площадь поверхности нагрева экономайзера

Видео:Размещение (компоновка) поверхностей нагрева энергетического котла барабанного типаСкачать

поверочно-конструкторский расчет экономайзера и воздухоподогревателя

3.1. Задачи расчета.

При выполнении курсового проекта принимают последовательную компоновку хвостовых поверхностей нагрева, т.е. по ходу газов размешены одна ступень водяного экономайзера и одна ступень воздушного подогревателя.

Целью поверочно-конструкторского расчета водяного экономайзера и воздушного подогревателя является определение их расчетных поверхностей нагрева при известных тепловосприятиях (из разд.1) и заданных чертежами конструктивных размерах и характеристиках. Решением уравнения теплопередачи определяют требуемые (расчетные) величины поверхности нагрева экономайзера и воздухоподогревателя, сравнивают их с заданными по чертежам и принимают решение о внесении конструктивных изменений в соответствующие поверхности нагрева.

Расчет хвостовых поверхностей нагрева проводят в тойже последовательности, что и пароперегревателя.

Примечание. При компоновке, полученной по расчету поверхности нагрева, не рекомендуется вносить изменения в площадь живых сечений для прохода газов в хвостовых поверхностях нагрева и площадь живого сечения для воды в водяном экономайзере.

3.2. Расчет водяного экономайзера

С использованием ранее выполненных расчетов в разделах I, II, III. Для теплового расчета экономайзера составляют таблицу исходных данных табл.23. Таблица 23.

3.2.1. Энтальпию и температуру воды после водяного экономай­зера определяют из уравнения теплового баланса по рабочему телу (воде):

где D_эк — пропуск воды через экономайзер, кг/с; при поверхност­ных пароохладителях, включенных по воде до водяного экономайзера D_эк=D_пе= D;

i»_эк — энтальпия воды после водяного экономайзера, кДж/кг;

i’_эк — энтальпия воды перед экономайзером, кДж/кг.

При указанной схеме включения пароохладителя:

Поскольку D_пе=D_эк, то D_пе/D_эк=1; величину Δi_по берут такой же, как при расчёте в разделе III.

Решая уравнение (115) относительно i»_эк, получают:

По таблицам, термодинамического состояния воды [8], опреде­ляют по i’_эк и P’_эк температуру воды перед экономайзеромt’_эк, а по i»_эк и P_б — температуру воды после экономайзера t»_эк.

Если окажется, что i»_эк больше энтальпии воды в состоянии насыщения (при давлении P_б). В этом случае часть воды в экономайзере превратится в пар (экономайзер — кипящего типа). При этом паросодержание на выходе из экономай­зера определяют по формуле:

где r — теплота парообразования при P_б кДж/кг [8].

Если определенная по (117) энтальпия i»_эк окажется меньше эн­тальпии воды в состоянии насыщения i’, то в проекте рассчитыва­ется экономайзер не кипящего типа (t»_эк 2 _вн/4, (117)

Рисунок 11 – Эскиз экономайзера

Конструктивные размеры экономайзера по чертежам и данным из таблицы 4 в приложении

При сжигании твердых топлив проверяют скорость продуктов сгорания на входе в экономайзер, которая не должна превышать максимально допустимых значений скорости разов на входе в экономайзер по условиям эолового уноса. Скорость газов на входе в экономайзер определяют по формуле (м/с) :

где V_г» — средний объём газов при α»_пе (табл.3 раздел I, м 3 /кг (м 3 / м 3 ) ).

Максимально допустимые скорости газов при сжигании различ­ных топлив приведены в табл.25.

Если при проверке скорость газов на входе в экономайзер окажется выше допустимой, то по согласованию и рекомендациям руководителя следует изменить площадь живого сечения для прохода газов за счет уменьшения числа труб в ряду z₁ . Одновременно следует изменить число параллельно включенных по воде труб m , т.к. m » 2· z₁.

С использованием формулы (116) по измеленному значениюz₁рассчитывают площадь живого сечения по газам F_r и определяют новее значение скорости газов, которое не должно превышать вели­чин, указанных в табл. 25.

По измененному значению mс использованием формулы (121) рассчитывается новое значение площади живого сечения для прохода воды и проверяется скорость воды на входе в водяной экономайзер по формуле (м/с):

где υ_пв‘ — удельный объем питательной воды на входе в экономайзер, взятый по таблице [8] при t_эк‘ и P_эк‘, м 3 /кг.

Для смывания пузырьков воздуха и газов с внутренней поверхности труб в не кипящих экономайзерах необходимо, чтобы W’_пв³0,5 м/с, а в кипящих для устойчивого движения пароводяной смеси W’_пв³1 м/с. Экономайзеры выполняют конструктивно как не кипящие, если t_н— t_эк‘³30°С, т.к. в противном случае в некоторых эксплуатационных условиях вода в экономайзере может закипеть. Если скорости воды будут меньше требуемых, то или уменьшают число параллельно включенных труб по воде, или изменяют схему движения воды по рекомендации руководителя с последующей корректировкой расчёта.

После проверкивеличины W вх _г и W’_пв уточненные значения характеристик z₁, m, F_r, F_в записываются в табл. 24.

3.2.4. Поверхность нагрева экономайзера определяют по формуле:

где l — длина змеевика, определяемая с использованием длина горизонтальной чести одной петли l₁ (табл.24):

З.2.5. Коэффициент теплопередачи для экономайзера в целом определяют по средним значениям необходимых величин из табл.23, 24 и в соответствии с указаниями раздела III.

Коэффициент теплоотдачи от газов, к стенке определяют по рекомендациям раздела III соответствующим номограммам и поправкам на l_об и l_п. Для подсчета средней скорости газов (смотри раздел III) в экономайзере необходимо знать их среднюю температуру J = (J_пе«+ J_эк«)/2 и средний объем газов V_r из раздела I.

3.2.6. Температурный напор для экономайзера с движением сред по рис. 11 определяют по [4, формула (1.22)]. На границах поверхности для случая чистого противотока находят больший и меньший температурные напоры между средами Δt’=υ_пе«- t_эк» и Δt’=υ_эк«- t_эк» (из которых выбирают большие Δt_б и меньшее Δt_м значения).

Причем поправочный коэффициент ψ находят по номограмме 13 (рис. 19 в приложении). Где:

Для кипящего экономайзера участок поверхности с постоянной температурой рабочего тела (t_н) характеризуется меньшим температурным напором и потому определение Δt’ по указанной разнице температур привело бы к завышению температурного напора для экономайзера в целом и неоправданному уменьшению его расчетной поверхности нагрева. Чтобы избежать этой ошибки, если x≤30%,определяют условную температуру воды после экономайзера t_усл, которая физически не существует,

и находят Δt’=J_пр«- t_усл, 0 С; в этом случае средняя температура воды равна t_эк ср =(t_эк‘-t_усл)/2. (см. Раздел III).

Если паросодержание после водяного экономайзераx>30%,то температурный напор следует определять раздельно для кипящей и не кипящей его частей (по согласованию с руководителем).

3.2.7. Расчетную поверхность экономайзера определяют по урав­нению теплопередачи

и сравнивают с изображенной на чертежах, эскизе и указанной в табл. 24.

Если невязка [±(F р -F)/F р ]·100% между этими поверхностями нагрева не превышает ±2%, то не вносят никаких конструктивных изменений.

Если невязка ±2%, то определяют требуемую длину змеевика l p , число рядов z p ₂ по формулам:

z p ₂ l p /(l₁+p·S₂)·2, (124)

Результаты расчета являются основой для корректировки его конструкции и определения высоты газохода, необходимой для раз­мещения поверхности. При изменении поверхности экономайзера не­обходимо иметь в виду, что для удобства эксплуатации его вход­ной и выходной коллекторы размещают на одной стороне газохода. Поскольку к каждому коллектору подсоединены два ряда труб (в сдвоенной петле будет 4 ряда) для выполнения этого условия конструктивное число рядов Z k ₂ должно быть кратно 4.

Высоту пакета водяного экономайзера определяют по формуле:

Если h_эк’>1,5 м, то экономайзер компонуют из нескольких паке­тов, высота каждого из которыхh_п должна быть не более 1,5м по условиям эксплуатации и ремонта.

Число пакетов n h_эк‘/1,5 число n будет целым, подбираем высоту пакета h_эк п ≤1,5 м. Расстояние между пакетами принимают не менее 0,5¸0,6 м. Тогда высоту газохода для размещения экономайзера определяют по формуле:

3.3.1. По чертежам парового котла составляют компоновку и эскиз трубного пучка воздухоподогревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25 или 1:50 (по согласованию с руководителем), на котором указывают все конструктивные размеры поверхности. Если на чертеже воздухоподогреватель выполнен двух­ступенчатым (в рассечку с водяным экономайзером), то эскиз сос­тавляют по конструктивным размерам первой по ходу воздуха ступе­ни. Пример эскиза приведен на рис.12

3.3.2. По чертежам, эскизу и данным из таблицы 4 в приложении составляют табл.26. Расчетом определяют общее число труб, включенных параллельно по газам:

где т — число секций в воздухоподогревателе; z₂ — числе, рядов труб секции по ходу воздуха; z₁=m·z₁‘.

Площадь живого сечения для прохода газов определяют по формуле:

Площадь живого сечения для прохода воздуха (по заданной за­водской конструкции):

b m·[(z₁‘-0,5)·S₁+S₁],м, где m — число секций по ширине воздухоподогревателя; z₁‘ — число труб в ряду одной секции.

Поверхность нагрева ВП определяют по формуле:

где d_ср=( d +d_вн)/2 — средний диаметр трубы ВП, м; h_тр — высота (длина) трубы ВП, м; z — общее число труб.

Рисунок 12 – Эскиз воздухоподогревателя

Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя по чертежам и данным из таблицы 4 в приложении

3.3.3. Составляют таблицу исходных данных для теплового расчета воздухоподогревателя (табл.27)

Все величины в табл.27 определены в методических указаниях (по табл.3 находят V_г, V 0 , t_{H O} в разделе I)

Для проектируемого котла согласно его чертежу и конструктивным данным находят скорость газов по формуле из раздела III (м/с):

И скорость воздуха по формуле (м/с)

где F_вж — площадь живого сечения для прохода воздуха, м 2 (из табл. 26), t_ср=t_вх+t_гв/2 средняя температура воздуха 0 С (t_вх=t’_в, см. Рис. 9).

Скорости газов и воздуха должны быть в пределах допустимых нормативных значений в зависимости от вида топлива и характеристик золы. В курсовом проекте допустимая скорость газов в возду­хоподогревателе составляет W_r=12±3 м/с, а ее оптимальное зна­чение 11±2 м/с. По условиям загрязнения поверхности отложениями минимальная скорость газов в 8 м/с. Если скорость газов выходит за указанные пределы, то следует внести изменения в компоновку трубного пучка, принимая новые числа Z₁ и Z₂ при измененных значениях шагов S₁ иS₂.

