und auf 2,6 kW / m 2 auf der Höhe von 1,8 m. In diesem Fall reicht der Temperaturunterschied entlang der Höhe des Mauerwerks 200 °C an der Innenfläche und nimmt an Dicke ab, was zu Wärmeübertragungen von den oberen auf die unteren Schichten führt.
Interessante Ergebnisse wurden aufgezeichnet, als dieser Wärmeerzeuger gestoppt wurde. Wenn die Brennstoffzufuhr gestoppt wird und der Lüfter weiter läuft, nimmt die Wärmefreisetzung im Ofen ab, was zu einer schnellen Abkühlung der Auskleidung von der Innenfläche und einer monotonen Abnahme ihrer Temperatur führt (Abb. 4). Nach 25 Minuten nimmt der vom Ofen zur Mauerwerksoberfläche gerichtete Wärmefluss auf 0 ab und ändert dann seine Richtung. Bei weiterer Abkühlung des Ofens und Abnahme der Temperatur der Innenfläche der Auskleidung tritt ein Maximum in der Temperaturverteilung über die Dicke der Auskleidung auf. Die Temperatur der Schichten innerhalb des Mauerwerks steigt sogar an und das Temperaturmaximum verschiebt sich nach innen. Der Grund für eine solche Verformung des Temperaturfeldes des Mauerwerks ist mit einer stärkeren Abkühlung der Innenfläche, insbesondere der unteren Schichten, verbunden, was zu großen Wärmeübertragungen von den oberen mittleren Schichten führt. Nach 45 Minuten werden sie immer noch auf 300°C erhitzt.
Ergebnisse
1. In Kesseln mit Schichtfeuerungen trägt die thermische Trägheit der Auskleidung zur Erwärmung und Zündung des geladenen Brennstoffs bei.
2. Die Wärmeverluste an der Seiten- und Bodenfläche der Auskleidung (Schamottesteine) sind erheblich - 4% der Kesselleistung von 220 kW, selbst bei einer Auskleidungsdicke von 380 mm.
3. Aufgrund der ungleichmäßigen Erwärmung der Auskleidung entlang der Höhe treten Wärmelecks auf. Wird die Brennstoffzufuhr bei laufendem Ventilator unterbrochen, führt dies dazu, dass sich das Temperaturmaximum innerhalb des Mauerwerks verschiebt.
Literatur
1. Kamenetsky B.Ya. Zur Anwendbarkeit des normativen Verfahrens zur Berechnung der Ofenwärmeübertragung auf Schichtöfen.Teploenergetika. 2006. Nr. 2. S. 58-60.
In Heizkesseln sowie anderen Heizanlagen wird nicht die gesamte Wärme genutzt, die bei der Verbrennung von Brennstoff freigesetzt wird. Ein ziemlich großer Teil der Wärme entweicht zusammen mit Verbrennungsprodukten in die Atmosphäre, ein Teil geht durch den Kesselkörper verloren und ein kleiner Teil geht durch chemische oder mechanische Unterverbrennung verloren. Mechanisches Unterbrennen bezieht sich auf Wärmeverlust aufgrund des Versagens oder Mitreißens von Ascheelementen mit unverbrannten Partikeln.
Die Wärmebilanz des Kessels ist die Aufteilung der bei der Brennstoffverbrennung freigesetzten Wärme auf die bestimmungsgemäß genutzte Nutzwärme und auf die beim Betrieb der thermischen Anlagen entstehenden Wärmeverluste.
Schema der Hauptquellen von Wärmeverlusten.
Als Bezugswert des Wärmeeintrags wird der Wert genommen, der beim niedrigsten Heizwert aller Brennstoffe freigesetzt werden könnte.
Wenn der Kessel feste oder flüssige Brennstoffe verwendet, wird die Wärmebilanz in Kilojoule für jedes verbrauchte Kilogramm Brennstoff und bei Verwendung von Gas für jeden Kubikmeter berechnet. In beiden Fällen kann die Wärmebilanz in Prozent ausgedrückt werden.
Wärmebilanzgleichung
Die Gleichung für die Wärmebilanz des Kessels bei der Verbrennung von Gas kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
Optimale Lastparameter sorgen für eine hohe Leistung des Heizsystems.
