Ministério da Educação e Ciência da Federação Russa

FGAOU VPO

Universidade Federal dos Urais em homenagem ao primeiro presidente da Rússia B.N. Yeltsin

TRABALHO DO CURSO

Cálculo térmico de verificação de uma caldeira de água quente

Chefe O.A. lagostim

Aluno P.A. Stadukhin

Grupo ENZ-320915s

Ecaterimburgo - 2015

Introdução

.Dados iniciais

2.

.Cálculo térmico da caldeira

3.1Características estimadas do combustível

3.2Cálculo de volumes de ar e produtos de combustão

3

4Balanço térmico da caldeira

5Cálculo térmico do forno

6Cálculo de feixes convectivos

4.Discrepância estimada equilíbrio térmico

Conclusão

Bibliografia

Introdução

Este trabalho apresenta um cálculo térmico de verificação de uma caldeira de água quente projetada para aquecer a água da rede durante a combustão de gás. Um cálculo de verificação é realizado para avaliar a economia e a confiabilidade da caldeira ao operar com um determinado combustível, identificar as medidas de reconstrução necessárias, selecionar equipamentos auxiliares e obter matérias-primas para cálculos: aerodinâmica, hidráulica, temperatura do metal e resistência da tubulação, desgaste da tubulação velocidade, corrosão, etc.

As especificidades do cálculo da caldeira são a incerteza das temperaturas intermediárias dos gases e do fluido de trabalho - o transportador de calor, incluindo a temperatura dos gases de combustão; portanto, o cálculo é realizado pelo método de aproximações sucessivas, primeiro definindo um determinado valor da temperatura dos gases que saem da caldeira e, em seguida, comparando-o com os resultados do cálculo. Desvios permitidos nos valores desta temperatura não devem exceder ± 5%.

1. Dados iniciais

.Marca da caldeira: KV-GM-4.65-95P.

2.Combustível: Gasoduto Yarino-Perm.

.Saída da caldeira Q para = 4,65 MW.

.Temperatura inicial da água t 1=55cerca de A PARTIR DE.

.Temperatura máxima da água na saída da caldeira t 2=95cerca de A PARTIR DE.

.Pressão da água na entrada da caldeira: p 1= 12bar.

.A caldeira gera 60% da potência nominal útil de calor.

2. Descrição do projeto da caldeira e do dispositivo de combustão

A marca de caldeira de água quente KV-GM-4.65-95P é projetada para água quente temperatura 95°C utilizado em sistemas de aquecimento, abastecimento de água quente para fins industriais e domésticos.

A caldeira tipo KV-GM é um dispositivo sem estrutura de suporte. O sistema de tubulação possui suportes soldados aos coletores inferiores. Os suportes localizados na junção da câmara de combustão e do eixo de convecção são fixos. As caldeiras do tipo KV-GM-4.65-95P consistem em um único sistema de tubulação.

A câmara de combustão, que tem uma disposição horizontal com circulação forçada de água de fluxo direto, é blindada por tubos de 51x4 mm de diâmetro, que estão incluídos em coletores de 159x6 mm de diâmetro. Os coletores são conectados a superfícies de aquecimento radiativo e convectivo com isolamento de tubulação leve e revestimento à prova de gás.

A superfície de aquecimento convectiva está localizada em um eixo vertical e é montada a partir de telas em forma de U de tubos com diâmetro de 28x3 mm.

A caldeira está equipada com um queimador tipo RGMG. O queimador é instalado na caixa de ar da caldeira, que é fixada na blindagem da tela frontal.

O movimento de água e gás na caldeira é organizado em contracorrente - a água da rede é fornecida às superfícies de aquecimento convectivo e removida das telas de combustão. O movimento da água é fornecido por uma bomba.

No colector de saída da caldeira, até às válvulas de corte, estão instalados: um manómetro, um medidor de temperatura e um tubo com um dispositivo de corte para a evacuação do ar durante o enchimento da caldeira. Equipado com válvulas de segurança.

A caldeira possui válvulas de drenagem e de ar com válvulas de corte, que proporcionam a possibilidade de retirar água e sedimentos das secções inferiores de todos os elementos da caldeira e retirar o ar das partes superiores.

As caldeiras KV-GM estão equipadas com escadas de plataforma para facilitar a manutenção.

tabela 1

Características técnicas da unidade de caldeira KV-GM-4.65-95P

Potência calorífica, MW4,65 Pressão de funcionamento da água na entrada da caldeira / na saída da caldeira, MPa 1,6 / 1,0 Temperatura da água na entrada / saída, ˚C70 / 150 Caudal de água na caldeira, t / h combustível para gás natural, m3/h501 Resistência aerodinâmica, Pa, não superior a 270 Coeficiente de excesso de ar para gás natural de acordo com GOST 5542, não superior a 1,15 Temperatura do gás de escape, ˚С130 Faixa de controle, %30 - 100 Eficiência da caldeira a gás natural, % , não inferior a 94,4 Dimensões totais em isolamento leve com revestimento metálico, mm: - comprimento ao longo das partes salientes do bloco da caldeira; - largura ao longo das partes salientes do bloco da caldeira; - altura do piso da sala das caldeiras até as partes salientes do bloco da caldeira 5720 2284 1985 Peso da caldeira sem queimador, kg, não superior a 9700

3. Cálculo térmico da caldeira

.1 Classificações de combustível

Combustível: Gasoduto Yarino-Perm.

CH 4 - 38

A PARTIR DE 2H 6 - 25,1

A PARTIR DE 3H 8 - 12,5

A PARTIR DE 4H 10 - 3,3

A PARTIR DE 5H 12 - 1,30

N 2 - 18,7

H 2S-1.1

Valor calorífico líquido Q n R = 46,890 MJ/m 3

Densidade em 0 º C e 101,3 kPa ρ = 1,196 kg/m 3

3.2 Cálculo de volumes de ar e produtos de combustão

O coeficiente de excesso de ar aumenta à medida que os produtos da combustão se movem pelos dutos de gás da unidade da caldeira. Isso se deve ao fato de que a pressão nos dutos de gás (para caldeiras operando sob vácuo) é menor que a pressão do ar ambiente e a sucção ocorre por meio de vazamentos no revestimento. ar atmosférico no caminho do gás da unidade. Normalmente, nos cálculos, a temperatura do ar sugado para os dutos de gás é igual a 30 ° C.

Para caldeiras pressurizadas, o coeficiente de excesso de ar na seção do duto da fornalha ao aquecedor de ar é considerado constante.

Tomamos o coeficiente de consumo de ar no forno α t = 1,05 (2), coeficiente de fluxo de ar atrás da superfície convectiva α kp = α t + Δα, Onde Δα = 0,05 - sucção de ar no feixe convectivo (2): α uau = 1,1. Valor médio do coeficiente de fluxo de ar α qua = (α t + α kp )/2 = 1,075 (na parte convectiva).