Наименование величин	Обозначение	Единица	Величина
Температура газов до воздухоподогревателя	υ»эк	0 С
Температура газов за воздухоподогревателем (уходящих)	υух	0 С
Температура воздуха до воздухоподогревателя	t’в	0 С
Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя	t»в=tгв	0 С
Объем газов при среднем коэффициенте избытка воздуха	Vr	м 3 /кг (м 3 / м 3)
Теоретический объем воздуха	V 0	м 3 /кг (м 3 /м 3 )
Отношение объёма рециркулирующего воздуха к теоретически необходимому		—
Отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому		—
Объемная доля водяных паров		—
Тепловосприятие воздухоподогревателя по балансу	Q б вп	кДж/кг кДж/ м 3

Рекомендуемые относительные шаги:S₁/d=1,5¸1,6; S₂/d=1,05¸1,1. Для труб 40/37 мм минимальные значения S₁=54 мм; S=42 мм; «мостик» a =10 мм.

При измененных значениях Z₁ и Z₂ уточняют общее число труб Z₀, подсчитывают живое сечение для прохода газов F_r , определя­ют скорость газов, которая должна находиться в оптимальных пре­делах, Уточненные значения конструктивных характеристик записы­вают в табл. 26.

3.3.4. Коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателя в целом определяют по средним значениям необходимых величин из табл.26;27 и в соответствии с указаниями раздела III. При этом коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке a₁ определяют по номограмме 9 рис. 17 приложения для средней скорости газового потока, где средняя температура газов J=J»_эк+J_ух/2.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху a₂ определяют по номограмме 8 (рис. 15 в приложении) для средней скорости воздуха, найденной выше.

Если в результате расчетов получим, что W_в=(0,5¸0,6)·W_г, м/с, то высоту хода для потока воздуха не изменяют и определяют требуемое число ходов после расчета К и Δt.

Если окажется, что расчетная W_в (0,5¸0,6)·W_г, то уточняет необходимую высоту хода воздуха. Задавшись необходимой скоростью воздушного потока, W’_в=(0,5¸0,6)·W_г м/с, и определив по формуле (132) необходимую площадь живого сечения для прохода воздуха м 2 , находят необходимую высоту хода по воздуху (формула 129) h_х‘= /(b — z·₁d) , м, которая принимается за исходную.

В этом случае величину коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху определяют по принятой скорости воздуха W’_в.

3.3.5. Температурный напор для воздухоподогревателя определяют по формулам из раздела III. Для этого на границах поверхности воздухоподогревателя определяют больший и меньший температурные напоры как для чистого противотока Δt’=J_эк«-t_гв и Δt»=J_ух-t’_в. Из значений Δt’и Δt» выбирают Δt_б и Δt_м и ведут расчет по указанным выше формулам.

Поправочный коэффициент ψ определяютпо номограмме 14 (рис. 20 в приложении) по безразмерным параметрам P и R, которые рассчитывают по формулам:

где τ_б — полный перепад температур той среды, где он больше, чем перепад второй среды τ_м °С. Их выбирают из разности температур сред (υ_эк«-υ_ух) и (t_гв-t_в‘). Поскольку водяной эквивалент сухого воздуха меньше, чем дымовых газов, то обычно (J_эк«-J_ух) и (t_гв-t_в‘). В целях уменьшения капитальных затрат в хвостовые поверхности нагрева необходимо, чтобы (J_эк«-t_гв)³30 0 C, а (J_эк«-t’_эк) ³ (40¸50) 0 C.

До пользования номограммой 14 согласно чертежу принимают число ходов в воздухоподогревателе по воздуху из следующих соображений: если температура горячего воздуху задана t_гв = (200¸230) °С, то число ходов n берут равным 2¸3, а при температуре горячего воздуха свыше 230 °С — равным 3¸4.

3.3.6. Определяют расчетную поверхность воздухоподогрева­теля по уравнению теплопередачи (м 2 ):

Если полученная расчетная поверхность воздухоподогревателя F p _вп отличается от поверхности, определенной по чертежу (табл.26), не более чем на ±10%, то расчет ВП на этом заканчивается.

Если же расхождение в поверхностях более указанного, то рас­чет уточняется. Тогда по расчетной поверхности находят требуемую высоту трубного пучка воздухоподогревателя и высоту одного хода воздуха по принятому числу ходов:

высота трубного пучка:

где средний диаметр труб:

высота одного хода h p _x=h₀/n.

По расчетной высоте хода определяют расчетную площадь живого сечения для прохода воздуха:

=h р _х·(b-z₁·d), (136)

и по формуле (132) находят действительную скорость воздуха.

Если полученная скорость воздухе при и предварительно принятая скорость W’_в (как и значения h’_х и h р _х ) отличаются друг от друга не более чем на ±10%, то расчет считают законченным.

Если же разница между указанными скоростями воздуха превышает ±10%,то задаются новым числом ходов по воздуху n’ , определяют новую высоту хода h₀/n’ воздуха, скорость воздуха, коэффициент теплопередачи, уточняют поправку ψ, повторяя весь расчет по уравнению теплопередачи до тех пор, пока принятая и определенная по расчету скорости воздуха совпадут с точностью±10%.

Воздухоподогреватель может быть установлен на нисходящем и на восходящем потоке газов при сохранении принципа противотока.

Эскиз составляют на миллиметровой бумаге в двух проекциях в масштабе 1:50 или 1:100.Эскиз воздухоподогревателя паровых котлов выполняют так, как рекомендовано на рис.12

В заключение приводится итоговая расчетная схема парового котла, по результатам теплового расчета с указанием основных параметров по всем трактам и делаются выводы со следующим содержанием:

4) Возможность и эффективность перевода котла на новый вид топлива.

5) Целесообразность и последовательность применения методики расчётов при проведении балансовых испытаний, реализации режимов растопки и сброса нагрузки котла.

6) Применение предложенных расчетных методик для оценки режимов работы котла в установившемся режиме и при возникновении динамических возмущений, возникновение которых возможно при эксплуатации котельных агрегатов.

Дата добавления: 2016-04-22 ; просмотров: 3313 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Видео:Принцип работы парового котлаСкачать

Расчет пароперегревателей, водяных экономайзеров и воздухоподогревателей

Расчет пароперегревателей, водяных экономайзеров и воздухоподогревателей

Расчет пароперегревателей, водяных экономайзеров и воздухоподогревателей может быть конструктивным или поверочным. Конструктивный расчет выполняется при создании новых котлов в конструкторских бюро заводов-изготовителей.

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего приходится выполнять поверочный расчет пароперегревателей, водяных экономайзеров и воздухоподогревателей. Задачей расчета в этом случае является определение температуры продуктов сгорания после пароперегревателя и выявление возможности при имеющейся поверхности нагрева пароперегревателя получить необходимый перегрев пара. Если в результате расчета выявится, что существующая поверхность нагрева пароперегревателя не обеспечит необходимой температуры перегретого пара, то должны быть разработаны соответствующие мероприятия и внесены коррективы в чертежи поверхности нагрева пароперегревателя.

Последовательность расчета пароперегревателя зависит от расположения его в газовом тракте котла, от способа регулирования перегрева пара и схемы включения регулятора перегрева.

Для промышленных котлов, как правило, применяются конвективные пароперегреватели, расположенные после фестона или первого конвективного пучка труб поверхности нагрева, для получения пара с температурой до 450 °С. Парогенераторы низкого давления обычно вырабатывают пар с перегревом около 250 °С и не имеют регулятора перегрева. Котлы давлением 3,92 МПа вырабатывают пар с температурой около 450 °С и имеют поверхностные или впрыскивающие пароохладители, установленные врассечку. В соответствии с этим ниже рассматривается последовательность расчета пароперегревателей, показанных на рис. 8-16.

Расчет конвективного пароперегревателя, имеющего поверхностный или впрыскивающий пароохладитель, установленный врассечку, как показано на рис. 8-16, а, производится по частям. Сначала рассчитывается первая по ходу продуктов сгорания часть. Расчет следует производить в следующей последовательности:

1.По имеющимся чертежам определить поверхность нагрева первой части пароперегревателя, относительные поперечный и продольный шаги труб <s₁/d, s₂/d), характер расположения труб (шахматное или коридорное), живые сечения для прохода продуктов сгорания и пара.

2.Выбрать основные расчетные параметры: температуру продуктов сгорания на входе в пароперегреватель Ɵ’, давление, температуру и энтальпию перегретого пара. Задаться тепловосприятием пароохладителя Дгпо = 60-1-85 кДж/кг.

3. Задаться двумя температурами продуктов сгорания Ɵ» после первой части пароперегревателя. В дальнейшем весь расчет пароперегревателей, водяных экономайзеров и воздухоподогревателей выполнить при этих двух температурах.

4. Для двух выбранных температур продуктов сгорания Ɵ» по уравнению (6-12) определить теплоту, отданную продуктами сгорания пару.

5. Вычислить энтальпию пара на выходе из пароохладителя, приравняв теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой паром (кДж/кг):

где i_ne — энтальпия перегретого пара, кДж/кг; В_р — расчетный расход топлива, кг/с; D — расход пара, кг/с; Q_g теплота, отданная продуктами.

6. Из таблиц для перегретого пара по значениям энтальпии и давления найти температуру пара после пароохладителя.

7. Определить температурный напор. При последовательно-смешанном токе (рис. 8-16,6 и первая часть пароперегревателя, показанного на рис. 8-16, г) температурный напор (°С) определяется по уравнению

где ∆t_рт — температурный напор при противотоке, определяется по уравнению (6-9); ф-коэффициент пересчета от противоточной схемы к последовательно-смешанной, определяется по номограмме, приведенной на рис. 8-17.

При прямотоке температурный напор определяется по уравнению (6-9).

Для пользования номограммой, показанной на рис. 8-17, вычисляются безразмерные определяющие параметры:

где Н п _РМ — площадь поверхности нагрева, в которой осущест-вляется прямоток, м 2 ; Н — площадь полной поверхности нагрева рассчитываемой части пароперегревателя, м 2 ; ft’ и ft» — температура продуктов сгорания на входе и на выходе рассчитываемой части поверхности нагрева, °С; V и t» — температура пара на входе и на выходе рассчитываемой части поверхности нагрева пароперегревателя, °С.

8. Подсчитать среднюю скорость газов (продуктов сгорания) в газоходе пароперегревателя (м/с)

9. Определить коэффициент теплоотдачи конвекцией. При поперечном омывании коридорных и шахматных пучков труб коэффициент теплоотдачи определяется по формуле (6-20).