- QT=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6;
- wobei QT die Gesamtmenge an thermischer Wärme ist, die in den Kesselofen eingetreten ist;
- Q1 - Nutzwärme, die zur Erwärmung des Kühlmittels oder zur Dampferzeugung verwendet wird;
- Q2 ist der Wärmeverlust, der mit den Verbrennungsprodukten in die Atmosphäre entweicht;
- Q3 - Wärmeverlust in Verbindung mit unvollständiger chemischer Verbrennung;
- Q4 - Wärmeverlust aufgrund mechanischer Unterverbrennung;
- Q5 - Wärmeverlust durch die Wände des Kessels und der Rohre;
- Q6 - Wärmeverlust aufgrund der Entfernung von Asche und Schlacke aus dem Ofen.
Wie aus der Wärmebilanzgleichung ersichtlich, gibt es bei der Verbrennung gasförmiger oder flüssiger Brennstoffe keine Q4- und Q6-Werte, die nur für feste Brennstoffe typisch sind.
Wenn die Wärmebilanz als Prozentsatz der Gesamtwärme (QT=100%) ausgedrückt wird, dann nimmt diese Gleichung die Form an:
- 100=q1+q2+q3+q4+q5+q6.
Wenn wir jeden Term der Wärmebilanzgleichung von der linken und rechten Seite durch QT dividieren und mit 100 multiplizieren, erhalten wir die Wärmebilanz als Prozentsatz der gesamten Wärmezufuhr:
- q1=Q1*100/QT;
- q2=Q2*100/QT und so weiter.
Wird im Kessel flüssiger oder gasförmiger Brennstoff verwendet, so entstehen keine Verluste q4 und q6, die Kesselwärmebilanzgleichung in Prozent hat die Form:
- 100=q1+q2+q3+q5.
Jede Art von Hitze und Gleichungen sollte genauer betrachtet werden.
Zweckmäßig genutzte Wärme (q1)
Schema des Funktionsprinzips eines stationären Wärmeerzeugers.
Die Wärme, die für ihren direkten Zweck verwendet wird, ist diejenige, die zum Erhitzen des Kühlmittels oder zum Gewinnen von Dampf mit einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur aufgewendet wird, die aus der Temperatur des in den Vorwärmer des Kessels eintretenden Wassers berechnet werden. Das Vorhandensein eines Economizers erhöht die Nutzwärmemenge erheblich, da Sie die in den Verbrennungsprodukten enthaltene Wärme in größerem Umfang nutzen können.
Während des Betriebs des Kessels nehmen die Elastizität und der Druck des darin befindlichen Dampfes zu. Auch der Siedepunkt von Wasser hängt von diesem Vorgang ab. Wenn der Siedepunkt von Wasser unter normalen Bedingungen 100 ° C beträgt, steigt dieser Wert mit zunehmendem Dampfdruck. In diesem Fall wird der Dampf, der sich zusammen mit kochendem Wasser im selben Kessel befindet, als gesättigt bezeichnet, und der Siedepunkt von Wasser bei einem bestimmten Sattdampfdruck wird als Sättigungstemperatur bezeichnet.
Wenn der Dampf keine Wassertröpfchen enthält, spricht man von trockenem Sattdampf. Der Massenanteil von trockenem Sattdampf im Nassdampf ist der Trockenheitsgrad des Dampfes, ausgedrückt in Prozent. In Dampfkesseln liegt die Dampffeuchtigkeit zwischen 0 und 0,1 %. Wenn die Luftfeuchtigkeit diese Indikatoren überschreitet, arbeitet der Kessel nicht im optimalen Modus.
Die nutzbare Wärme, die zum Erhitzen von 1 Liter Wasser von Null auf den Siedepunkt bei konstantem Druck aufgewendet wird, wird als Enthalpie der Flüssigkeit bezeichnet. Die Wärme, die aufgewendet wird, um 1 Liter siedende Flüssigkeit in einen Dampfzustand umzuwandeln, wird als latente Verdampfungswärme bezeichnet. Die Summe dieser beiden Indikatoren ist der Gesamtwärmeinhalt von Sattdampf.
Wärmeverlust durch in die Atmosphäre entweichende Verbrennungsprodukte (q2)
Diese prozentuale Verlustart zeigt den Unterschied zwischen der Enthalpie der Rauchgase und der in den Kessel eintretenden Kaltluft. Die Formeln zur Ermittlung dieser Verluste unterscheiden sich je nach Brennstoffart.
Die Verbrennung von Heizöl führt zu Wärmeverlusten durch chemische Unterverbrennung.
Bei Verwendung fester Brennstoffe betragen die Verluste q2:
- q2 = (Ig-αg*Ic)(100-q4)/QT;
- wobei Ig die Enthalpie der Gase ist, die die Atmosphäre verlassen (kJ/kg), αg der Koeffizient des Luftüberschusses ist, Iv die Enthalpie der Luft ist, die für die Verbrennung bei der Temperatur ihres Eintritts in den Kessel benötigt wird (kJ/kg).
