Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла

7. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла

 

При выполнении расчёта в целях уменьшения ошибок и связанных с ними пересчётов до проведения поверочно-конструкторских расчётов пароперегревателя целесообразно определить тепловосприятия этих поверхностей по уравнениям теплового баланса и свести тепловой баланс по паровому котлу в целом.

Тепловосприятия пароперегревателя и воздухоподогревателя определяют по уравнениям теплового баланса рабочего тела (пара, воздуха), а тепловосприятие экономайзера – по уравнению теплового баланса теплоносителя (продуктов сгорания).

Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:

Находим при P_пе=40 кгс/см² и t_пе=440^oC Þ i_пе=789,8 ккал/кг; при P_б=45 кгс/см² и температуре насыщения Þ i_н=668,1 ккал/кг; Di_по=15 ккал/кг;

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения факела топки, принимаем для упрощения расчётов равным нулю(Q_пе^л =0), а угловой коэффициент фестона Х_ф=1. В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекцией: Q_пе^к = Q_пе.

Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ним u²_пе=601,52⁰С;

Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. Т.к. предварительный подогрев воздуха, и рециркуляция горячего воздуха отсутствуют, то тепловосприятие воздухоподогревателя определяем:

где I^о_гв находим по t_гв=220^oC Þ I^о_гв=745,2 ккал/кг;

b²_вп – отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:

где I_ух – энтальпия уходящих газов, которую находим по t_ух=150^oC Þ I_ух=709,135 ккал/кг;

 I^о_ух – энтальпия теоретического объёма воздуха, которую при

t_прс=( t_гв + t^’_в)/2=(220+30)/2=125 ^oC Þ I_прс=421 ккал/кг;

Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним u²_эк=301,87⁰С;

Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):

Определяем невязку теплового баланса парового котла:

8. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя

 

Целью поверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя является определение его поверхности нагрева при известных тепловосприятиях, конструктивных размерах и характеристиках. Тепловосприятие пароперегревателя определено ранее, конструктивные размеры и характеристики поверхности заданы чертежом. Решением уравнения теплопередачи определяют требуемую (расчётную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают её с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.

По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллимет-ровой бумаге в масштабе 1:25.

По чертежам и эскизу заполняем таблицу:

Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя

	Наименование величин			Обозн.	Раз-ть	Величина
Наружный диаметр труб		d	м	0,032
	Внутренний диаметр труб			dвн	м	0,026
	Количество труб в ряду			z1	-	68
	Количество труб по ходу газов			z2	-	18
	Шаг труб: поперечный			S1	м	0,075
	продольный			S2	м	0,055
	Относительный шаг труб поперечный			S1/d	-	2,344
	продольный			S2/d	-	1,719
	Расположение труб змеевика			-	-	шахматное
	Характер взаимного течения			-	-	перекрестный ток
	Длина трубы змеевика			l	м	29,94
	Поверхность, примыкающая к стенке			Fст×х	м2	21,353
	Поверхность нагрева			H	м2	226,01
	Размеры газохода: высота на входе высота на выходе			a¢ a²	м м	1,68
	ширина			b	м	5,2
	Площадь живого сечения на входе			F¢	м2	5,363
	Площадь живого сечения на выходе			F²	м2	5,363
	Средняя площадь живого сечения			Fср	м2	5,363
	Средняя эффективная толщина излучающего слоя			Sф	м	0,119
	Глубина газового объёма до пучка			lоб	м	1,35
	Глубина пучка			lп	м	0,935
	Количество змеевиков, включённых параллельно по пару			m	шт.	68
	Живое сечение для прохода пара			f	м2	0,0361

Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) l и числу труб в ряду (поперёк газохода) z₁. В неё также включается поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемая дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка) F_ст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме на основании соотношений S₁/d и е/d причём е/d @ r/d =0,5 Þ х=0,75. Таким образом, с учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева определяем по формуле:

Н = p×d×z₁× l+ F_ст ×х.

Глубину газового объёма до пучка и глубину пучка определяют по рекомендациям и чертежу.

По значениям шагов для пароперегревателя и диаметру труб находим эффективную толщину излучающего слоя:

Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяют по формуле:

F = a·b – d·z₁· l_пр = 1,68·5,2 – 68·0,032·1,55 = 5,363 (м²);

Площадь живого сечения для прохода пара:

Составляем таблицу исходных данных поверочно-конструкторского теплового расчёта пароперегревателя:

Наименование величин	Обознение	Размерность	Величина
Температура газов до пароперегревателя	uф²	0С	998,4
Температура газов за пароперегревателя	uпе²	0С	601,52
Температура в состояния насыщения	tн	0С	256,23
Температура перегретого пара	tпе	0С	440
Средний удельный объём пара	uср	м3/кг	0,062615
Конвективное восприятие	Qkпе	ккал/кг	1886,41
Объёмы газов на выходе из топки при aсрпе	Vг	м3/кг	12,721
Объёмная доля водяных паров	rH2O	-	0,1202
Объёмная доля трёхатомных газов	rRO2	-	0,2445

Средний удельный объём пара находят по удельным объёмам пара в состоянии насыщения и перегретого пара:

Все остальные величины определены ранее.

Коэффициент теплопередачи определяют для пароперегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц.

Коэффициент теплопередачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

Для определения a_к - коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб, рассчитаем среднюю скорость газового потока:

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме: a_н=80 ккал/м²×ч×^оС; добавочные коэффициенты:

С_z=1; С_ф=0,98; С_s=1; Þ a_к = a_н×С_z×С_ф×С_s= =80×1×0,98×1 = 78,4 ккал/м²×ч×^оС;

Для нахождения a_л используем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:

Для незапылённой поверхности

k×p×S = k_г×r_n×S×p, где р = 1кгс/ см²; r_n=0,2445;

р_n×S = r_n×S = 0,2445×0,119 = 0,0291.

Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:

t_з = t_пе^ср + (80¸100) = 348,12 + 90 = 438,12 ^оС;

По номограмме находим

С_г = 0,95; a_н = 130 ккал/м²×ч×^оС; Þ a_л = a_н×а×С_г = 130×0,95×0,0926 = 11,437 ккал/м²×ч×^оС;

При расчёте пароперегревателя и экономайзера на величину a_л необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма,
свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости пара:

При этой скорости пара

С_d= 1,02; a_н = 1300 ккал/м²×ч×^оС;Þ a_л = a_н×С_d= 1300×1,02 = 1326 ккал/м²×ч×^оС;

Определим расчётную поверхность: