10 Расчет конвективного пароперегревателя

Пароперегреватели котельных агрегатов высоких параметров имеют несколько ступеней нагрева пара. Для регулирования температуры перегрева пароперегреватели имеют пароохладители. У проектируемого котлоагрегата пароохладитель впрыскивающего типа. В конвективный пароперегреватель (КПП) пар поступает после пароохладителя (см. рисунок 8.1), вследствие чего изменяется его температура и расход. Задачей данного расчета найти температуру газов на выходе из КПП и количество тепла воспринятого в КПП.

Количество тепла, воспринятого в КПП :

, (10.1)

где -заданная производительность котельного агрегата по пару, кг/с;

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

- энтальпия пара на выходе из КПП, , принимается равной энтальпии острого пара (см. формулу 4.27);

- энергия излучения топочного объема, , принимается равной (см. формулу 9.10);

- энтальпия пара на входе в КПП после впрыскивающего устройства:

, (10.2)

где - энтальпия пара на выходе из ШПП, (см. формулу 9.18)

- уменьшение энтальпии пара во впрыскивающем пароохладителе ;

, (10.3)

где - заданная производительность котельного агрегата по пару, кг/с;

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

- энтальпия пара на выходе из ШПП, (см. формулу 9.18);

- энтальпия впрыскивающего пара, кДж/кг, принимается равной энтальпии насыщенной воды ;

,

,

Энтальпия газов на выходе из КПП :

, (10.4)

где - энтальпия газов на входе в КПП, , принимается равной энтальпии газа на выходе из ШПП (см. формулу 9.17);

- количество тепла, воспринятого в КПП, (см. формулу 10.1);

- коэффициент сохранения тепла (см. формулу 7.17);

присос воздуха в КПП, принимают равным

- энтальпия холодного воздуха, (см. формулу 4.19)

.

Температура газов на выходе из КПП определяется по энтальпии газов на выходе из КПП по таблице 4.2 методом обратной интерполяции:

, (10.5)

Известная величина температур на входе и выходе газа и пара, позволяют построить график изменения температур в КПП и найти температурный напор. В КПП противоточная схема движения греющей и нагреваемой сред (рисунок 10.1).

Рисунок 10.1- График изменения температур сред в КПП при противотоке.

Температурный напор определяется из следующего выражения:

, (10.6)

где - большая разность температур, ⁰С:

, (10.7)

- меньшая разность температур, ⁰С:

, (10.8)

.

В курсовом проекте производится конструкторский расчет конвективного пароперегревателя. Выбираем трубы для изготовления пакета со следующими размерами:

Внутренний диаметр труб (10.9)

Наружный диаметр труб (10.10)

Шаг между трубами =0.152м , (10.11)

=0.057м (10.12)

Площадь поперечного сечения для прохода пара :

, (10.13)

где - количество параллельно включенных труб, определяются по следующей формуле:

, (10.14)

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

- шаг между трубами КПП, м (см. формулу 10.11);

,

- внутренний диаметр труб КПП, м (см. формулу 10.9);

.

Площадь поперечного сечения для прохода дымовых газов :

, (10.15)

где - средняя высота пакета конвективного пароперегревателя;

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

- наружный диаметр труб КПП, м (см. формулу 10.10);

- количество параллельно включенных труб (см. формулу 10.14);

.

Скорость газов в КПП при средней их температуре м/с:

, (10.16)

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, (см. формулу 10.15);

- средняя температура газов в КПП, ⁰К;

, (10.17)

.

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

, (10.18)

Средняя скорость пара в КПП, м/с:

(10.19)

где - удельный объем пара ;

- расход острого пара по заданию курсового проекта;

- размер проходного сечения для пара, (см. формулу 10.13):

.

Температура наружных загрязнений труб, ⁰С:

, (10.20)

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

(10.21)

коэффициент загрязнения, определяется по /1, рис. 17/,

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

- конвективная поверхность нагрева КПП, , определяется по формуле:

, (10.22)

где - наружный диаметр труб КПП, м (см. формулу 10.10);

-высота пакета КПП ;

- количество параллельно включенных труб (см. формулу 10.14);

-количество продольно включенных труб, определяется по формуле:

(10.23)

где -ширина КПП, ;

-продольный шаг труб, (см. формулу 10.12);

- энергия излучения топочного объема, , принимается равной (см. формулу 9.10);

- тепло, отданное газами КПП из межтрубного пространства, (см. формулу 10.1)

- 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/

, (10.24)

где - коэффициент теплопередачи за счет излучения при степени черноты 100%;

,

-степень черноты продуктов сгорания в КПП, определяется по следующему выражению:

, (10.25)

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

, (10.26)

где - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, , определяется с учетом средней температуры в КПП по формуле:

(10.27)

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:

, (10.28)

где - наружный диаметр труб КПП, м (см. формулу 10.10);

-продольный шаг труб, (см. формулу 10.12);

-поперечный шаг труб, (см. формулу 10.11);

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

, (10.29)

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;

,

.

Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенки тубы, :

, (10.30)

где -коэффициент теплоотдачи за счет конвекции, (см. формулу 10.18);

- коэффициент теплоотдачи за счет излучения, (см. формулу 10.24);

.

Коэффициент теплопередачи в КПП :

, (10.31)

где - коэффициент теплоотдачи от дымовых газов стенке трубы, (см. формулу 10.28);

- коэффициент теплоотдачи от стенки трубы пару ;

коэффициент тепловой эффективности, определяется по /1, стр. 99/, ;

Необходимая поверхность нагрева КПП :

, (10.32)

где - тепло, отданное газами КПП из межтрубного пространства, (см. формулу 10.1);

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

-температурный напор в КПП, (см. формулу 10.6);

.

Длинна каждого змеевика м:

, (10.33)

где -средний диаметр труб КПП, ;

- количество параллельно включенных труб (см. формулу 10.14);

.

Число рядов трубок по ходу газов:

, (10.34)

где -высота пакета КПП, ;

.

Ширина пакета пароперегревателя :

, (10.35)

где -продольный шаг труб, (см. формулу 10.12);

В ходе расчета была найдена температура газов на выходе из КПП, которая позволит сделать тепловой расчет хвостовых поверхностей нагрева.