Quantidade teórica de ar: V n cerca de =12,37m 3/h

Volumes teóricos de ar e produtos de combustão:

V n oRO2 =1,47 m 3/m 3

V n oN2 =9,96m 3/m 3

V n oH2O =2,47 m 3/m 3

V n oh g =13,9 m 3/m 3

Volume real de vapor de água:

Volume real de gás de combustão:

V n G = V n oRO2 +V n oN2 +V n H2O +(α eu -1)V n cerca de

Fração de volume de vapor de água:

R H2O = V n H2O /V n G

Fração volumétrica de gases triatômicos:

R RO2 = V n oRO2 /V n G

A proporção total de vapor de água e gases triatômicos:

R P = RH2O + R RO2

mesa 2

Cálculo de volumes de ar e produtos de combustão

Nº p/p Nome do valor Designação Dimensão α t α qua α uau 1. Volume real de vapor de água V H2O m 3/m 32,4802,4852,4902. Volume real de produtos de combustão V G m 3/m 314,52814,84315,1573. Fração volumétrica de vapor de água nos produtos de combustão R H2O -0,1710,1670,1644. Fração volumétrica de gases triatômicos em produtos de combustão R RO2 -0,1010,0990,0975. Fração total de vapor de água e gases triatômicosR P -0,2720,2660,261

3.3 Cálculo de entalpias de ar e produtos de combustão

Tabela 3

Entalpias do ar e produtos de combustão

t, оСIgo, kJ/m3Ivo, kJ/m3Ig= Igo+Ivo (α t-1) Ig \u003d Igo + Ivo (α ух-1)30495,9100191816412000,052041,075200387633024041,14123,65400791967048254,2600122391026612752,3800167321396417430,21000211131778622002,31200262172169527301,751400310622567832345,91600360682972237554,11800411653379242854,62000463053792348201,15

3.4 Balanço térmico da caldeira

Durante o funcionamento de uma caldeira de água quente, todo o calor fornecido a ela é gasto na geração de calor útil contido no vapor ou na água quente e na cobertura de várias perdas de calor. A quantidade total de calor fornecida à unidade da caldeira é chamada de calor disponível e denotada por Q R . Entre o calor que entrou na unidade da caldeira e saiu dela, há igualdade. O calor que sai da unidade da caldeira é a soma do calor útil e das perdas de calor associadas ao processo tecnológico de geração de vapor ou água quente. Portanto, o balanço térmico da caldeira para 1 m 3 gás em condições normais tem a forma:

Q R = Q 1+Q 2+Q 3+Q 5, Onde

R - calor disponível, kJ/m 3;1- Calor útil contido em vapor ou água quente, kJ/m 3;2- perda de calor com gases de escape, kJ/m 3 ;3 - da incompletude química da combustão, kJ/m3 ;5

Introdução

Ao calcular o balanço térmico dos fornos metalúrgicos, muitas vezes surge o problema de determinar as perdas de calor através das barreiras do forno. A minimização das perdas de calor ajuda a economizar combustível e eletricidade, reduz o custo de produção. Além disso, para a escolha correta dos materiais no projeto do forno, é necessário conhecer o campo de temperatura na parede, a fim de atender às restrições quanto à temperatura de operação dos materiais. Portanto, ao projetar um forno, um engenheiro deve considerar várias opções de projeto de parede e escolher a melhor delas. Este artigo considerará um método para calcular as perdas de calor através de uma parede plana multicamada de uma unidade térmica, descrita Programas para automatizar este cálculo, bem como uma análise da dependência das perdas de calor vários fatores.

Base teórica

Assar- equipamentos tecnológicos térmicos protegidos do espaço circundante, em que o calor é gerado a partir de um ou outro tipo primário de energia e o calor é transferido para o material submetido a tratamento térmico para fins tecnológicos (fusão, aquecimento, secagem, cozedura, etc.). Ao mesmo tempo, parte da energia térmica liberada é gasta na implementação do processo tecnológico e parte é perdida inutilmente, aquecendo meio Ambiente. A redução das perdas de calor permite aumentar a eficiência dos fornos e reduzir o consumo de energia.

Parte do calor nos fornos é perdido pela transferência condutividade térmica pelo refratário. A condutividade térmica é o processo de transferência de calor ( energia interna), ocorrendo em contato direto de corpos (ou partes do corpo) com temperatura diferente. A troca de energia é realizada por micropartículas que compõem as substâncias: moléculas, átomos, elétrons livres. A densidade do fluxo de calor da condutividade térmica depende do campo de temperatura e da condutividade térmica da substância.

O conjunto de valores de temperatura para todos os pontos do corpo em um determinado momento é chamado campo de temperatura. Neste caso, se a temperatura não mudar com o tempo, o campo é considerado estacionário, e se mudar, é considerado não estacionário. O mais simples é o caso de um campo de temperatura estacionário unidimensional.

O calor é transferido por condução térmica das camadas mais aquecidas do corpo para as menos aquecidas, ou seja, no sentido da diminuição da temperatura. A quantidade de calor transferida através de qualquer superfície por unidade de tempo é chamada de fluxo de calor Q. O fluxo de calor por unidade de superfície caracteriza a densidade de fluxo de calor q. De acordo com a lei de Fourier, a densidade do fluxo de calor é proporcional ao gradiente de temperatura:

q = -λgrad t     (1.1)

onde q é a densidade do fluxo de calor, W/m2
λ - coeficiente de condutividade térmica do material, W/(m*K)
grad t - gradiente de temperatura, K/m

O fator de proporcionalidade λ na equação (1.1) é a condutividade térmica do material e caracteriza sua capacidade de conduzir calor. Valores menores coeficientes de condutividade térmica têm gases, os maiores - metais. Na construção de fornos, são utilizados materiais com um coeficiente de condutividade térmica relativamente baixo: materiais refratários e isolantes de calor.

Refratário chamados materiais não metálicos destinados ao uso em altas temperaturas em unidades térmicas e com resistência ao fogo de pelo menos 1580 ° C. Os refratários desempenham a função de reter calor em um volume limitado do espaço de trabalho do forno e, portanto, devem ter baixa condutividade térmica e capacidade de suportar altas temperaturas. A variedade de condições de serviço exigiu a criação de uma grande variedade de refratários com várias propriedades. Os refratários mais comuns são chamotte, dinas, magnesita, cromomagnesita.

Para reduzir o fluxo de calor da condutividade térmica através da colocação de fornos, isolante de calor materiais, ou seja, materiais com baixa condutividade térmica. Exemplos de materiais isolantes de calor são amianto, terra diatomácea, lã de escória, leves refratários. Neste caso, a alvenaria é composta por várias camadas: as camadas internas são feitas de materiais com alta resistência térmica (refratários), e as camadas externas são feitas de materiais menos resistentes e de menor condutividade térmica (isolamento térmico). Ao projetar um forno, é necessário escolher o design das paredes do forno para que a quantidade de perda de calor seja mínima e as restrições na resistência térmica dos materiais sejam observadas.

Método de cálculo

O modelo matemático do problema é baseado na metodologia de cálculo das perdas de calor através dos invólucros das instalações térmicas, descrita no trabalho “Cálculo de perdas de calor através dos invólucros do forno” (V. B. Kutyin, S. N. Gushchin, B. A. Fetisov).

A essência do cálculo é determinar o fluxo de calor através da parede no modo estacionário com condições de contorno tipo III. Supõe-se que a transferência de calor através da parede seja realizada por condutividade térmica, e a transferência de calor da parede externa para o ambiente seja realizada por radiação e convecção natural. O cálculo leva em consideração a dependência do coeficiente de condutividade térmica do material das camadas em relação à temperatura.

Os dados iniciais para o cálculo são fornecidos na Tabela 1.

Tabela 1 - Dados iniciais

O cálculo é realizado pelo método de aproximações sucessivas. Inicialmente, um campo de temperatura arbitrário é definido. Então as resistências térmicas das camadas são determinadas pela fórmula:

O coeficiente de transferência de calor da superfície externa é determinado pela fórmula:

A densidade total do fluxo de calor é calculada pela fórmula:

A densidade do fluxo de calor transmitido através da parede por condutividade térmica é determinada pela fórmula:

A densidade do fluxo de calor emitido pela superfície externa para o ambiente é determinada pela fórmula:

O campo de temperatura refinado é determinado pela fórmula:

O processo iterativo continua até que erro relativo não fica menor definir valor. Finalmente, a quantidade de perda de calor por unidade de tempo é calculada:

Software de cálculo de perda de calor

Para automatizar o cálculo das perdas de calor através de uma parede plana de forno multicamadas foi desenvolvido. O programa possui uma interface gráfica conveniente que permite definir interativamente o projeto necessário da parede refratária e salvar seus dados em um arquivo para uso posterior. Os resultados do cálculo são apresentados na forma de tabelas, gráficos e mapas de calor. O programa obtém dados sobre os coeficientes de condutividade térmica dos materiais de um banco de dados que pode ser reabastecido pelo usuário.

Estudo de Perda de Calor

Com a ajuda de meios convenientes da interface gráfica do programa, é possível analisar a influência de vários fatores nas perdas de calor na unidade.

A dependência das perdas de calor na espessura da camada de revestimento

Para estudar a dependência das perdas de calor com a espessura da camada de revestimento, foram preparadas diversas variantes dos dados iniciais, diferindo apenas na espessura da camada de revestimento. O material de revestimento é refratário de alta alumina, o material da camada de isolamento térmico é chamotte leve. Outros parâmetros são fornecidos na Tabela 2.

Estudo de projeto de parede

Tabela 2 - Variante dos dados iniciais

O estudo aqui e mais adiante foi realizado usando o programa embutido para comparar os resultados do cálculo. Os resultados da comparação são mostrados na Figura 1. Pode-se observar que as perdas de calor diminuem com o aumento da espessura do revestimento, mas apenas ligeiramente.

Figura 1 - A dependência das perdas de calor com a espessura do revestimento

Dependência das perdas de calor na espessura da camada de isolamento térmico

Para estudar a dependência das perdas de calor na espessura da camada de isolamento térmico, foram preparadas várias variantes dos dados iniciais, diferindo apenas na espessura da camada de isolamento térmico. A estrutura da parede é apresentada na Figura 2, os demais parâmetros são os mesmos do estudo anterior (Tabela 2).

Figura 2 - Projeto de parede para pesquisa

Os resultados do estudo são mostrados na Figura 3. Pode-se observar que as perdas de calor diminuem acentuadamente com o aumento da espessura da camada de isolamento térmico.

Figura 3 - Dependência das perdas de calor na espessura do isolamento térmico

Dependência de perdas de calor no material de isolamento térmico

Para estudar a influência do material de isolamento térmico, consideramos várias variantes do desenho da parede, que diferem apenas no material do isolamento térmico. O projeto da parede de teste é mostrado na Figura 4 e outros parâmetros são mostrados na Tabela 2.

Figura 4 - Projeto de parede para pesquisa

Os resultados do estudo são mostrados na Figura 5. A partir do diagrama, podemos concluir que as perdas de calor podem variar significativamente dependendo do material de isolamento térmico, portanto escolha certa Este último é muito importante ao projetar fornos. Dos materiais selecionados, a lã mineral tem as melhores propriedades de isolamento térmico.

Figura 5 - Dependência das perdas de calor do material de isolamento térmico

As Figuras 6, 7 mostram resultados mais detalhados para duas opções de cálculo. Pode-se observar que ao usar um isolamento térmico mais avançado, não apenas as perdas de calor são reduzidas, mas também a temperatura da superfície externa da parede, o que melhora as condições de trabalho do pessoal do forno.

Figura 6 - Resultados do cálculo para uma variante dos dados iniciais

Figura 7 - Resultados do cálculo para a segunda versão dos dados iniciais

Dependência das perdas de calor na emissividade da superfície externa da parede

Na maioria dos casos, a superfície externa da parede do forno é representada por uma carcaça feita de aço macio, com graus variados de corrosão. A influência do revestimento na transferência de calor por condução térmica é pequena, mas a transferência de calor por radiação pode ser influenciada pela aplicação de revestimentos com graus variantes escuridão. Para estudar esse efeito, consideramos várias variantes dos dados iniciais, que diferem apenas no grau de escurecimento da superfície externa. O projeto da parede em estudo é mostrado na Figura 8, veja a Tabela 2 para outros parâmetros.

Figura 8 - Projeto de parede para pesquisa

A Figura 9 e a Tabela 3 apresentam os resultados do estudo. A legenda indica o material do invólucro e entre parênteses - seu grau de escuridão. Pode-se observar que as perdas de calor diminuem com a diminuição do grau de emissividade da superfície externa a um grau insignificante. No entanto, dado que o custo de pintura da carcaça do forno é menor do que a introdução de isolamento térmico adicional, o revestimento da carcaça com tinta leve de alumínio pode ser recomendado para reduzir as perdas de calor.

Tabela 3 - Dependência das perdas de calor do grau de emissividade da superfície externa

Figura 9 - Dependência das perdas de calor do grau de emissividade da superfície externa

Efeito negativo do isolamento térmico

Vamos considerar o efeito do isolamento térmico no campo de temperatura na parede de um forno de alta temperatura. Para fazer isso, considere duas opções para o design da parede. Na primeira, a parede é composta por uma camada de magnesita, e na segunda, uma camada de magnesita e uma camada de lã de escória como isolante térmico. Os campos de temperatura para esses casos são mostrados nas Figuras 10, 11.

Figura 10 - Campo de temperatura na ausência de isolamento térmico

Figura 11 - Campo de temperatura na presença de isolamento térmico

Na ausência de isolamento térmico, a temperatura na camada de trabalho do revestimento muda de 472 para 1675 graus e na presença de uma camada de isolamento térmico, de 1519 para 1698. Segue-se que a introdução de isolamento térmico leva a um aumento na temperatura na camada de revestimento, o que deve afetar negativamente sua durabilidade.

O efeito negativo do isolamento térmico no serviço de revestimento é especialmente pronunciado para fornos de alta temperatura: fundição de aço a arco, ferroliga, etc. No livro "Processos e instalações eletrotérmicos" (Alifev A.I.) ) não foi amplamente utilizado. Normalmente, esse isolamento leva a um aumento das temperaturas na camada de trabalho do revestimento e a uma queda acentuada em sua durabilidade, especialmente em grandes EAF. As perdas devido ao tempo de inatividade do EAF para reparos de revestimento excedem em muito as economias da redução do consumo de energia devido à diminuição do fluxo de calor através da parede. Portanto, o isolamento térmico de paredes e abóbadas de aglomerado, como regra, é economicamente não lucrativo. (Esta disposição não se aplica ao design do fundo do aglomerado, para o qual é aplicado o isolamento térmico).