Der Indikator q4 wird in die Formel eingeführt, da die bei der physikalischen Verbrennung von 1 kg Brennstoff freigesetzte Wärme berücksichtigt werden sollte und nicht für 1 kg Brennstoff, der in den Ofen gelangt.
Bei der Verwendung von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen hat die gleiche Formel die Form:
- q2 = ((Ig-αg*Ic)/QT)*100 %.
Wärmeverluste mit Abgasen sind abhängig vom Zustand des Heizkessels selbst und der Betriebsweise. Beispielsweise beim manuellen Einfüllen von Brennstoff in die Feuerung steigen solche Wärmeverluste durch den periodischen Frischluftzufluss erheblich an.
Verluste an thermischer Energie mit Rauchgasen, die die Atmosphäre verlassen, steigen mit einer Erhöhung ihrer Temperatur und der verbrauchten Luftmenge. Beispielsweise beträgt die Temperatur von Gasen, die die Atmosphäre verlassen, ohne Economizer und Lufterhitzer 250-350°C, und in ihrer Anwesenheit nur 120-160°C, was die Menge an nutzbarer Wärme um ein Vielfaches erhöht.
Schaltplan des Kessels.
Andererseits kann eine unzureichende Temperatur der austretenden Verbrennungsprodukte zur Bildung von Wasserdampfkondensat auf den Heizflächen führen, was sich auch auf die Eisbildung an Schornsteinen im Winter auswirkt.
Die verbrauchte Luftmenge ist abhängig vom Brennertyp und der Betriebsart. Wird er gegenüber dem optimalen Wert erhöht, so führt dies zu einem hohen Luftanteil in den Rauchgasen, der zusätzlich einen Teil der Wärme abführt. Dies ist ein unvermeidlicher Prozess, der nicht gestoppt, aber auf ein Minimum reduziert werden kann. In modernen Realitäten sollte der Luftdurchflusskoeffizient 1,08 für Brenner mit Volleinblasung, 0,6 für Brenner mit Teillufteinblasung, 1,1 für Brenner mit forcierter Luftzufuhr und -mischung und 1,15 für Diffusionsbrenner mit externer Mischung nicht überschreiten. Das Vorhandensein zusätzlicher Luftlecks in den Ofen- und Kesselrohren führt zu einer Erhöhung der Wärmeverluste mit der Abluft. Wenn Sie den Luftstrom auf einem optimalen Niveau halten, können Sie den Wert von q2 auf ein Minimum reduzieren.
Um den q2-Wert zu minimieren, ist es notwendig, die Außen- und Innenflächen des Kessels rechtzeitig zu reinigen, das Fehlen von Ablagerungen zu überwachen, die die Wärmeübertragung vom verbrannten Brennstoff auf den Wärmeträger verringern, die einzuhalten Anforderungen an das im Boiler verwendete Wasser, überwachen Sie den Boiler und die Rohrverbindungen auf Beschädigungen, um einen Luftstrom zu verhindern. Der Einsatz zusätzlicher elektrischer Heizflächen im Gasweg verbraucht Strom. Die Einsparungen durch einen optimalen Kraftstoffverbrauch sind jedoch viel höher als die Kosten des verbrauchten Stroms.
Wärmeverlust durch chemisches Unterbrennen des Kraftstoffs (q3)
Diese Art der Schaltung schützt das Heizsystem vor Überhitzung.
Der Hauptindikator für die unvollständige chemische Verbrennung von Kraftstoff ist das Vorhandensein von Kohlenmonoxid in den Abgasen (bei Verwendung von Festbrennstoff) oder von Kohlenmonoxid und Methan (bei Verbrennung von gasförmigem Brennstoff). Der Wärmeverlust durch chemische Unterverbrennung entspricht der Wärme, die bei der Verbrennung dieser Rückstände freigesetzt werden könnte.
Die unvollständige Verbrennung des Brennstoffs hängt von Luftmangel, schlechter Vermischung von Brennstoff mit Luft, einem Temperaturabfall im Inneren des Kessels oder dem Kontakt der Flamme des brennenden Brennstoffs mit den Wänden des Kessels ab. Eine übermäßige Erhöhung der Menge an einströmendem Sauerstoff garantiert jedoch nicht nur keine vollständige Verbrennung des Brennstoffs, sondern kann auch den Betrieb des Kessels stören.