10. Вычислить расчетную скорость пара в змеевиках пароперегревателя (м/с)

где D — расход пара, кг/с; о_ср — средний удельный объем пара, м 3 /кг (определяется из таблиц водяных паров при среднеарифметических давлении и температуре пара рассчитываемой части пароперегревателя); f — площадь живого сечения для прохода пара, м 2 .

11.Подсчитать коэффициент теплоотдачи от стенки к пару, Вт/(м 2 *К),

где а_п — коэффициент теплотдачи, определяемый из номограммы, показанной на рис. 8-18, по средним значениям скорости, давления и температуры пара в рассчитываемой части пароперегревателя; C_d — поправочный коэффициент, определяемый по кривой, показанной на рис. 8-18.

12. Найти степень черноты газового потока в соответствии с указаниями п. 8 § 6-9 (рекомендуемый порядок расчета конвективных поверхностей нагрева).

13. Вычислить температуру стенки труб пароперегревателя, принимаемую при сжигании твердого и жидкого топлива равной температуре наружного слоя золовых отложений на трубах (°С)

где t — среднеарифметическое значение температуры пара в рассчитываемой части пароперегревателя, °С; е — коэффициент загрязнения, м 2 *К/Вт (для пароперегревателей с коридорным и шахматным расположением труб при сжигании жидких топлив принимается е=0,00257; для пароперегревателей с коридорным расположением труб при сжигании твердых топлив е = 0,0043).

При сжигании газообразного топлива температура загрязненной стенки труб пароперегревателя (°С)

где t — среднеарифметическое значение температуры пара в рассчитываемой части пароперегревателя.

14. Определить коэффициент теплоотдачи излучением Вт/(м 2 *К). Для запыленного потока (при сжигании твердых топлив)

Для незапыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлив)

где о_сц — коэффициент теплоотдачи излучением, определяется из номограммы, показанной на рис. 6-13; с_г — поправка, вводимая при отсутствии золовых частиц в продуктах сгорания (см. рис. 6-13); а — степень черноты продуктов сгорания.

15. Подсчитать коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке труб пароперегревателя, Вт/(м 2 *К),

где l — коэффициент использования (для поперечно омываемых пучков труб конвективных пароперегревателей принимается 1=1); а_к — коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева, определяется по п. 7 § 6-9.

16. Определить коэффициент теплопередачи. Для шахматных и коридорных пучков труб при сжигании газа и мазута, а также коридорных пучков при сжигании твердого топлива, Вт/(м 2 *К),

где ф — коэффициент тепловой эффективности, при коридорном расположении труб и сжигании твердых топлив определяется из табл. 6-5; при сжигании газа принимается ф = 0,85, при сжигании мазута с а>1,03 значение ф определяется из табл. 6-6.

17.Вычислить количество теплоты,воспринятое пароперегревателем (кДж/кг или кДж/м 3 ),

18. По принятым двум значениям температуры и полученным значениям Q_g и Q_T производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после пароперегревателя. Метод графической интерполяции подробно описан в § 6-9 (п. 13, рис. 6-14).

19. По найденной температуре Ɵ_р» и уравнению (6-12) определить Q_б, а из уравнения (8-5) — энтальпию пара на выходе из пароохладителя. На этом расчет первой части пароперегревателя заканчивается.

Расчет второй по ходу продуктов сгорания части пароперегревателя, имеющего пароохладитель, включенный врассечку, и расчет пароперегревателей, водяных экономайзеров и воздухоподогревателей без пароохладителей (см. рис. 8-16, а-в) производится в следующей последовательности.

1. По чертежам определить поверхность нагрева всего пароперегревателя или рассчитываемой второй части, относительные шаги труб s₁/d и s₂/d, характер расположения труб, площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания и пара.

2. Выбрать основные расчетные параметры: температуру продуктов сгорания перед пароперегревателем или перед его частью, определенную предыдущим расчетом, давление, температуру и энтальпию перегретого пара после второй части пароперегревателя (энтальпия пара после второй части пароперегревателя)

3. Из таблиц для перегретого пара по величине i_no‘ и давлению пара найти температуру его после второй части пароперегревателя.

4. Определить тепловосприятие пароперегревателя, кДж/кг или кДж/м 3 :

при расчете пароперегревателя без пароохладителя

при расчете второй части пароперегревателя с поверхностным пароохладителем

при расчете второй части пароперегревателя с впрыскивающим пароохладителем

где i_no — энтальпия перегретого пара, кДж/кг; i_no‘ — энтальпия пара после второй части пароперегревателя, кДж/кг; D — расход перегретого пара, кг/с; В_р — расход топлива, кг/с; ∆D — расход охлаждающей воды на впрыскивающий пароохладитель, кг/с.

Расход воды на впрыскивающий пароохладитель (кг/с)

где i’_пе — энтальпия воды, подаваемой в пароохладитель (при впрыскивании собственного конденсата парогенератора определяется по таблицам водяных паров для давления в конденсаторе).

5.Из уравнения теплового баланса определить энтальпию продуктов сгорания после всего пароперегревателя или его второй части (кДж/кг или кДж/м 3 )

где I’ — энтальпия продуктов сгорания перед пароперегревателем, определяется из табл. 3-7 по их температуре и коэффициенту избытка воздуха перед пароперегревателем; ∆а — присос воздуха в пароперегреватель (из табл. 3-5); ф — коэффициент сохранения теплоты, определяется по формуле (4-37); I о _в — энтальпия теоретического количества воздуха, определяется из табл. 3-7 при = 30 °С; Q_ne — тепловосприятие пароперегревателя или его части.