Devido à durabilidade insatisfatória dos refratários em EAFs grandes e potentes, o revestimento é substituído por painéis refrigerados a água. Apesar do aumento da densidade do fluxo de calor removido das superfícies refrigeradas a água, em comparação com a densidade do fluxo de calor através das superfícies revestidas, o consumo de energia aumenta significativamente apenas em fornos de pequena capacidade. O uso de painéis refrigerados a água permite aumentar a vida útil do revestimento refratário.

conclusões

Com base no estudo, pode-se concluir que as principais medidas para reduzir as perdas de calor através da alvenaria serão as seguintes:

Aumentar a espessura da camada de isolamento térmico
- Uso de materiais isolantes de calor com baixa condutividade térmica
- Pintar a carcaça com tinta alumínio leve (ou revestir com outro material com baixo grau de escurecimento)

Para fornos de alta temperatura, em vez de usar isolamento térmico, é aconselhável usar painéis de corpo refrigerados a água, que permitem prolongar a vida útil do revestimento e economizar na redução do tempo de inatividade para o seu reparo.

Fontes

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2. Voronov G. V., Startsev V. A. Materiais e produtos refratários em fornos industriais e instalações auxiliares / G. V. Voronov, V. A. Startsev. - Ecaterimburgo: USTU-UPI, 2006. - 303 p.
3. Kut'in V.B. Cálculo de perdas de calor através de gabinetes de forno / V. B. Kut'in, S. N. Gushchin, B. A. Fetisov. - Ecaterimburgo: USTU-UPI, 1996. - 17h.
4. Materiais refratários. Estrutura, propriedades, testes. Livro de referência / J. Allenstein e outros; ed. G. Rouchka, H. Wutnau. – M.: Intermet Engenharia, 2010. – 392 p.
5. Zobnin V. F., cálculos de engenharia de calor de fornos metalúrgicos / V. F. Zobnin, M. D. Kazyaev, B. I. Kitaev et al. - M.: Metallurgy, 1982. - 360 p.
6. Aliferov A. I. Processos e instalações eletrotérmicas: Tutorial/ A. I. Aliferov e outros; ed. V.N. Timofeeva, E.A. Golovenko, E. V. Kuznetsova - Krasnoyarsk: Siberiano universidade federal, 2007. - 360 p.

Quadro. A estrutura da caldeira é uma estrutura metálica que suporta o tambor, superfícies de aquecimento, forro, escadas e plataformas, bem como elementos auxiliares da unidade e transfere seu peso para a fundação. Caldeiras de baixa pressão e baixa capacidade são instaladas em uma estrutura fixada diretamente na fundação ou revestimento de tijolos e, em seguida, o principal objetivo da estrutura é fornecer o revestimento do gerador de vapor maior sustentabilidade e força. A estrutura de uma caldeira moderna é uma estrutura metálica complexa e uma grande quantidade de metal é gasta em sua fabricação. Em caldeiras de alta pressão, a massa da estrutura é de 20 a 25% da massa total do metal da caldeira, ou 0,8 a 1,2 toneladas por tonelada de sua produção horária. A armação é uma estrutura de armação feita de perfis metálicos padrão feitos de aço macio grau St.3, e consiste em uma série de colunas principais e auxiliares e vigas horizontais conectando-as, recebendo a carga dos tambores, o sistema de tubulação das superfícies de aquecimento, bem como vigas horizontais e diagonais que servem para dar resistência e rigidez ao sistema de pórtico.

Na fig. 67 mostra um diagrama de estrutura de uma caldeira de tambor de alta pressão.

As colunas são geralmente feitas de dois canais de aço ou vigas em I, rigidamente conectados entre si por placas de chapa de aço; as colunas transferem cargas concentradas significativas para a fundação - centenas de toneladas. Para evitar pressões específicas excessivas sobre a fundação, os pilares são equipados com sapatas (Fig. 68) em chapa de aço e esquadros. O plano de apoio das sapatas é calculado para a tensão de compressão permitida para o material de fundação e é fixado na fundação com parafusos ou embutidos na mesma. As vigas horizontais principais são soldadas aos pilares e juntas formam um sistema de pórtico. As vigas horizontais de rolamento e espaçador são feitas de canais de aço, vigas em I ou quadrados.

Quando a variedade de perfis laminados não fornece a resistência necessária de colunas e vigas, eles são feitos na forma de uma estrutura soldada composta por vários perfis e chapas de aço. Parte da estrutura são as plataformas necessárias para a manutenção da caldeira, que funcionam como treliças horizontais e aumentam a rigidez da estrutura. Os andaimes são feitos de armações de perfis laminados e chapas de aço corrugado soldadas a eles. As escadas entre as plataformas são feitas de tiras de aço, entre as quais os degraus são soldados. O ângulo de inclinação das escadas não deve exceder 50° em relação à horizontal e sua largura deve ser de pelo menos 600 mm.

Arroz. 67. Diagrama da estrutura da caldeira:

1 - colunas; 2 - vigas de teto de suporte de carga; 3 - fazenda;

4 - travessa; 5 - prateleiras

A armação é calculada como uma estrutura de armação operando sob carga estática a partir do peso dos elementos geradores de vapor e tensões térmicas adicionais decorrentes da influência do aquecimento desigual das peças da armação e estruturas soldadas a eles. Para evitar o superaquecimento dos elementos da estrutura, suas colunas, vigas horizontais e treliças geralmente estão localizadas fora da alvenaria. Ao instalar o gerador de vapor fora do edifício, a carga do vento na superfície, que limita o gerador de vapor e é transferida para a estrutura, também deve ser levada em consideração. Tambores de caldeiras, coletores de telas de superaquecedores e economizadores de água alongam-se quando aquecidos, e para evitar a ocorrência de grandes tensões térmicas neles e nos elementos da estrutura em que são fixados, é necessário prever a possibilidade de sua livre expansão. Para isso, os tambores são instalados em suportes móveis especiais fixados nas vigas horizontais da estrutura, ou suspensos nessas vigas. Os tambores das caldeiras de média e grande capacidade são geralmente montados em dois suportes móveis. O projeto de tal suporte é mostrado na Fig. 69.

No grande comprimento tambor, quando, quando instalado em dois suportes, sua deflexão é superior a 10 mm, o tambor é suspenso da estrutura em vários pontos estaticamente mais vantajosos. Os coletores de telas, superaquecedores e economizadores de água são fixados à estrutura com ganchos articulados e, se forem curtos, repousam livremente sobre suportes deslizantes fixados na estrutura.