Der optimale Kohlenmonoxidgehalt am Ausgang des Ofens bei einer Temperatur von 1400 °C sollte nicht mehr als 0,05 % (bezogen auf trockene Gase) betragen. Bei solchen Werten beträgt der Wärmeverlust durch Unterverbrennung je nach Brennstoff 3 bis 7 %. Sauerstoffmangel kann diesen Wert auf bis zu 25 % erhöhen.
Aber es ist notwendig, solche Bedingungen zu erreichen, dass es zu keiner chemischen Unterverbrennung des Brennstoffs kommt. Es ist notwendig, eine optimale Luftzufuhr zum Ofen sicherzustellen, eine konstante Temperatur im Inneren des Kessels aufrechtzuerhalten und eine gründliche Mischung des Brennstoffgemisches mit Luft zu erreichen. Der wirtschaftlichste Betrieb des Kessels wird erreicht, wenn der Kohlendioxidgehalt der in die Atmosphäre entweichenden Verbrennungsprodukte je nach Brennstoffart 13-15% beträgt. Bei einer übermäßigen Luftzufuhr kann der Kohlendioxidgehalt im austretenden Rauch um 3-5% abnehmen, der Wärmeverlust nimmt jedoch zu. Bei normalem Betrieb der Heizanlage betragen die Verluste q3 0-0,5 % für Kohlenstaub und 1 % für Schichtfeuerungen.
Wärmeverlust durch physisches Unterbrennen (q4)
Diese Art von Verlust entsteht dadurch, dass unverbrannte Brennstoffpartikel durch den Rost in den Aschekasten fallen oder zusammen mit den Verbrennungsprodukten durch das Rohr in die Atmosphäre getragen werden. Der Wärmeverlust durch physikalische Unterverbrennung hängt direkt von der Konstruktion des Kessels, der Position und Form des Rostes, der Zugkraft, dem Zustand des Brennstoffs und seiner Sinterung ab.
Die größten Verluste entstehen durch mechanische Unterverbrennung bei schichtweiser Verbrennung von Festbrennstoff und übermäßig starke Traktion. In diesem Fall werden viele kleine unverbrannte Partikel mit dem Rauch weggetragen. Dies zeigt sich besonders gut bei der Verwendung von heterogenem Brennstoff, wenn sich darin kleine und große Brennstoffstücke abwechseln. Die Verbrennung jeder Schicht erweist sich als ungleichmäßig, da kleine Stücke schneller ausbrennen und mit Rauch weggetragen werden. In die entstehenden Lücken tritt Luft ein, die große Kraftstoffstücke kühlt. Gleichzeitig sind sie mit einer Schlackenkruste bedeckt und brennen nicht vollständig aus.
Die Wärmeverluste bei der mechanischen Unterverbrennung betragen üblicherweise etwa 1 % für Kohlenstauböfen und bis zu 7,5 % für Schichtöfen.
Wärmeverlust direkt durch die Kesselwände (q5)
Diese Art von Verlust hängt von der Form und Konstruktion des Kessels, der Dicke und Qualität der Auskleidung sowohl des Kessels als auch der Schornsteinrohre und dem Vorhandensein eines wärmeisolierenden Schirms ab. Darüber hinaus haben die Konstruktion des Ofens selbst sowie das Vorhandensein zusätzlicher Heizflächen und elektrischer Heizungen im Rauchweg einen großen Einfluss auf die Verluste. Diese Wärmeverluste steigen bei Vorhandensein von Zugluft in dem Raum, in dem sich die Heizgeräte befinden, sowie bei der Anzahl und Dauer des Öffnens der Ofen- und Systemluken. Die Reduzierung der Verluste hängt von der richtigen Auskleidung des Kessels und dem Vorhandensein eines Economizers ab. Günstigerweise wirkt sich die Wärmedämmung von Rohren, durch die Abgase in die Atmosphäre abgeführt werden, auf die Reduzierung von Wärmeverlusten aus.
Wärmeverlust durch Asche- und Schlackenentfernung (q6)
Diese Art von Verlust ist nur für feste Brennstoffe in stückigem und pulverisiertem Zustand typisch. Wenn es nicht verbrannt wird, fallen Partikel von ungekühltem Brennstoff in den Aschenkasten, von wo sie entfernt werden, wobei sie einen Teil der Wärme mitnehmen. Diese Verluste hängen vom Aschegehalt des Brennstoffs und dem Entaschungssystem ab.
Die Wärmebilanz des Kessels ist ein Wert, der den optimalen und wirtschaftlichen Betrieb Ihres Kessels anzeigt. Anhand der Größe der Wärmebilanz können Maßnahmen ermittelt werden, die dazu beitragen, verbrannten Kraftstoff zu sparen und die Effizienz von Heizgeräten zu steigern.
