8 Расчет радиационного пароперегревателя

Т епловая схема котла (рисунок 8.1) отражает наличие теплообменных поверхностей, последовательность их включения по водопаровому и газовому трактам, взаимное движение сред в поверхностях, расположение узлов регулирования. В ходе курсового проекта делается тепловой расчет каждой поверхности нагрева. Задачей расчета радиационного пароперегревателя является нахождение прироста энтальпии пара в пароперегревателе. При расчете тепловосприятия радиационного пароперегревателя учитывается неравномерность передачи лучистого тепла по высоте топочной камеры.

,

Рисунок 8.1- Движение питательной воды и пара в котле.

Расход пара на радиационный пароперегреватель (РПП), определяется по следующей формуле:

, (8.1)

где -заданная производительность котельного агрегата по пару, ;

- расход пара на впрыск, , в расчетах принимать равным 2-5% от расхода острого пара;

.

Давление в барабане котла, , принимается на 10% больше чем давление перегретого пара:

, (8.2)

Давление пара в радиационном, , пароперегревателе принимается на 7% больше чем давление острого пара:

. (8.3)

После барабана пар поступает в РПП, который воспринимает тепловое излучение из топочной камеры (рисунок 8.2). Это тепло воспринимает пар, в результате чего увеличивается его температура.

Рисунок 8.2-Радиационный пароперегреватель.

Энтальпия пара на выходе из радиационного пароперегревателя :

, (8.4)

где - энтальпия пара на выходе из барабана, , определяется по температуре насыщения при давлении в барабане:

, (8.5)

- количество лучистого тепла, воспринятого радиационным пароперегревателем :

(8.6)

где - коэффициент неравномерности тепловосприятия по высоте топки;

– удельное тепловосприятие топки, Вт/м² (см. формулу 7.23)

-приращение энтальпии пара в радиационном пароперегревателе :

, (8.7)

. (8.8)

Температура пара на выходе из РПП определяется по энтальпии пара на выходе из РПП, и давлению пара в РПП:

.

Найденная температура пара на выходе из топки позволит сделать тепловой расчет ширмового пароперегревателя.

9. Расчет ширмового пароперегревателя

В данном курсовом проекте выполняется поверочный расчет ширмового пароперегревателя (ШПП). Все конструктивные данные берутся из чертежа (рисунок 9.1). Целью расчета является определение температуры газов и температуру пара на выходе из ШПП.

Давление пара в ШПП на 4% больше чем давление острого пара (Па):

. (9.1)

Таблица 9.1 – Конструктивные данные ШПП

Высота ШПП А, м	Ширина ШПП В, м	Расстояние между ширмами S1, м	Внутренний диаметр труб ШПП dвн, м	Наружный диаметр труб ШПП dн, м	Количество ширм по ширине топки z1, шт
8	1.6	0.5	0.024	0.032	15

Рисунок 9.1-Эскиз ширмового пароперегревателя.

Задаемся температурой газов на выходе из ШПП:

, (9.2)

Лучевоспринимающая поверхность входного сечения ширм со стороны топки, м^2:

, (9.3)

Выходная излучающая поверхность ширмы:

, (9.4)

где - высота ШПП, принимается из таблицы 9.1

– ширина топочной камеры, определяется по эскизу, =8 м

.

Конвективная поверхность нагрева ШПП :

, (9.5)

где - высота ШПП, м, принимается из таблицы 9.1;

- ширина ШПП, м, принимается из таблицы 9.1;

- количество ширм по ширине топки, принимается из таблицы 9.1;

.

Площадь живого сечения для прохода газов:

, (9.6)

где - высота ШПП, м, принимается из таблицы 9.1;

– ширина топочной камеры, определяется по эскизу, =8 м;

- наружный диаметр труб ШПП, м, принимается по таблице 9.1;

.

Тепло, полученное прямым излучение из топки, :

, (9.7)

где - лучистое тепло, воспринимаемое плоскостью входного сечения ширм :

, (9.8)

где - коэффициент неравномерности тепловосприятия по высоте топки, для верхней части;

- площадь выходного окна (смотри таблицу 7.1);

- среднее тепловое напряжение теплообменной поверхности (смотри формулу 7.23) ;

- коэффициент, который находится следующему отношению:

-расход топлива на котел, кг/с (см. формулу 4.28);

,

Q_лвых - тепло излучения из топки и ширмы на поверхность нагрева, расположенную за ширмами:

, (9.10)

где - угловой коэффициент ширм:

, (9.11)

где S₁-расстояние межу соседними ширмами, м, принимается по таблице 9.1

- ширина ШПП, м, принимается из таблицы 9.1;

.