Finalidade e requisitos para alvenaria. A alvenaria da caldeira é um sistema de cercas que separam a câmara de combustão e os dutos de gás do ambiente. O principal objetivo do revestimento é direcionar o fluxo dos produtos da combustão, bem como seu isolamento térmico e hidráulico do meio ambiente. O isolamento térmico é necessário para reduzir as perdas de calor para o ambiente e garantir a temperatura admissível da superfície externa da alvenaria, que, de acordo com as condições de trabalho seguro do pessoal, não deve exceder 55 ° C. A isolação hidráulica é necessária para evitar que o ar frio sugue para dentro dos dutos de gás ou elimine produtos da combustão devido à diferença de pressão nos dutos de gás e no exterior, que ocorre quando a caldeira é operada com vácuo ou pressão no caminho do gás.

Os elementos de revestimento da caldeira operam em várias condições. A superfície externa do revestimento tem uma temperatura baixa e relativamente constante, sua superfície interna está na região de temperatura alta e variável, diminuindo ao longo do fluxo de gás. Na direção do fluxo de gás, o vácuo nos dutos de gás aumenta e a pressão diminui quando o gerador de vapor está operando sob pressurização. As cargas nos elementos de revestimento também são diferentes de seu peso e tensões internas decorrentes de alongamentos de temperatura desiguais de suas peças.

Nas condições mais difíceis parte interna forro do forno, exposto a altas temperaturas de mais de 1600 ° C, e ao queimar combustíveis sólidos, também químicos e impacto mecânico escória e cinza. Como resultado da interação do material de revestimento com escória, bem como desgaste mecânico por escória e cinza, o revestimento é destruído.

A construção do forro. De acordo com a finalidade e as condições de trabalho, os seguintes requisitos básicos são impostos à alvenaria: baixa condutividade térmica, estanqueidade, resistência mecânica e estabilidade térmica. Além disso, o projeto da alvenaria deve ser simples e não exigir grandes custos de mão de obra e tempo para sua fabricação e instalação.

Anteriormente, o revestimento dos geradores de vapor era realizado apenas com tijolos vermelhos e refratários, dos quais suas paredes e abóbadas eram dispostas, presas com vigas de aço e tirantes. O revestimento dos modernos geradores de vapor é um sistema combinado de tijolos, placas refratárias, materiais isolantes, fixadores metálicos, revestimentos de vedação, revestimento metálico e outros elementos. O design do revestimento é alterado e aprimorado à medida que a estrutura do gerador de vapor se desenvolve e a produção de produtos refratários e materiais isolantes se desenvolve.

Os tijolos, dependendo do design e método de fixação, podem ser divididos nos seguintes tipos (Fig. 70):

a) forro de tijolos de parede, com base diretamente na fundação;

b) forro leve de tijolos refratários e diatomáceos, placas isolantes e bainha de aço, fixados à carcaça do gerador de vapor por meio de estruturas metálicas;

c) revestimento leve, constituído de placas de concreto refratário ou termorresistente, placas termoisolantes e revestimento metálico ou revestimento de vedação.

Indicadores tipos especificados alvenarias são caracterizadas pelos seguintes dados:

Revestimento de paredeé usado para geradores de vapor de baixa potência com uma altura de parede não superior a 12 m. altitude mais alta alvenaria torna-se mecanicamente não confiável. Nesse caso, é feito na forma de um revestimento externo de tijolo vermelho com espessura de 1-1,5 tijolos e um revestimento interno de tijolos refratários, que na área de uma fornalha não blindada deve ter uma espessura de 1- 1,5 tijolos e em dutos de gás com temperatura de 600-700 ° C - pelo menos 0,5 tijolos (Fig. 70a ).

Com relativamente tamanhos grandes da câmara de combustão e a alta temperatura de suas paredes, para evitar uma ruptura na conexão entre as camadas de refratário e tijolos vermelhos, a alvenaria é dividida em seções e o revestimento é descarregado em altura (Fig. 70b ).

Para reduzir a perda de calor através do revestimento, às vezes são deixados canais entre o revestimento e o revestimento, que são preenchidos com material isolante solto - terra de diatomáceas, escória de terra, etc. Para evitar a ocorrência de tensões de temperatura interna que destroem a alvenaria, decorrentes de condições de aquecimento irregular, são fornecidas juntas de expansão preenchidas com cordão de amianto nas paredes da alvenaria, que proporcionam a possibilidade de sua livre expansão.

Alvenaria leve eram usados ​​anteriormente em geradores de vapor de média potência. O projeto da alvenaria leve é ​​mostrado na Fig. 70v . A alvenaria é realizada a partir de duas ou três camadas de vários materiais com uma espessura total de até 500 mm. A camada refratária interna - forro - tem uma espessura de 113 mm e com um baixo grau de blindagem de 230 mm, a camada isolante média de tijolos de diatomita é de 113 mm, a camada de revestimento de placas de covelita é de 65 a 150 mm. A camada isolante do meio é muitas vezes feita de placas de covelite de 100 mm de espessura, substituindo os tijolos de diatomita. A redução da espessura e do peso do forro permitiu apoiá-lo diretamente na estrutura, o que tornou possível fazê-lo em qualquer altura, colocando correias de descarga a cada 1-1,5 m. Neste caso, toda a parede é dividida em várias camadas, cada uma das quais repousa sobre suportes de ferro fundido ou aço montados na estrutura do gerador de vapor. Para garantir a possibilidade de expansão livre entre o suporte e a alvenaria, são fornecidas juntas de expansão horizontais preenchidas com cordão de amianto.

Em alguns projetos, para evitar colapsos do revestimento, são usadas fixações especiais de camadas verticais na estrutura usando ganchos de ferro fundido. No exterior, o forro é revestido com chapas de aço ou protegido com gesso estanque (Fig. 70 G).

Arroz. 70. Construções de revestimentos de paredes verticais:

a, b – maciço, independente: 1 - correias de descarga;

2 - forro; c - leve no quadro: 1 - aço ou

suportes de ferro fundido; 2 - tijolo refratário moldado;

3 - junta de dilatação horizontal; 4 - fireclay em forma

tijolo; 5 - tijolo refratário; 6 - tijolo refratário moldado;

7 - gancho de ferro fundido; 8 - tubos horizontais fixados em

quadro; 9 - tijolo leve isolante de calor ou

placa de isolamento térmico; 10 - revestimento metálico exterior;

11 - correias de descarga e atração; g - alvenaria blindada:

1 - a primeira camada de um escudo feito de concreto refratário; 2 - malha de aço;

3, 4 - placas de isolamento térmico; 5 - revestimento estanque ao gás

Alvenaria leve O tipo de estrutura é feito de blindagens compostas por duas camadas de materiais isolantes de calor, protegidas da lateral dos gases lavando-as com uma camada de concreto refratário. A estrutura metálica dos escudos de tal alvenaria é presa à estrutura do gerador de vapor. Lajes de 1000x500 mm e 1000x1000 m de tamanho também são usadas de materiais cal-sílica, cobertas do lado do gás com concreto refratário refratário. Placas destinadas à instalação em locais desprotegidos por tubulações com mais de Temperatura alta, têm uma grande espessura e massa. Para transferir sua massa para o quadro, são fornecidos suportes de ferro fundido embutidos adicionais. A alvenaria de estrutura é usada principalmente no campo de superaquecedores, câmaras de giro de gás e eixo de convecção de geradores de vapor de alta potência. Em fireboxes, forro de moldura é usado em paredes retas. As vantagens da construção da estrutura da alvenaria são sua pequena massa e relevo significativo. trabalho de instalação. No entanto, com tal alvenaria, seu reparo e manutenção da densidade são difíceis.