Einführung
Bei der Berechnung der Wärmebilanz metallurgischer Öfen stellt sich häufig das Problem, Wärmeverluste durch Ofensperren zu ermitteln. Die Minimierung von Wärmeverlusten hilft, Kraftstoff und Strom zu sparen, und senkt die Produktionskosten. Außerdem ist es für die richtige Materialauswahl bei der Auslegung des Ofens notwendig, das Temperaturfeld in der Wand zu kennen, um die Einschränkungen bezüglich der Betriebstemperatur der Materialien einzuhalten. Daher muss ein Ingenieur bei der Konstruktion eines Ofens mehrere Optionen für die Wandgestaltung berücksichtigen und die beste davon auswählen. Dieser Artikel betrachtet ein Verfahren zur Berechnung von Wärmeverlusten durch eine flache mehrschichtige Wand einer thermischen Einheit, beschreibt Software zur Automatisierung dieser Berechnung und analysiert die Abhängigkeit von Wärmeverlusten von verschiedenen Faktoren.
Theoretische Basis
Backen- thermisch-technologische Anlagen, die vom umgebenden Raum geschützt sind, in denen Wärme aus der einen oder anderen Primärenergieart erzeugt und Wärme auf das Material übertragen wird, das zu technologischen Zwecken einer Wärmebehandlung unterzogen wird (Schmelzen, Erhitzen, Trocknen, Brennen usw.). Gleichzeitig wird ein Teil der freigesetzten Wärmeenergie für die Umsetzung des technologischen Prozesses aufgewendet und ein Teil geht nutzlos verloren und erwärmt die Umgebung. Die Reduzierung von Wärmeverlusten ermöglicht es, die Effizienz von Öfen zu steigern und den Energieverbrauch zu senken.
Ein Teil der Wärme in Öfen geht durch Übertragung verloren Wärmeleitfähigkeit durch das feuerfeste. Wärmeleitfähigkeit ist der Prozess der Wärmeübertragung (innere Energie), der auftritt, wenn Körper (oder Körperteile) in direkten Kontakt mit unterschiedlichen Temperaturen kommen. Der Energieaustausch erfolgt durch Mikropartikel, aus denen Substanzen bestehen: Moleküle, Atome, freie Elektronen. Die Wärmestromdichte der Wärmeleitfähigkeit hängt vom Temperaturfeld und der Wärmeleitfähigkeit des Stoffes ab.
Der Satz von Temperaturwerten für alle Punkte des Körpers zu einem bestimmten Zeitpunkt wird aufgerufen Temperaturfeld. In diesem Fall gilt das Feld als stationär, wenn sich die Temperatur zeitlich nicht ändert, und wenn es sich ändert, als nicht stationär. Am einfachsten ist der Fall eines eindimensionalen stationären Temperaturfeldes.
Wärme wird durch Wärmeleitung von den stärker erhitzten Körperschichten zu den weniger erhitzten übertragen, d.h. in Richtung abnehmender Temperatur. Die pro Zeiteinheit durch eine beliebige Fläche übertragene Wärmemenge wird als Wärmestrom Q bezeichnet. Der Wärmestrom pro Flächeneinheit charakterisiert die Wärmestromdichte q. Nach dem Fourier-Gesetz ist die Wärmestromdichte proportional zum Temperaturgradienten:
q = -λgrad t (1.1)
wobei q die Wärmestromdichte W/m2 ist
λ - Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Materials, W / (m * K)
grad t – Temperaturgradient, K/m
Der Proportionalitätsfaktor λ in Gleichung (1.1) ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials und charakterisiert dessen Wärmeleitfähigkeit. Gase haben die niedrigsten Werte der Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten und Metalle die höchsten. Beim Bau von Öfen werden Materialien mit einem relativ niedrigen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten verwendet: feuerfeste und wärmeisolierende Materialien.
Feuerfest sogenannte nichtmetallische Werkstoffe, die für den Einsatz bei hohen Temperaturen in thermischen Einheiten bestimmt sind und eine Feuerwiderstandsfähigkeit von mindestens 1580 °C aufweisen. Feuerfeste Materialien haben die Funktion, Wärme in einem begrenzten Volumen des Arbeitsraums des Ofens zu halten, und müssen daher eine geringe Wärmeleitfähigkeit und die Fähigkeit haben, hohen Temperaturen standzuhalten. Die Vielfalt der Einsatzbedingungen erforderte die Schaffung eines großen Sortiments an feuerfesten Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die gebräuchlichsten feuerfesten Materialien sind Schamotte, Dinas, Magnesit, Chromomagnesit.
