Влияние внутритрубных отложений на температурный режим обогреваемых труб парового котла.

Питательная вода, поступающая в паровой котел, содержит определенное количество примесей (оксид железа, меди и других металлов, соли жесткости, кислород, углекислоту и т.д.). По мере прохождения водного теплоносителя по пароводяному тракту котла часть примесей осаждается на внутренней поверхности трубы. При контакте теплоносителя со стенкой происходит коррозия металла, продукты коррозии частично переходят в воду, а частично остаются на поверхности металла. Суммарное количество продуктов коррозии на поверхности и осадившихся на стенке из потока воды примесей представляет собой внутритрубные отложения.

Наличие отложений на внутренней поверхности обогреваемой трубы несколько повышает коэффициент теплоотдачи α₂, а слой отложений представляет собой дополнительное термическое сопротивление.

Внутритрубные отложения имеют капиллярно-пористую структуру, диаметр капилляров составляет от 0,5 до 8…10 мкм, количество их достигает 3000…5000 на 1 мм². Шероховатая поверхность отложений интенсифицирует теплообмен в области однофазного потока, а в зоне ухудшенного теплообмена (на закризисном участке) повышает теплоотдачу в 2-6 раз. Пористая структура отложений способствует усилению парообразования, так как увеличивается число центров парообразования, с другой стороны - паровая пленка у стенки образуется при меньших значениях паросодержания, поэтому кризис теплоотдачи наступает при тепловых потоках, более низких, чем на чистой внутренней поверхности трубы.

Термическое сопротивление слоя отложений значительно повышает температуру стенки трубы (на несколько десятков градусов) и поэтому обязательно учитывается при анализе температурного режима трубы.

Перепад (разность) температур в слое отложений ∆t_отл определяется тепловым потоком q_вн = μβq^макс, толщиной слоя δ_отл и его теплопроводностью λ_отл. Толщина слоя отложений составляет десятки и сотни микрометров, коэффициент теплопроводности достаточно низкий, λ_отл = 0,3…3,0 Вт/(м∙К).

Значение ∆t_отл определяется по формуле

(10.26)

где исходное изменение температуры в слое отложений, отнесенное к q_вн=100 кВт/м², находят по номограмме рис.10.16 в зависимости от λ_отл, Вт/(м∙К), и δ_отл, мкм.

Из (рис. 10.16) видно, что при δ_отл =100 мкм, λ_отл = 1,0 Вт/(м∙К), q_вн =100 кВт/м² изменение температуры в слое отложений составляет 10°С. В зоне высоких тепловых потоков (q_вн = 500…800 кВт/м²) значение

На то же значение ∆t_отл увеличится средняя температура стенки t_ст^ср и температура наружной поверхности t_ст^н . Для обеспечения надежности работы трубы при высоких температурах металла применяют жаропрочную и жаростойкую сталь.