O revestimento do tubo (Fig. 71) é feito na forma de camadas separadas, aplicadas sucessivamente em estado plástico em tubos de telas e outras superfícies de aquecimento, ou na forma de painéis de laje com camadas refratárias e isolantes de calor, instaladas em enrijecimento vigas fixadas em tubos.

Neste caso, os painéis são fabricados na fábrica e a camada refratária pode ser aplicada manualmente nos tubos de tela. Para o revestimento do tubo da câmara de combustão, os elementos de rolamento são os tubos das telas e, como resultado de alongamentos térmicos, o revestimento se move com eles.

Uma variedade de revestimentos de tubos são aqueles usados ​​no forno cintos incendiários.

Arroz. 71. Revestimento do tubo:

1 - camada de massa de cromita; 2 - malha de aço;

3,4 - placas de isolamento térmico; 5 - revestimento estanque ao gás

MÁQUINAS DE SOPRO FORTE

A tarefa das máquinas de tiragem é a exaustão dos gases de combustão e o fornecimento de ar para garantir o funcionamento normal da caldeira em todas as cargas. Grande importância garante a confiabilidade de seu trabalho, pois as lâminas dos exaustores de fumaça estão sujeitas ao desgaste por cinzas volantes. A operação econômica de máquinas de estiragem também é de grande importância. Assim, a eficiência (50 - 90%) depende da aerodinâmica racional do rotor e, consequentemente, do consumo para as próprias necessidades da caldeira.

Nas instalações de tiragem são utilizadas as seguintes máquinas: ventiladores centrífugos (radiais) com pás curvadas para frente (Fig. 72a), ou com pás curvadas para trás (Fig. 72b), e ventiladores axiais (Fig. 73).

Ventiladores e exaustores de fumaça com omoplatas curvadas para a frente, encontraram ampla aplicação devido ao fato de que, mesmo em velocidades periféricas moderadas, eles permitem que você crie altas pressões. No entanto, essas máquinas têm baixa eficiência (65-70%). Essas máquinas de tiragem forçada são comuns em caldeiras de potência relativamente baixa.

Máquinas de tiragem centrífugas com omoplatas curvadas para trás, são os mais perfeitos - eficiência = 85÷90%. No entanto, o aumento de pressão é 2-2,5 vezes menor do que em máquinas com lâminas curvadas para frente.

Uma vez que a pressão desenvolvida é proporcional ao quadrado da vazão na saída do rotor, uma velocidade circunferencial maior deve ser aplicada, o que requer um balanceamento muito cuidadoso do rotor. O teor de poeira do fluxo de gás afeta negativamente a operação do impulsor.

Arroz. 72. Ventilador centrífugo (radial):

a - omoplatas dobradas para frente; b - omoplatas, costas curvadas

Para caldeiras para unidades de potência com capacidade de 300 MW e mais, como exaustores de fumaça, máquinas de eixo. Neles, o gás se move ao longo do eixo.

Arroz. 73. Máquina de tiragem axial

As máquinas de tiragem axial têm alta eficiência(cerca de 65%). O coeficiente de aumento de pressão por estágio é baixo, portanto, vários estágios são usados. As usinas de energia operam exaustores de fumaça axiais de dois estágios. Devido ao aumento da velocidade circunferencial, as máquinas de eixo têm um alto nível de ruído. Grande parcela a pressão dinâmica cria certas dificuldades na sua transformação em estática. Uma pequena folga radial entre as lâminas e a carcaça cria Requisitos adicionais para instalação e operação.

B.Ya. Kamenetsky, anfitrião investigador, GNU VIESKh, Moscou

Em fornos estratificados com carregamento cíclico de combustível, o bricking, além da principal função de reduzir a perda de calor, também desempenha mais uma função papel especial. Devido à sua inércia térmica, a alvenaria é suficiente por muito tempo retém sua temperatura, o que contribui para o aquecimento e ignição das frações do combustível. Ao carregar uma porção fresca, o combustível cobre quase toda a superfície da camada, como resultado, a temperatura da superfície da camada diminui acentuadamente, como pode ser visto na Fig. 1. A temperatura dos gases no forno também diminui e, durante esse intervalo de tempo no sistema de troca de calor do forno, a temperatura da superfície do revestimento é a mais alta. A radiação da superfície do tijolo para a camada nesses momentos contribui para o aquecimento e a ignição superior do combustível.

Para estudar os regimes térmicos, determinar os fluxos de calor no interior e as perdas de calor, foram feitas medições condições de temperatura revestimentos do forno. O trabalho foi realizado em uma caldeira de aquecimento com fornalha manual em camadas, na qual o revestimento de tijolos refratários de 380 mm de espessura é simultaneamente um pedestal para dois pacotes de seções de caldeira. A altura do pedestal é de 1,2 m, incluindo 0,5 m acima da grelha.

As medições de temperatura foram realizadas por meio de uma sonda - um tubo de vidro de quartzo com diâmetro de 8,5 mm com termopares XA, movido em um furo passante na parede lateral da alvenaria. Carvão Kuznetsk de grau 2SS foi queimado na caldeira, o ciclo do forno (o tempo entre cargas adjacentes) foi de 10 min.

Os resultados das medições da temperatura não estacionária da alvenaria a uma carga térmica da grelha de 0,55 MW/m 2 (consumo de combustível - 72 kg/h) são mostrados na Fig. 2. 2.

A temperatura na superfície externa do revestimento a uma altura de 0,4 m do nível da grelha era de 60 ° C e na superfície interna - 800 ° C. A temperatura diminui desproporcionalmente em direção à superfície externa em toda a espessura da alvenaria , o que indica uma diminuição no fluxo de calor através da alvenaria como resultado de vazamentos (fluxos) de calor na direção vertical. Vazamentos de calor ocorrem devido ao aquecimento irregular do revestimento em altura: a temperatura do tijolo no cinzeiro é menor que a temperatura da grelha e é de 60 a 70 ° C, e na extremidade superior da alvenaria em contato com o seções da caldeira - 80-100 ° C.

Na superfície externa da alvenaria, o fluxo de calor calculado tanto de acordo com as condições transferência de calor por convecção com convecção de ar natural q \u003d α ek (t n -t c), e de acordo com a condutividade térmica do revestimento q \u003d α * dt / dx dá um valor de 0,5 kW / m 2, e na superfície interna - q \ u003d 2,7 kW/m2. As perdas de calor da superfície lateral e inferior do revestimento são significativas - 4% da potência da caldeira de 220 kW, mesmo com uma espessura de revestimento de 380 mm.

Mais maior alcançar a perda de calor para o ambiente, reduzindo a espessura do revestimento. Por exemplo, no forno de um gerador de calor com chaminé de 2 MW sem telas receptoras de calor, um revestimento de tijolo não blindado de 2 m de altura tem uma espessura de apenas 250 mm. Para garantir seu funcionamento confiável, foi necessário aumentar o excesso de ar no forno para um valor de α=2,6. No entanto, a temperatura da superfície interna do revestimento foi de 1100°C ao nível de 1,8 m da grelha e 900°C ao nível de 0,4 m (Fig. 3). Os fluxos médios de calor através da alvenaria aumentaram para 2,2 kW / m 2 no nível de 0,4 me até 2,6 kW / m 2 no nível de 1,8 m. Nesse caso, a diferença de temperatura ao longo da altura da alvenaria atinge 200 ° C na superfície interna e diminui em espessura, o que leva a transferências de calor das camadas superiores para as inferiores.

