
- •Котельные установки и парогенераторы Расчет промышленного парогенератора
- •Введение
- •Раздел I компоновка и тепловой баланс парового котла
- •1. Расчетно-технологическая схема парового котла.
- •2. Топливо и продукты его сгорания
- •3. Тепловой баланс парового котла Определение расчетного расхода топлива
- •3.8. Потери с физическим теплом шлака (твердое шлакоудаление) учитывают лишь при сжигании твердых топлив при % кг/мДж (%):
- •Раздел II условия сгорания топлива. Расчет топки
- •1. Выбор системы топливоприготовления и горелочных устройств
- •2. Поверочный тепловой расчет топки котла
- •Пояснения к расчетам по разделам III, IV, V
- •Раздел III Общие положения по расчету теплообмена в фестоне, пароперегревателе, экономайзере и воздухоподогревателе
- •1 Основные расчетные уравнения
- •Раздел IV Поверочный расчет фестона
- •1. Технико-экономический расчет
- •Исходные данные для расчета фестона.
- •Раздел V
- •1. Поверочно-конструкторский расчёт конвективных поверхностей нагрева
- •2. Поверочно-конструкторский расчет пароперегревателя
- •3. Поверочно-конструкторский расчет экономайзера и воздухоподогревателя
- •Литература
2. Поверочно-конструкторский расчет пароперегревателя
2.1. Целью поверочно-конструкторского расчета пароперегревателя является определение расчетной 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 (расчетную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают ее с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.
2.2. По чертежам парового котла составляют эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25 или 1:50 (по согласованию с руководителем) и схему движения пара. На эскизе указывают все конструктивные размеры поверхности. Пример эскиза приведен на рис. 10
2.2.1. По чертежам, эскизу и данным из таблицы 4 в приложении составляют табл.21 конструктивных размеров и характеристик пароперегревателя, определяют фактические (по чертежу) поверхности нагрева, площади живых сечений для прохода газов и пара как для отдельных ступеней поверхности, так и в целом для всего пароперегревателя. Целесообразность разделения пароперегревателя на ступени обычно определяют характером взаимного движения сред (газов и пара) и размещением между ступенями пароохладителей. Нумерация ступеней в указаниях ведется по ходу газа. Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учетом гибов) li и числу труб в ряду (поперек газохода) z1 . В нее включают также поверхность труб, приникающих к обмуровке, называемую дополнительной, которую определяют как произведение площади стены Fст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме 1 (рис.7 в приложении) на основании соотношений S1/d и e/d, причем e/d≈/d=0,5.
Таким образом, с учетом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева каждой ступени определяют по формуле
Fiпе=z1i·di··li + Fстi·x, (97)
Рис. 10. Эскиз пароперегревателя парового котла Е-35-40
2.2.2. Глубину газового объема до пучка каждой ступени liоб и глубину пучка ступени liп определяют по рекомендациям раздела III.
Поперечный шаг в пределах каждой ступени пароперегревателей на рис. 10 не изменяется и потому совпадает со средним его значением.
Средний продольный шаг для каждой ступени определяют расчетом по формуле:
S2i=liп/(zi-1), (98)
Средние шаги (поперечный или продольный) для пароперегревателя в целом определяют по формуле:
Siср=(S'·F1пе+Si"·F2пе)/(F1пе+F2пе), (99)
По средним значениям шагов для пароперегревателя в целом S1ср и S2ср и среднему диаметру dср рассчитывают эффективную толщину излучающего слоя S, м. (раздел III).
2.2.3. Нередко в первой и второй ступенях пароперегревателя диаметры труб не одинаковы. Тогда определяют средний диаметр (наружный и внутренний) труб для пароперегревателя в целом по формуле:
dср=(F1пе+F2пе)/(F1пе/d1+F2пе/d2), (100)
По средним значениям шагов и диаметров находят их средние относительные значения для перегревателя в целом.
Таблица 21.
Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя по чертежам и данным из табл. 4 в приложении.