По величине I_пп» из табл. 3-7 при коэффициенте избытка воздуха после пароперегревателя определить температуру продуктов сгорания после пароперегревателя.

7.При расчете второй части пароперегревателя коэффициент теплопередачи принимать равным коэффициенту теплопередачи, рассчитанному для первой части. В остальных случаях расчет коэффициента теплопередачи выполнять в последовательности, описанной при расчете первой части пароперегревателя (пп. 8-16).

8.В зависимости от схемы взаимного движения продуктов сгорания и пара определить температурный напор: при противотоке и прямотоке по уравнению (6-9), при последовательно смешанном токе по уравнению (8-6).

9. По уравнению теплопередачи определить теплоту, воспринятую пароперегревателем (кДж/кг или кДж/м 3 ),

10. Произвести сравнение тепловосприятий пароперегревателя Q_x и Q_ne (в процентах), определяемых по уравнениям (8-26), (8-21)-(8-23):

Если расхождение между Q_T и Q_ne составляет не более 2 % (при отсутствии пароохладителя — не более 3%), расчет пароперегревателя считать оконченным, так как существующая поверхность нагрева обеспечит необходимый перегрев пара.

В противном случае определить необходимую площадь поверхности нагрева всего пароперегревателя или его второй части (м 2 )

Уменьшение поверхности нагрева пароперегревателя или его второй части может быть достигнуто укорачиванием змеевиков, их торкретированием или удалением отдельных змеевиков путем их вырезки. Коридоры, образовавшиеся при вырезке змеевиков, должны быть заложены огнеупорным кирпичом, т. е. живое сечение и поперечный шаг S₁ между змеевиками должны быть сохранены прежними. Увеличение поверхности нагрева пароперегревателя или его второй части может быть достигнуто путем удлинения его змеевиков.

В промышленных котлах, работающих при давлении пара до 2,16 МПа, чаще всего применяются чугунные экономайзеры, а при большом давлении — стальные. При этом в котлах горизонтальной ориентации производительностью до 20 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котлах производительностью более 20 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоковлажных топлив в пылеугольных топках применяется установка воздухоподогревателя врассечку с водяным экономайзером (см. рис. 8-10).

При установке только водяного экономайзера рекомендуется следующая последовательность его расчета:

1.По уравнению теплового баланса (6-12) определить количество теплоты (кДж/кг или кДж/м 3 ), которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов,

где I_эк‘ — энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется из табл. 3-7 по температуре продуктов сгорания, известной из расчета предыдущей поверхности нагрева, кДж/кг или кДж/м3; Iэк» — энтальпия уходящих газов, определяется из табл. 3-7 по принятой в начале расчета температуре уходящих газов, кДж/кг или кДж/м 3 ; ф — коэффициент сохранения теплоты, определяется по формуле (4-37); Даэк — присос воздуха в экономайзере, принимается из табл. 3-5; I о _в — энтальпия теоретического количества воздуха, определяется из табл. 3-7 при t_в = 30 °С.

2. Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой в водяном экономайзере, определить энтальпию воды после водяного экономайзера (кДж/кг)

где I_эк‘ — энтальпия воды на входе в экономайзер, кДж/кг; D — паропроизводительность парогенератора, кг/с; D_пр — расход продувочной воды, кг/с.

По энтальпии воды после экономайзера из таблиц для воды и водяного пара по давлению воды определить ее температуру t_эк«. Если полученная температура воды окажется на 40 °С ниже температуры кипения в барабане парогенератора (при наличии автоматики, регулирующей температуру подогрева воды в экономайзере, эта разность может быть снижена до 20 °С), то для парогенераторов давлением до 2,16 МПа к установке принимают чугунный экономайзер. При несоблюдении указанных условий к установке следует принять стальной змеевиковый экономайзер.

3. В зависимости от направления движения воды и продуктов сгорания в экономайзере по уравнению (6-9) определить температурный напор.

4.Выбрать конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера. Для чугунного и стального экономайзера выбирается число труб в ряду с таким расчетом, чтобы скорость продуктов сгорания была в пределах от 6 до 9 м/с при номинальной паропроизводительности парогенератора. Не рекомендуется устанавливать менее 3 и более 10 труб в ряду. Для стальных змеевиковых экономайзеров число параллельно включенных змеевиков должно быть выбрано таким, чтобы скорость воды в некипящей части экономайзера была не менее 0,3 м/с, а в кипящей — не менее 1 м/с. Принимать скорость воды более 1,5 м/с не рекомендуется.

5. Определить действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере (м/с)

Где В_р — расчетный расход топлива, кг/с или м 3 /с; V_r — объем продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха определяется из табл. 3-6; ƟЭК — среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, DC; F_ак – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м 2 . Определить коэффициент теплопередачи. Для чугунных кайзеров коэффициент теплопередачи k = kнcѳ определяется с помощью номограммы, показанной на рис. 8-19. При сжигании мазута коэффициент теплопередачи, полученный по номограмме, снижается на 25%. Для стальных змеевиков водяных экономайзеров коэффициент теплопередачи определя­ется, как для конвективных пучков (подробно рассмотрено в § 6-9).

7. Определить площадь поверхности нагрева водяного экономайзера (м 2 )

8. По полученной площади поверхности нагрева экономайзера окончательно установить его конструктивные характеристики.