Um den Wärmefluss der Wärmeleitfähigkeit durch das Verlegen von Öfen zu reduzieren, wärmeisolierend Materialien, also Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Beispiele für wärmedämmende Materialien sind Asbest, Kieselgur, Schlackenwolle, feuerfeste Leichtstoffe. In diesem Fall besteht das Mauerwerk aus mehreren Schichten: Die inneren Schichten bestehen aus Materialien mit hohem Wärmewiderstand (feuerfeste Materialien) und die äußeren Schichten aus weniger widerstandsfähigen Materialien mit geringerer Wärmeleitfähigkeit (Wärmedämmung). Bei der Konstruktion eines Ofens ist es notwendig, die Ofenwände so zu wählen, dass der Wärmeverlust minimal ist und die Einschränkungen der thermischen Beständigkeit von Materialien eingehalten werden.
Berechnungsmethode
Das mathematische Modell des Problems basiert auf der Methodik zur Berechnung der Wärmeverluste durch die Gehäuse von Wärmeanlagen, die in der Arbeit „Berechnung der Wärmeverluste durch Ofengehäuse“ (V. B. Kutyin, S. N. Gushchin, B. A. Fetisov) beschrieben sind.
Der Kern der Berechnung besteht darin, den Wärmestrom durch die Wand in einem stationären Modus mit Randbedingungen der dritten Art zu bestimmen. Es wird davon ausgegangen, dass die Wärmeübertragung durch die Wand durch Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeübertragung von der Außenwand an die Umgebung durch Strahlung und natürliche Konvektion erfolgt. Die Berechnung berücksichtigt die Temperaturabhängigkeit des Wärmeleitkoeffizienten des Materials der Schichten.
Die Ausgangsdaten für die Berechnung sind in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1 – Anfangsdaten
Die Berechnung erfolgt nach der Methode der sukzessiven Approximation. Zunächst wird ein beliebiges Temperaturfeld eingestellt. Dann werden die Wärmewiderstände der Schichten durch die Formel bestimmt:
Der Wärmeübergangskoeffizient von der Außenfläche wird durch die Formel bestimmt:
Die Gesamtwärmestromdichte wird nach folgender Formel berechnet:
Die Dichte des Wärmestroms, der durch die Wärmeleitfähigkeit durch die Wand übertragen wird, wird durch die Formel bestimmt:
Die Dichte des Wärmestroms, der von der Außenfläche an die Umgebung abgegeben wird, wird durch die Formel bestimmt:
Das verfeinerte Temperaturfeld wird durch die Formel bestimmt:
Der iterative Prozess wird fortgesetzt, bis der relative Fehler kleiner als der angegebene Wert wird. Abschließend wird der Wärmeverlust pro Zeiteinheit berechnet:
Software zur Berechnung des Wärmeverlusts
Um die Berechnung von Wärmeverlusten durch eine flache mehrschichtige Ofenwand zu automatisieren, wurde entwickelt. Das Programm verfügt über eine praktische grafische Benutzeroberfläche, mit der Sie interaktiv das erforderliche Design der feuerfesten Wand festlegen und ihre Daten zur späteren Verwendung in einer Datei speichern können. Die Berechnungsergebnisse werden in Form von Tabellen, Grafiken und Heatmaps dargestellt. Das Programm entnimmt Daten über die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Materialien aus einer Datenbank, die vom Benutzer ergänzt werden kann.
Wärmeverluststudie
Mit Hilfe bequemer Mittel der grafischen Oberfläche des Programms ist es möglich, den Einfluss verschiedener Faktoren auf die Wärmeverluste in der Einheit zu analysieren.
Die Abhängigkeit der Wärmeverluste von der Dicke der Auskleidungsschicht
Um die Abhängigkeit der Wärmeverluste von der Dicke der Auskleidungsschicht zu untersuchen, wurden mehrere Varianten der Ausgangsdaten erstellt, die sich nur in der Dicke der Auskleidungsschicht unterscheiden. Das Auskleidungsmaterial ist hochtonerdefeuerfest, das Material der Wärmedämmschicht ist leichte Schamotte. Andere Parameter sind in Tabelle 2 angegeben.
Wandgestaltung studieren
Tabelle 2 – Variante der Ausgangsdaten
Die Studie hier und weiter wurde unter Verwendung des eingebauten Programms durchgeführt, um die Ergebnisse der Berechnung zu vergleichen. Die Vergleichsergebnisse sind in Bild 1 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Wärmeverluste mit zunehmender Auskleidungsdicke abnehmen, jedoch nur geringfügig.
Bild 1 - Die Abhängigkeit der Wärmeverluste von der Dicke der Auskleidung
Abhängigkeit der Wärmeverluste von der Dicke der Wärmedämmschicht
Um die Abhängigkeit der Wärmeverluste von der Dicke der Wärmedämmschicht zu untersuchen, wurden mehrere Varianten der Ausgangsdaten erstellt, die sich nur in der Dicke der Wärmedämmschicht unterscheiden. Die Wandstruktur ist in Abbildung 2 dargestellt, andere Parameter sind die gleichen wie in der vorherigen Studie (Tabelle 2).
Abbildung 2 - Wandgestaltung für die Forschung
Die Ergebnisse der Studie sind in Bild 3 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Wärmeverluste mit zunehmender Dicke der Wärmedämmschicht stark abnehmen.
Bild 3 - Abhängigkeit der Wärmeverluste von der Dicke der Wärmedämmung
Abhängigkeit der Wärmeverluste vom Material der Wärmedämmung
Um den Einfluss des Wärmedämmstoffes zu untersuchen, betrachten wir mehrere Varianten der Wandgestaltung, die sich nur im Material der Wärmedämmung unterscheiden. Das Design der Testwand ist in Abbildung 4 dargestellt, und andere Parameter sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Abbildung 4 – Wandgestaltung für die Forschung
Die Ergebnisse der Studie sind in Abbildung 5 dargestellt. Aus dem Diagramm können wir schließen, dass die Wärmeverluste je nach Material der Wärmedämmung erheblich variieren können, sodass die richtige Wahl des letzteren bei der Auslegung von Öfen sehr wichtig ist. Von den ausgewählten Materialien hat Mineralwolle die besten wärmedämmenden Eigenschaften.
Abbildung 5 - Abhängigkeit der Wärmeverluste vom Material der Wärmedämmung
Die Abbildungen 6, 7 zeigen detailliertere Ergebnisse für zwei Berechnungsoptionen. Es ist ersichtlich, dass bei Verwendung einer fortschrittlicheren Wärmedämmung nicht nur die Wärmeverluste reduziert werden, sondern auch die Temperatur der Außenfläche der Wand, was die Arbeitsbedingungen des Ofenpersonals verbessert.
Abbildung 6 - Berechnungsergebnisse für eine Variante der Ausgangsdaten
Abbildung 7 - Berechnungsergebnisse für die zweite Version der Ausgangsdaten
Abhängigkeit der Wärmeverluste vom Emissionsgrad der Außenfläche der Wand
In den meisten Fällen wird die Außenfläche der Ofenwand durch ein Gehäuse aus kohlenstoffarmem Stahl mit unterschiedlichem Korrosionsgrad dargestellt. Der Einfluss des Gehäuses auf den Wärmeübergang durch Wärmeleitfähigkeit ist gering, der Wärmeübergang durch Strahlung kann jedoch durch das Aufbringen von Beschichtungen mit unterschiedlichem Schwärzungsgrad beeinflusst werden. Um diesen Effekt zu untersuchen, betrachten wir mehrere Varianten der Ausgangsdaten, die sich nur im Schwärzungsgrad der äußeren Oberfläche unterscheiden. Das Design der untersuchten Wand ist in Abbildung 8 dargestellt, siehe Tabelle 2 für weitere Parameter.
Abbildung 8 – Wandgestaltung für die Forschung
Abbildung 9 und Tabelle 3 zeigen die Ergebnisse der Studie. Die Legende gibt das Material des Gehäuses und in Klammern den Schwärzungsgrad an. Es ist ersichtlich, dass die Wärmeverluste mit abnehmendem Emissionsgrad der Außenfläche nur unwesentlich abnehmen. Da die Kosten für das Lackieren des Ofengehäuses jedoch geringer sind als das Einbringen einer zusätzlichen Wärmedämmung, kann das Beschichten des Gehäuses mit leichter Aluminiumfarbe empfohlen werden, um die Wärmeverluste zu reduzieren.
Tabelle 3 - Abhängigkeit der Wärmeverluste vom Emissionsgrad der Außenfläche
Abbildung 9 - Abhängigkeit der Wärmeverluste vom Emissionsgrad der Außenfläche
Negative Wirkung der Wärmedämmung
Betrachten wir die Wirkung der Wärmedämmung auf das Temperaturfeld in der Wand eines Hochtemperaturofens. Betrachten Sie dazu zwei Möglichkeiten für die Gestaltung der Wand. Beim ersten besteht die Wand aus einer Schicht Magnesit, beim zweiten aus einer Schicht Magnesit und einer Schicht Schlackenwolle als Wärmedämmung. Die Temperaturfelder für diese Fälle sind in den Abbildungen 10, 11 dargestellt.