Наименование величены |
обозначение |
Единица |
Номер ступени по ходу газа |
Весь пароперегреватель |
|
1 |
2 |
||||
Наружный диаметр труб |
d |
м |
d1 |
d2 |
dср |
Внутренний диаметр труб |
dвн |
м |
d1вн |
d2вн |
dвнср |
Число труб в ряду |
z1 |
Шт. |
z1' |
z1" |
— |
Число рядов по ходу газов |
z2 |
Шт. |
z2' |
z2" |
z2'+ z2" |
Средний поперечный шаг труб |
S1 |
м |
S1' |
S1" |
S1ср |
Средний продольный шаг труб |
S2 |
м |
S2' |
S2" |
S2ср |
Средний относительный поперечный шаг |
S1/d |
— |
S1'/d |
S1"/d |
S1'ср/d |
Средний относительный продольный шаг |
S2/d |
— |
S2'/d |
S2"/d |
S2'ср/d |
Расположение труб |
— |
— |
Шахматное или коридорное |
— |
|
Характер взаимного движения сред |
— |
— |
Противоток, прямоток, смеш. ток и т.п. |
— |
|
Длина трубы змеевика |
l |
м |
l1 |
l2 |
— |
Поверхность, примыкающая к стене |
Fст··x |
м2 |
Fст2··x |
Fст2··x |
(Fст1+ Fст2)·x |
Поверхность нагрева |
Fпе |
м2 |
F1пе |
F1пе |
F1пе+F1пе |
Высота газохода на входе |
A' |
м |
a1' |
a2' |
— |
Высота газохода на выходе |
a" |
М |
a1" |
a2" |
— |
Ширина газохода |
b |
м |
b |
B |
b |
Площадь живого сечения для прохода газов на входе |
F' |
м2 |
F1' |
F2' |
— |
То же на выходе |
F" |
м2 |
F1" |
F2" |
— |
То же среднее |
Fср |
м2 |
F1ср |
F2ср |
Fср |
Средняя эффективная толщина излучающего слоя |
S |
м |
— |
— |
S |
Глубина газов объёма до пучка |
lоб |
м |
l1об |
l2об |
(l1+ l2)об |
Глубина пучка |
lп |
м |
l1п |
l2п |
(l1+ l2)п |
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару |
M |
Шт. |
m1 |
M2 |
mср |
Живое сечение для прохода пара |
f |
м2 |
f1 |
f2 |
fср |
2.2.4. Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном омывании газами пароперегревателя определяют на входе и выходе для каждой ступени (рис.10), а затем их усредняют. Если сечение входа Fвх и Fвых отличаются не более чем на 25%, то средние площадь сечения находят как среднеарифметическое, если же отличаются более чем на 25%, то усредняют по формуле 77 (раздел IV)
Площадь живого сечения на входе и выходе определяют по формуле:
Fi= ai·b – z1i·di·liпр, (101)
где ai- высота газохода на входе в ступень и на выходе из нее, принимаемая в плоскости, проходящей через оси первого и последнего ряда труб м.; liпр - длина проекции первого или последнего ряда труб на соответствующую (входную или выходную) плоскость сечения, м. Необходимо иметь в виду, что l1пр ai; b - ширина газохода (между обмуровкой боковых стен), м.; z1i - число труб в ряду для рассматриваемого сечения; di - наружный диаметр труб соответствующей ступени, м.
Площадь среднего живого сечения для прохода газов перегревателя в целом получают усреднением живых сечений ступеней по формуле (м2):
Fср=(F1+ F2)/[(F'1/F1ср)+(F'2/F2ср)], (102)
Площадь среднего живого сечения для прохода пара для каждой ступени определяют по формуле (м2):
fi = mi·· d2 i вн/4, (103)
Среднее его значение fср для перегревателя в целом рассчитывают по формуле, аналогичной (102).
2.3. Составляют таблицу исходных данных для поверочно-конструкторского теплового расчета пароперегревателя (табл. 22).
Средний удельный объем пара находят с использованием [1, 8] по удельным объемам пара в состоянии насыщения υн при давлении в барабане Рб и перегретого пара υпе при его температуре tпе и давлении после пароперегревателя Рпе по формуле
υср=( υн + υпе)/2, (104)
Все остальные величины были определены в предыдущих разделах.
2.3.1. Коэффициент теплопередачи определяют для перегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из табл. 21,22 в соответствии с указаниями раздела III.
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле (61), соответствующим номограммам и поправкам на lоб и lп, рекомендованным в разделе III; средняя температура газов =( "ф + "пе)/2.
Таблица 22.
Наименование величин |
Обозначение |
Единица |
Величина |
Температура газов до пароперегревателя |
"ф |
0С |
|
Температура газов за пароперегревателем |
"пе |
0С |
|
Температура пара в состоянии насыщения |
tн |
0С |
|
Температура перегретого пара |
tпе |
0С |
|
Средний удельный объем пара в пароперегревателе |
υср |
м3/кг |
|
Тепловосприятие конвективное по балансу |
Qкпе |
кДж/кг |
|
Средний объем газов в пароперегревателе (при песр) |
Vr |
м3/кг (м3/м3) |
|
Объемная доля водяных паров |
н о |
— |
|
Суммарная объёмная доля трёхатомных газов |
п |
— |
|
Массовая концентрация золы в газоходе |
|
кг/кг |
|
Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару 2 определяют по рекомендациям раздела III при средних значениях давления (Рб+Рпе/2), температуры (tб+tпе/2) и скорости пара пср:
пср= υср·Dпе/fср, (105)
2.3.2. Температурный напор определяют в целом для всего пароперегревателя (раздел III).
Рекомендуемый в курсовом проекте метод определения среднего температурного напора для перегревателя в целом значительно сокращает объем расчетов (по сравнению с расчетом по ступеням), а вносимая при этом погрешность (в основном, за счет изменения температуры пара в пароохладителе, установленном между ступенями) не оказывает серьезного влияния на результат теплового расчета.
Таким образом, на границах поверхности перегревателя в целом определяют больший и меньший температурные напоры (.как для чистого противотока) Δt'="ф- tпе и Δt"="пе- tн. Из значений Δt' и Δt" выбирают большие и меньшие Δtб' и Δt'м и ведут расчет по формулам раздела III.
Поправочный коэффициент Ψ определяют по номограмме12 рис. 21 в приложении. В пароперегревателях с последовательно смешанным током (рис.10) Ψ определяют из номограммы 12 по безразмерным параметрам A, P, R. Указанные параметры рассчитывают по формулам:
A=Fпрм/F, (106)
P=( tпе+tн)/("ф-tн), (107)
R=("ф+"пе)/(tпе+tн), (108)
где Fпрм — поверхность нагрева прямоточной ступени пароперегревателя, м2;
F — суммарная поверхность нагрева пароперегревателя, м2.
2.4. Определяют расчетную поверхность пароперегревателя по уравнений теплопередачи (раздел III):
Fпер=Qпек·Bр/K·Δt, (109)
и сравнивают с исходной поверхностью, изображенной на чертежах, эскизе, таблице 4 в приложении и указанной в табл.21.
Если невязка между этими поверхностями нагрева те превышает 2%, то никаких конструктивных изменений не вносят.
Если невязка ±[(Fпер-Fпе)/Fпер ]·100 > 2%,то необходимо соответственно увеличить или уменьшить число петель змеевика, как правило , в выходном газоходе пароперегревателя, но их не следует выдвигать из горизонтального газохода в поворотную камеру более чем на треть глубины конвективной шахты. (Если в указанных габаритах конструктивная поверхность не размещается, ее развивают в конвективной шахте.).
Следует иметь в виду, что в "сдвоенной" петле змеевиков четыре ряда труб - для перегревателей на рис.10. Поэтому число петель n, которое необходимо разместить дополнительно или, наоборот, вырезать, определяют по формулам:
для пароперегревателе на рис. 10:
n ≈ (Fпеp-F)/4··di·z1i·i, (110)
где diz1ii - соответственно наружный диаметр труб, м; число труб в ряду; высота газохода (м) в той ступени пароперегревателя, поверхность которой изменяют.
Полученное число n округляют до ближайшего целого n .
Следует иметь в виду, что n должно быть числом целым, поэтому выполненная конструктивная поверхность Fpk может немного не совпадать с расчетной Fp. Изменения в компоновке пароперегревателя изображают на эскизе и чертеже.