Resultados interessantes foram registrados quando este gerador de calor foi parado. Quando o fornecimento de combustível é interrompido e o ventilador continua a funcionar, a liberação de calor no forno diminui, o que leva a um resfriamento rápido do revestimento da superfície interna e a uma diminuição monótona de sua temperatura (Fig. 4). Após 25 minutos, o fluxo de calor direcionado do forno para a superfície da alvenaria diminui para 0 e então muda sua direção. Com o resfriamento adicional do forno e a diminuição da temperatura da superfície interna do revestimento, ocorre um máximo na distribuição da temperatura sobre a espessura do revestimento. A temperatura das camadas dentro da alvenaria aumenta e a temperatura máxima se move para dentro. A razão para tal deformação do campo de temperatura da alvenaria está associada a um resfriamento mais intenso da superfície interna, especialmente das camadas inferiores, levando a grandes transferências de calor das camadas centrais superiores. Após 45 minutos ainda são aquecidos a 300°C.

conclusões

1. Em caldeiras com fornos em camadas, a inércia térmica do revestimento contribui para o aquecimento e ignição do combustível carregado.

2. Perda de calor da superfície lateral e inferior do revestimento (tijolos refratários) representam uma quantidade significativa - 4% da potência da caldeira de 220 kW, mesmo com uma espessura de revestimento de 380 mm.

3. Devido ao aquecimento desigual do forro ao longo da altura, ocorrem vazamentos de calor. Se o fornecimento de combustível for interrompido enquanto o ventilador estiver funcionando, isso leva ao fato de que a temperatura máxima se move dentro da alvenaria.

Literatura

1. Kamenetsky B.Ya. Sobre a aplicabilidade do método normativo para o cálculo da transferência de calor de fornos para fornos em camadas Teploenergetika. 2006. Nº 2. S. 58-60.

Nas caldeiras, bem como em outras instalações de aquecimento, nem todo o calor liberado durante a combustão do combustível é usado. O suficiente o máximo de o calor sai junto com os produtos da combustão para a atmosfera, parte é perdida através do corpo da caldeira e uma pequena parte é perdida devido à subcombustão química ou mecânica. Subcombustão mecânica refere-se à perda de calor devido à falha ou arrastamento de elementos de cinzas com partículas não queimadas.

O balanço térmico da caldeira é a distribuição do calor liberado durante a combustão do combustível em calor útil utilizado para o fim a que se destina e em perdas de calor que ocorrem durante a operação de equipamentos térmicos.

Esquema das principais fontes de perda de calor.

Como valor de referência do aporte de calor, toma-se o valor que poderia ser liberado com o menor poder calorífico de todo o combustível.

Se a caldeira usa combustível sólido ou líquido, então o balanço térmico é em quilojoules em relação a cada quilo de combustível consumido e, quando o gás é usado, em relação a cada metro cúbico. Em ambos os casos, o balanço de calor pode ser expresso como percentagem.
Equação de equilíbrio térmico
A equação para o balanço térmico da caldeira na queima de gás pode ser expressa pela seguinte fórmula:

Os parâmetros de carga ideais fornecem alta performance aquecedor.

• QT=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6;
• onde QT é a quantidade total de calor térmico que entrou no forno da caldeira;
• Q1 - calor útil, que é usado para aquecer o refrigerante ou produzir vapor;
• Q2 é a perda de calor que escapa para a atmosfera com os produtos da combustão;
• Q3 - perda de calor associada à combustão química incompleta;
• Q4 - perda de calor por subqueima mecânica;
• Q5 - perda de calor pelas paredes da caldeira e tubulações;
• Q6 - perda de calor devido à remoção de cinzas e escórias do forno.

Como pode ser visto na equação do balanço de calor, ao queimar gases ou combustível líquido não há valores de Q4 e Q6, que são típicos apenas para combustíveis sólidos.

Se o balanço de calor é expresso como uma porcentagem do calor total (QT=100%), então dada equação toma a forma:

• 100=q1+q2+q3+q4+q5+q6.

Se dividirmos cada termo da equação de balanço de calor dos lados esquerdo e direito por QT e multiplicar por 100, obtemos o balanço de calor como uma porcentagem da entrada total de calor:

• q1=Q1*100/QT;
• q2=Q2*100/QT e assim por diante.

Se combustível líquido ou gasoso for usado na caldeira, não haverá perdas q4 e q6, a equação do balanço de calor da caldeira em porcentagem assume a forma:

• 100=q1+q2+q3+q5.

Cada tipo de calor e equações devem ser considerados com mais detalhes.

Calor que foi usado para o propósito pretendido (q1)

Esquema do princípio de operação de um gerador de calor estacionário.

O calor que é utilizado para o seu fim direto é considerado aquele que é gasto no aquecimento do refrigerante, ou na obtenção de vapor com uma determinada pressão e temperatura, que é calculada a partir da temperatura da água que entra no economizador da caldeira. A presença de um economizador aumenta significativamente a quantidade de calor útil, pois permite mais utilizar o calor contido nos produtos da combustão.

Durante a operação da caldeira, a elasticidade e a pressão do vapor dentro dela aumentam. O ponto de ebulição da água também depende deste processo. Se em condições normais O ponto de ebulição da água é 100°C e, à medida que a pressão de vapor aumenta, esse valor aumenta. Neste caso, o vapor que está na mesma caldeira junto com a água fervente é chamado de saturado, e o ponto de ebulição da água a uma dada pressão vapor saturadoé chamada de temperatura de saturação.

Se não houver gotículas de água no vapor, ele é chamado de vapor saturado seco. A fração mássica de vapor saturado seco em vapor úmido é o grau de secura do vapor, expresso em porcentagem. Em caldeiras a vapor, a umidade do vapor varia de 0 a 0,1%. Se a umidade exceder esses indicadores, a caldeira não funciona no modo ideal.

Calor útil, que é gasto no aquecimento de 1 litro de água de temperatura zero até o ponto de ebulição em pressão constante, é chamada de entalpia do líquido. O calor gasto para converter 1 litro de líquido em ebulição em um estado de vapor é chamado de calor latente de vaporização. A soma desses dois indicadores é o conteúdo total de calor do vapor saturado.

Perda de calor com produtos de combustão escapando para a atmosfera (q2)
Este tipo de perda em termos percentuais mostra a diferença entre a entalpia dos gases de combustão e o ar frio que entra na caldeira. As fórmulas para determinar essas perdas diferem quando se utilizam diferentes tipos de combustíveis.

A combustão do óleo combustível leva à perda de calor devido à subqueima química.