Abbildung 10 – Temperaturfeld ohne Wärmedämmung
Abbildung 11 – Temperaturfeld bei vorhandener Wärmedämmung
Ohne Wärmedämmung ändert sich die Temperatur in der Arbeitsschicht der Auskleidung von 472 auf 1675 Grad und bei Vorhandensein einer Wärmedämmschicht von 1519 auf 1698. Daraus folgt, dass die Einführung einer Wärmedämmung zu einer Erhöhung führt Temperatur in der Auskleidungsschicht, was ihre Haltbarkeit beeinträchtigen sollte .
Die negative Auswirkung der Wärmedämmung auf den Auskleidungsdienst ist besonders ausgeprägt bei Hochtemperaturöfen: Lichtbogenstahlschmelzen, Ferrolegierung usw. In dem Buch "Elektrothermische Prozesse und Anlagen" (Aliferov A.I.) ) wurde nicht häufig verwendet. Typischerweise führt eine solche Isolierung zu einem Temperaturanstieg in der Arbeitsschicht der Auskleidung und zu einem starken Abfall ihrer Haltbarkeit, insbesondere bei großen EAF. Verluste aufgrund von EAF-Ausfallzeiten für Auskleidungsreparaturen übersteigen bei weitem die Einsparungen durch die Reduzierung des Stromverbrauchs aufgrund eines verringerten Wärmeflusses durch die Wand. Daher ist die Wärmedämmung von Wänden und Gewölben aus Spanplatten in der Regel wirtschaftlich unrentabel. (Diese Bestimmung gilt nicht für die Gestaltung der Unterseite der Spanplatte, für die eine Wärmedämmung verwendet wird).
Aufgrund der unbefriedigenden Haltbarkeit von Feuerfestmaterialien auf großen, leistungsstarken EAF wird die Auskleidung durch wassergekühlte Platten ersetzt. Trotz der Zunahme der Dichte des von den wassergekühlten Oberflächen abgeführten Wärmestroms im Vergleich zur Dichte des Wärmestroms durch die ausgekleideten Oberflächen steigt die Leistungsaufnahme nur bei Öfen mit kleiner Kapazität signifikant an. Durch die Verwendung von wassergekühlten Platten kann die Lebensdauer der feuerfesten Auskleidung erhöht werden.
Ergebnisse
Basierend auf der Studie kann geschlussfolgert werden, dass die Hauptmaßnahmen zur Verringerung der Wärmeverluste durch Mauerwerk die folgenden sein werden:
Erhöhung der Dicke der Wärmedämmschicht
- Verwendung von wärmedämmenden Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit
- Lackierung des Gehäuses mit hellem Alu-Lack (oder Beschichtung mit anderem Material mit geringem Schwärzungsgrad)
Für Hochtemperaturöfen ist es ratsam, anstelle einer Wärmedämmung wassergekühlte Karosseriebleche zu verwenden, mit denen Sie die Lebensdauer der Auskleidung verlängern und Ausfallzeiten für die Reparatur reduzieren können.
Quellen
1. Markin V.P. Berechnungen für die Wärmeübertragung / V. P. Markin, S. N. Gushchin, M. D. Kazyaev. - Jekaterinburg: USTU-UPI, 1998. - 46 p.2. Voronov G. V., Startsev V. A. Feuerfeste Materialien und Produkte in Industrieöfen und Nebenanlagen / G. V. Voronov, V. A. Startsev. - Jekaterinburg: USTU-UPI, 2006. - 303 p.
3. Kut’in V.B. Berechnung der Wärmeverluste durch Ofengehäuse / V. B. Kut'in, S. N. Gushchin, B. A. Fetisov. - Jekaterinburg: USTU-UPI, 1996. - 17p.
4. Feuerfeste Materialien. Struktur, Eigenschaften, Tests. Nachschlagewerk / J. Allenstein und andere; ed. G. Rouchka, H. Wutnau. – M.: Intermet Engineering, 2010. – 392 S.
5. Zobnin V. F., Wärmetechnische Berechnungen von metallurgischen Öfen / V. F. Zobnin, M. D. Kazyaev, B. I. Kitaev ua - M.: Metallurgy, 1982. - 360 p.
6. Aliferov A. I. Elektrothermische Prozesse und Anlagen: Lehrbuch / A. I. Aliferov et al.; ed. VN Timofeeva, E.A. Golowenko, E. V. Kuznetsova - Krasnojarsk: Sibirische Föderale Universität, 2007. - 360 p.