- выходная излучающая поверхность ШПП, м² (см. формулу 9.4)

-расход топлива на котел, кг/с (см. формулу 4.29);

- поправочный коэффициент, принимается равным =0.5;

- средняя температура газов в ШПП:

⁰К

- степень черноты газов в ширмах:

, (9.12)

где -коэффициент ослабления лучей , , определяется по следующему выражению:

, (9.13)

где - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, , определяется по формуле:

(9.14)

где - суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паров, определяется по таблице 4.1;

- температура газов на выходе из топки, К;

- эффективная толщина излучающего слоя, определяется как:

, (9.14)

где - высота ШПП, м, принимается из таблицы 9.1

S₁- расстояние межу соседними ширмами, м, принимается по таблице 9.1

- ширина ШПП, м, принимается из таблицы 9.1;

,

- коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, , определяется по формуле:

, (9.15)

где - эффективный диаметр золовых частиц, мкм, определяется видом сжигаемого топлива и типом мельничного устройства, так при размоле

топлива в ММ ; - плотность дымовых газов при атмосферном давлении;

- абсолютное давление в топках с уравновешенной тягой, =0.1 МПа;

Количество тепла, отданного газами ШПП из межтрубного пространства :

, (9.16)

где - коэффициент сохранения тепла, =0.9947;

- энтальпия газов на выходе из топки, (см. формулу 7.19)

- энтальпия газов на выходе из ШПП, находится по температуре газов на выходе из ШПП методом линейной интерполяции по таблице 4.2:

, (9.17)

.

Энтальпия пара на выходе из ШПП :

, (9.18)

где - энтальпия пара на выходе из РПП, (см. формулу 8.4);

-тепло, полученное прямым излучение из топки, (см. формулу 9.7);

-расход топлива на котел, кг/с (см. формулу 4.28);

- расход пара на ШПП кг/с, равен расходу пара в РПП (см. формулу 8.1);

.

Температура пара на выходе из ШПП, определяется по давлению пара в ШПП и энтальпии пара на выходе из ШПП.

, (9.19)

Скорость газов в ШПП при средней их температуре, м/с:

, (9.20)

где -расход топлива на котел, кг/с (см. формулу 4.28);

- полный объем газов, м³/кг (см. таблицу 4.1);

- площадь живого сечения для прохода газов, м² (см. формулу 9.6);

- средняя температура газов в ШПП, ⁰К;

, (9.21)

.

Коэффициент теплоотдачи за счет конвекции, находят по скорости газов в ШПП и диаметра труб ШПП по /1, с 31/

, (9.22)

Средняя скорость пара в ШПП, м/с:

, (9.23)

где - удельный объем пара ;

- расход пара на ШПП кг/с, равен расходу пара в РПП (см. формулу 8.1);

- размер проходного сечения для пара :

, (9.24)

где - количество ширм, принимается из таблицы 9.1;

- внутренний диаметр труб ШПП, м, принимается по таблице 9.1;

- количество параллельно включенных трубок в одной ширме:

, (9.25)

где - ширина ШПП, м, принимается из таблицы 9.1;

;

- шаг между трубками, принимается равным

,

,

.

Температура наружных загрязнений труб, ⁰С:

, (9.26)

где - средняя температура пара в ШПП, определяется по формуле:

, (9.27)

коэффициент загрязнения, определяется по /1, с. 30/,

-расход топлива на котел, кг/с (см. формулу 4.28);

- конвективная поверхность нагрева ШПП, м² (см. формулу 9.5)

- тепло, полученное прямым излучение из топки, (см. формулу 9.7);

- тепло, отданное газами ШПП из межтрубного пространства, (см. формулу 9.16)

- коэффициент теплоотдачи от стенки пару, определяется по средней скорости пара и средней температуре пара по /1, с. 32/:

,

.

Коэффициент теплоотдачи за счет излучения определяется по средней температуре газов и температуре загрязнения стенки по /1, с 33/

, (9.28)

Полный коэффициент теплоотдачи от газов стенке:

, (9.29)

где - коэффициент использования, принимается по /1, с 30/,

- коэффициент теплоотдачи за счет конвекции, (см. формулу 9.20);

- наружный диаметр труб ШПП, м, принимается по таблице 9.1

- угловой коэффициент ШПП, принимается по /1, с 24/, х=0.99;

Коэффициент теплопередачи :

, (9.30)

где - тепло, полученное прямым излучение из топки, (см. формулу 9.7);

- тепло, отданное газами ШПП из межтрубного пространства, (см формулу 9.15)

коэффициент загрязнения, определяется по /1, с. 30/,

.

Температурный напор для ширм рассчитывается как среднеарифметическая разность температур газов и пара, ⁰С:

, (9.31)

Количество тепла, переданного через стенки труб ширм за счет теплопередачи, :

, (9.32)

где k- коэффициент теплопередачи, (см. формулу 9.28)

-расход топлива на котел, кг/с (см. формулу 4.28);

- конвективная поверхность нагрева ШПП, м² (см. формулу 9.5);

Так как погрешность не превышает 2%, делаем вывод о том, что значение разности температур задано верно.

, (9.33)

Температура пара на выходе из ШПП, определяется по давлению пара в ШПП и энтальпии пара на выходе из ШПП.

, (9.34)

Нахождение действительной температуры газов и пара на выходе из ШПП позволит сделать конструкторский расчет конвективного пароперегревателя.