Для чугунного экономайзера определить общее число труб и число рядов по формулам:

где Н_тр — площадь поверхности нагрева одной трубы, м 2 ; a — принятое число труб в ряду.

Для стального экономайзера определить длину каждого змеевика, число петель и полную высоту пакетов экономайзера:

где t_эм — длина змеевика, м; d — наружный диаметр труб экономайзера, м; z — полное число труб экономайзера, включенных параллельно; z_пет — число петель; а’ — длина пакета экономайзера, м; h_эк — высота пакетов экономайзера, м; s_пет=2s₂ — шаг петли экономайзера, м; s₂ — шаг между рядами труб по ходу газов.

9. Определить невязку теплового баланса, которая не должна превышать 0,5 % Q_рн:

Невязка теплового баланса

где Q_л, Q_к, Q_пе, Q_эк — определенные при расчете количества теплоты, воспринятые лучевоспринимающими поверхностями нагрева, конвективными пучками, пароперегревателем и водя­ным экономайзером.

Для промышленных котлов в основном применяются труб­чатые воздухоподогреватели, чаще всего устанавливаемые после водяного экономайзера. Расчет таких воздухоподогревателей производится в следующей последовательности:

1. При конструктивном расчете воздухоподогревателя выбрать диаметр труб, поперечный s₁d и продольный S₂/d относительные шаги, площади поперечного сечения для прохода продуктов сгорания и воздуха, число ходов. При поверочном расчете существующего воздухоподогревателя перечисленные характеристики и его поверхность нагрева определяются из чертежей.

2. Определить минимальный температурный напор на горячем конце воздухоподогревателя (°С)

где Ɵ_вп’ — температура продуктов сгорания на входе в воздухоподогреватель, известна из расчета предыдущей поверхности нагрева; t_г.в — температура горячего воздуха, принята при составлении теплового баланса парогенератора.

Если значение ∆t_гор окажется меньшим 25-30 °С, то при конструктивном расчете это указывает на необходимость применения неоправданно большой поверхности нагрева, а при поверочном — на недостаточность имеющегося воздухоподогревателя для получения принятой температуры горячего воздуха. В обоих случаях необходимо снизить температуру горячего воздуха и произвести расчет парогенератора заново или применить двухступенчатую компоновку воздухоподогревателя.

3. Определить тепловосприятие воздуха в воздухоподогревателе. При предварительном подогреве воздуха в калорифере тепловосприятие (кДж/кг или кДж/м 3 )

где β_г.в — отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому:

в двух последних формулах ∆α_т, ∆α_вп, ∆α_пл — присосы воздуха в топку, воздухоподогреватель и систему пылеприготовления (определяются из табл. 3-5 и 5-9); I0вп, I0г.в — энтальпия теоретического количества воздуха па входе в воздухоподогреватель и на выходе из него, определяется из табл. 3-7 для соответствующих температур, принятых при составлении теплового баланса парогенератора.

4. Из уравнения теплового баланса (6-12) определить энтальпию продуктов сгорания после воздухоподогревателя (кДж/кг или кДж/м 3 )

Полученное значении сравнивается с предварительно принятой при составлении теплового баланса энтальпией уходящих газов. Если расхождение не превысит 0,5 % располагаемой теплоты топлива Q_p р , то расчет выполнен правильно.

Рис. 8-21. Схемы перекрестного тока с разным числом перекрестов, указанных цифрами в соответствии с рис. 8-20

5. В зависимости от взаимного движения воздуха и продуктов сгорания определить температурный напор в воздухоподогревателе. При прямотоке и противотоке температурный напор определяется по уравнению (6-9), а при последовательно-смешанном и перекрестном токе — по уравнению (8-6). Поправочный коэффициент ф при последовательно-смешанном токе определяется по номограмме, показанной на рис. 8-17, а параметры А, Р и R, необходимые для пользования номограммой,- по формулам (8-7), (8-8), (8-9). Поправочный коэффициент ф для перекрестного тока определяется по номограмме, приведенной на рис. 8-20, в зависимости от числа перекрестов. Схемы перекрестного тока показаны на рис. 8-21.

Для пользования номограммой вычисляются безразмерные параметры:

где Ɵ’ и t’ — температуры продуктов сгорания и воздуха на входе в поверхность нагрева, °С; Т_б — изменение (перепад) температуры при прохождении поверхности нагрева той средой, у которой оно большее, °С; t_м — изменение температуры второй среды (меньшее), °С.

6.Определить скорость продуктов сгорания в воздухоподогревателе (м/с)

7. Определить скорость воздуха в воздухоподогревателе (м/с)

где V_о — теоретическое количество воздуха, необходимое для горения, м 3 /кг или м 3 /м 3 ; t — среднеарифметическое температур воздуха на входе и выходе воздухоподогревателя, С° F- площадь поперечного сечения для прохода воздуха, м 2 .

8. Определить коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке в соответствии с указаниями, приведенными в § 6-9, п. 7.

9. Определить суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м 2 *К),

где α_л — коэффициент теплоотдачи излучением, для трубчатых воздухоподогревателей первой ступени принимается а_л = 0; ₤ — коэффициент использования поверхности нагрева; при сжигании АШ, фрезерного торфа, мазута и древесного топлива принимается равным 0,8, а для всех остальных топлив — 0,85.

10. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки поверхности нагрева к воздуху, Вт/(м 2 *К). При поперечном омывании коридорных и шахматных пучков

где α_н — коэффициент теплоотдачи по номограмме; при поперечном омывании коридорных пучков определяется из рис. 6-10, при поперечном омывании шахматных пучков — из рис. 6-11; c_z, c_s, c_ф — поправки, определяемые при поперечном омывании коридорных пучков из рис. 6-10, а при поперечном омывании шахматных пучков — из рис. 6-11.

Для определения перечисленных выше поправок необходимо вычислить:

среднюю температуру воздуха

11. Определить коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 *К):

12. При конструктивном расчете из уравнения теплопередачи определить площадь поверхности нагрева воздухоподогревателя (м 2 )

При поверочном расчете (поверхность нагрева воздухоподогревателя известна) из уравнения теплопередачи определяется

теплота, воспринятая воздухом,

По значению Q_вн определяется энтальпия горячего воздуха после воздухоподогревателя (кДж/кг или кДж/м 3 )

По величине I°_гв из табл. 3-7 определяется температура горячего воздуха после воздухоподогревателя t_гв. Если температура горячего воздуха t_г.в отличается от принятой при составлении теплового баланса (см. § 4-4) не более чем на ±40°С, то расчет считается оконченным. В противном случае расчет парогенератора следует повторить, задавшись новой температурой горячего воздуха, близкой к полученной.

Видео:Поверхности нагрева котловСкачать

Тепловой расчёт водяного экономайзера

В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении — стальные. При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоковлажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая установка водяного экономайзера и воздухоподогревателя.

1. По уравнению теплового баланса определить количество теплоты, которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов (6.2)

где — коэффициент сохранения теплоты (4.12);

• — энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется по таблице 3 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности (5.7);
• — энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, определяется по таблице 3 при принятой в начале расчёта температуре уходящих газов равной 160[эстеркин] (5.7);
• — присос воздуха в экономайзер, принимается по таблице 1;

— энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 30?С (4.3).

2. Определяем энтальпию воды после водяного экономайзера

где — энтальпия воды на входе в экономайзер [3], кДж/кг;

D — паропроизводительность котла, кг/с;

Dпр — расход продувочной воды, кг/с.

Температура воды после экономайзера [3].

3. Определяем температурный напор

где и — большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости.

4. Выбираем конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера (таблица 10)

Таблица 10. Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров [3]

Характеристика одной трубы

Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, м2

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2

Число параллельно включенных змеевиков в пакете

где D — расход воды через экономайзер, кг/с;

— массовая скорость воды на входе в экономайзер (принимается равной 600кг/(м2·с));[3]

dвн — внутренний диаметр трубы (рисунок 12), мм.

5. Определяем действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере

где — расчётный расход топлива (4.10), кг/с;

VГ — объем продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха (таблица 2);

— среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, ?С;

Fэк — площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2.

где Fтр — площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной трубы (таблица 10);

z1 — число труб в ряду (принимается равным 10).

где и — температура продуктов сгорания на входе и выходе из экономайзера, ?С.

6. Определяем коэффициент теплопередачи

где и — коэффициенты определяются с помощью монограммы (приложение 1, рисунок 12).

7. Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера

8. Окончательно устанавливаем конструктивные характеристики экономайзера

Общее число труб:

где — площадь поверхности нагрева одной трубы (таблица 10), м2.

Составляем сводную таблицу.

Таблица 10. Теплотехнические и конструктивные характеристики экономайзера

Температура дымовых газов перед экономайзером, ?С

Теплосодержание дымовых газов перед экономайзером, кДж/кг

Температура дымовых газов после экономайзера, ?С

Теплосодержание дымовых газов после экономайзера, кДж/кг

Тепловосприятие в водяном экономайзере, кДж/кг

Температура питательной воды перед экономайзером, ?С

Температура питательной воды после экономайзера, ?С

Энтальпия питательной воды перед экономайзером, кДж/кг

Энтальпия питательной воды после экономайзера, кДж/кг

Температурный напор, ?С

Действительная скорость продуктов сгорания в экономайзере, м/с

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2

Среднеарифметическая температура продуктов сгорания, ?С

🎦 Видео

Как работает котел теплоэлектростанции?Скачать

Конструкции котельных установокСкачать

Стартовый дымоход Ферингер. Какой выбрать?Скачать

Житель Златоуста изобрел устройство способное экономить бензинСкачать

Система отопления Производственных Помещений [Тепловентиляторы, регистры, воздушное или теплый пол?]Скачать

Галилео. Эксперимент. Тепловое расширение металловСкачать

Грунтовый коллектор: эффективность и диагностика трубопровода | A.V.RUDNEVСкачать

Режимы работы и эксплуатация ТЭС Лекция 3 05 03 21Скачать

Отопление гаража дизельной пушкой. Плюсы и минусы.Скачать

Котика ударило током, 10 т. ВольтСкачать

Устройство работы водогрейного котла КВГМСкачать

16. Основы теплотехники. Теплообменные аппараты. Конструкция и расчёт теплообменников.Скачать

Получение электричества и движущей силы от огняСкачать

Паровой котёл ДКВРСкачать

Планировка котельных (теплогенераторных) / Часть 1.1 (теория): нормы размеры вентиляция дымоудалениеСкачать

Поверхности электроплит: стеклокерамика, чугун, спираль. За чем легче ухаживать, а что выгоднееСкачать

ПЛАТИ МЕНЬШЕ ЗА ОТОПЛЕНИЕ. ЭКОНОМЬ ТЕПЛО!Скачать