Ao usar combustível sólido, as perdas q2 são:

• q2=(Ig-αg*Ic)(100-q4)/QT;
• onde Ig é a entalpia dos gases que saem da atmosfera (kJ/kg), αg é o coeficiente de excesso de ar, Iv é a entalpia do ar necessário para a combustão na temperatura de sua entrada na caldeira (kJ/kg).

O indicador q4 é introduzido na fórmula porque o calor liberado durante a combustão física de 1 kg de combustível deve ser levado em consideração, e não para 1 kg de combustível que entra na fornalha.

Ao usar combustíveis gasosos ou líquidos, a mesma fórmula tem a forma:

• q2=((Ig-αg*Ic)/QT)*100%.

As perdas de calor com gases de combustão dependem do estado da própria caldeira de aquecimento e do modo de operação. Por exemplo, ao carregar manualmente o combustível no forno, as perdas de calor desse tipo aumentam significativamente devido ao influxo periódico de ar fresco.

As perdas de energia térmica com os gases de combustão que saem da atmosfera aumentam com o aumento da sua temperatura e da quantidade de ar consumida. Por exemplo, a temperatura dos gases que saem da atmosfera na ausência de um economizador e um aquecedor de ar é de 250-350°C, e na presença deles é de apenas 120-160°C, o que aumenta a quantidade de calor útil várias vezes.

Esquema de ligação da caldeira.

Por outro lado, uma temperatura insuficiente dos produtos de combustão que saem pode levar à formação de condensado de vapor de água nas superfícies de aquecimento, o que também afeta a formação de gelo nas chaminés no inverno.

A quantidade de ar consumida depende do tipo de queimador e do modo de funcionamento. Se for aumentado de valor ideal, então isso leva a alto teor ar nos gases de escape, o que adicionalmente leva parte do calor. Este é um processo inevitável que não pode ser interrompido, mas pode ser valores mínimos. Na realidade moderna, o coeficiente de fluxo de ar não deve exceder 1,08 para queimadores com injeção total, 0,6 para queimadores com injeção de ar parcial, 1,1 para queimadores com alimentação forçada de ar e mistura e 1,15 para queimadores de difusão com mistura externa. A presença de vazamentos de ar adicionais no forno e nos tubos da caldeira leva a um aumento nas perdas de calor com o ar de saída. Manter o fluxo de ar em um nível ideal permite reduzir o valor de q2 ao mínimo.

Para minimizar o valor de q2, é necessário limpar a parte externa e superfície interior caldeira, certifique-se de que não há calcário, o que reduz a transferência de calor do combustível queimado para o meio de aquecimento, cumpra os requisitos para a água usada na caldeira, monitore a caldeira e as conexões da tubulação quanto a danos, a fim de evitar a entrada de ar . O uso de superfícies de aquecimento elétrico adicionais no caminho do gás consome eletricidade. No entanto, a economia do consumo ideal de combustível será muito maior do que o custo da eletricidade consumida.

Perda de calor por subqueima química de combustível (q3)

Este tipo de circuito protege o sistema de aquecimento contra superaquecimento.

O principal indicador de combustão química incompleta de combustível é a presença nos gases de escape de monóxido de carbono (quando se utiliza combustível sólido) ou monóxido de carbono e metano (quando se queima combustível gasoso). A perda de calor da queima química é igual ao calor que pode ser liberado durante a combustão desses resíduos.

A combustão incompleta do combustível depende da falta de ar, má mistura do combustível com o ar, diminuição da temperatura no interior da caldeira ou quando a chama do combustível queimado entra em contato com as paredes da caldeira. No entanto, um aumento excessivo na quantidade de oxigênio de entrada não apenas não garante a combustão completa do combustível, mas também pode interromper o funcionamento da caldeira.

O teor ideal de monóxido de carbono na saída do forno a uma temperatura de 1400°C não deve ser superior a 0,05% (em termos de gases secos). Nesses valores, a perda de calor por subqueima será de 3 a 7%, dependendo do combustível. A falta de oxigênio pode elevar esse valor até 25%.

Mas é necessário alcançar tais condições para que não haja subqueima química do combustível. É necessário garantir o fornecimento ideal de ar ao forno, manter uma temperatura constante dentro da caldeira e obter uma mistura completa da mistura de combustível com o ar. A operação mais econômica da caldeira é alcançada quando o teor de dióxido de carbono nos produtos de combustão que escapam para a atmosfera está no nível de 13-15%, dependendo do tipo de combustível. Com um excesso de entrada de ar, o teor de dióxido de carbono na fumaça que sai pode diminuir em 3-5%, mas a perda de calor aumentará. No operação normal as perdas do equipamento de aquecimento q3 são 0-0,5% para carvão pulverizado e 1% para fornos em camadas.

Perda de calor por subqueima física (q4)
Esse tipo de perda ocorre devido ao fato de partículas de combustível não queimadas caírem pela grelha para o cinzeiro ou serem transportadas junto com os produtos da combustão através da tubulação para a atmosfera. A perda de calor por subqueima física depende diretamente do projeto da caldeira, da localização e forma da grelha, da força de tração, do estado do combustível e de sua sinterização.

As perdas mais significativas são de subqueima mecânica durante a combustão em camadas de combustível sólido e tração excessivamente forte. Neste caso, um grande número de pequenas partículas não queimadas é levada com a fumaça. Isso é especialmente bem manifestado ao usar combustível heterogêneo, quando pequenos e grandes pedaços de combustível se alternam nele. A combustão de cada camada acaba sendo não uniforme, pois pequenos pedaços queimam mais rápido e são levados pela fumaça. O ar entra nas lacunas resultantes, o que resfria grandes pedaços de combustível. Ao mesmo tempo, eles são cobertos com uma crosta de escória e não queimam completamente.

As perdas de calor durante a queima mecânica são geralmente cerca de 1% para fornos de carvão pulverizado e até 7,5% para fornos em camadas.

Perda de calor diretamente através das paredes da caldeira (q5)
Este tipo de perda depende da forma e design da caldeira, da espessura e qualidade do revestimento da caldeira e dos tubos da chaminé e da presença de uma tela de isolamento térmico. Além do mais, grande influência as perdas são afetadas pelo design do próprio forno, bem como pela presença de superfícies de aquecimento adicionais e aquecedores elétricos no caminho da fumaça. Essas perdas de calor aumentam na presença de correntes de ar na sala onde o equipamento de aquecimento está localizado, bem como no número e na duração da abertura do forno e das escotilhas do sistema. A redução do número de perdas depende do correto revestimento da caldeira e da presença de um economizador. Favoravelmente, o isolamento térmico dos tubos através dos quais os gases de escape são descarregados na atmosfera afeta a redução da perda de calor.

Perda de calor devido à remoção de cinzas e escórias (q6)
Este tipo de perda é típico apenas para combustível sólido em estado grumoso e pulverizado. Quando não é queimado, partículas de combustível não resfriado caem no cinzeiro, de onde são retiradas, levando consigo parte do calor. Essas perdas dependem do teor de cinzas do combustível e do sistema de remoção de cinzas.

O balanço térmico da caldeira é um valor que mostra o funcionamento óptimo e económico da sua caldeira. Pela magnitude do balanço térmico, é possível determinar medidas que ajudarão a economizar combustível queimado e aumentar a eficiência dos equipamentos de aquecimento.