9 Расчет конвективного пароперегревателя

При курсовом проектировании парового котла считается методически правильным выполнять тепловой расчет конвективного пароперегревателя конструктивным методом с определением необходимых теплообменных поверхностей при номинальной производительности и принятых показателях экономичности и надежности работы.

Эскиз конвективного пароперегревателя представлен на рисунке 9:

Рисунок 9 – Конструктивные размеры конвективного пароперегревателя

Проектирование конвективного пароперегревателя начинают с эскизной проработки поверхности с выбором конструктивных характеристик, по /1, таблица 2.2/.

Наружный диаметр труб конвективного пароперегревателя , м:

Поперечный шаг между трубами , м:

Продольный шаг между трубами , м:

Высота пакетов конвективного пароперегревателя , м:

Ширина пакетов конвективного пароперегревателя , м:

По выбранному поперечному шагу труб и ширине газохода, которая равна ширине топки , рассчитывается число труб пароперегревателя в ряду :

.

Количество труб по длине газохода находится по формуле:

Количества тепла, воспринятого в конвективном пароперегревателе, кДж/кг:

(117)

где – расход перегретого пара, кг/с;

В_р – расход топлива на котел, кг/с;

– переизлучение теплоты из топки, кДж/кг,

h_пе – энтальпия перегретого пара, кДж/кг;

– энтальпия пара на входе в пароперегреватель после впрыскивающего пароохладителя, кДж/кг.

(118)

где – энтальпия пара на выходе из ширм, кДж/кг;

– уменьшение энтальпии пара во впрыскивающем пароохладителе, кДж/кг

(119)

где D_впр – расход собственного конденсата на впрыск, кг/с;

– расход перегретого пара, кг/с;

– энтальпия пара на выходе из ширм, кДж/кг;

h_впр – энтальпия конденсата, кДж/кг, принимается

,

,

.

По энтальпии и давлению Р_шпп найдем температуру пара на входе в пароперегреватель: ⁰С.

По найденной величине определяем энтальпию газа на выходе из конвективного пароперегревателя, кДж/кг

(120)

где – энтальпия газов на входе в конвективный

пароперегреватель, кДж/кг;

– количество тепла, воспринятого в конвективном пароперегревателе, кДж/кг;

– коэффициент сохранения тепла;

– величина присосов воздуха в пароперегревателе;

– величина энтальпии присосанного холодного воздуха, кДж/кг.

.

По вычисленной энтальпии находим температуру газов , :

Температурный напор, , для пароперегревателя (рисунок 10) определим по формуле

. (121)

Рисунок 10 – Температурный напор

Скорость газов в межтрубном пространстве, м/с, найдем как

(122)

где В_р – расход топлива на котел, кг/с;

V_г – объем газов, м³/кг, принимаем по таблице 2 по колонке для пароперегревателя;

– средняя температура газов в конвективном пароперегревателе, ;

– площадь живого сечения для прохода газов, м²

.

.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией находим по [1]: Вт/(м² ·⁰С).

Средняя скорость пара в конвективном пароперегревателе рассчитывается по формуле, м/с

(123)

где D_пе – расход острого пара, кг/с;

– средний удельный объем пара, м³/кг, определяемый по давлению Р_пе, МПа, и средней температуре ⁰С;

f_п – площадь живого сечения для прохода пара, м²

,

,

.

Далее определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к пару [1]: C_d=1,03, Вт/(м² ·⁰С).

Для определения коэффициента теплоотдачи излучением Вт/(м² ·⁰С), необходимо предварительно оценить температуру наружных загрязнений труб, ⁰С, по формуле

(124)

где – средняя температура пара, ⁰С;

– коэффициент загрязнения конвективной поверхности, (м²·⁰С)/Вт;

– коэффициент теплоотдачи от стенки к пару, Вт/(м²·⁰С);

В_р – расчетный расход топлива, кг/с;

– переизлучение теплоты из топки, кДж/кг;

– количество тепла, воспринятого в конвективном пароперегревателе, кДж/кг;

– площадь поверхности нагрева конвективного

пароперегревателя, м²

(125)

где – наружный диаметр труб, м;

– средняя высота пароперегревателя, м;

z₁ – число труб в ряду, шт;

z₂=b_кпп/(s₂ – 1) – число рядов труб по ширине пакета (по ходу движения газов),шт:

.

При сжигании твердого топлива ,(м²·⁰С)/Вт, находится как

(126)

где – исходный коэффициент загрязнения, (м²·⁰С)/Вт [1]:

С_d – поправка на диаметр [1]: С_d=0,9;

– поправка, для каменных углей составляет (м²·⁰С)/Вт;

С_фр – поправка на фракционный состав золы

(127)

где значение R₃₀ принимается равным 30-60%; примем R₃₀=50%, тогда

,

.

Степень черноты газов в конвективном пароперегревателе определяется как

(128)

где к – коэффициент поглощения среды, 1/(м·МПа);

р – давление в топке, р=0,1 МПа;

s_кпп – эффективная толщина излучающего слоя, м.

Коэффициент поглощения среды

(129)

где к_г – коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов

сгорания, 1/(м·МПа);

к_зл – коэффициент поглощения лучей взвешенными в топочной среде частицами золы, 1/(м·МПа);

– суммарная доля трехатомных газов в продуктах сгорания;

– концентрация золовых частиц в конвективном пароперегревателе.

(130)

где – объемная доля водяных паров;

– суммарная доля трехатомных газов в продуктах сгорания;

– температура газов на выходе из пароперегревателя, К.

s_кпп – толщина излучающего слоя, м

.

.

Коэффициент поглощения лучей взвешенными в топочной среде частицами золы,1/(м·МПа):

(131)

где г/нм³ – плотность дымовых газов;

– температура газов на выходе из пароперегревателя, ⁰С;

мкм – эффективный диаметр золовых частиц.

,

.

Тогда степень черноты

Далее по средней температуре газов найдем величину коэффициента теплоотдачи излучением [1]: Вт/(м²·⁰С).

Общий коэффициент теплоотдачи от газов к стенке труб конвективного пароперегревателя,Вт/(м²·⁰С):

, (132)

где – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²·⁰С);

– коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²·⁰С).

.

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·⁰С)

(133)

где – коэффициент тепловой эффективности, [1];

– коэффициент теплоотдачи от газов к стенке труб, Вт/(м²·⁰С);

– коэффициент теплоотдачи от стенки к пару, Вт/(м²·⁰С).

.

Необходимую поверхность нагрева определяем из формулы теплообмена, м²:

, (134)

где – количество тепла, воспринятого в конвективном

пароперегревателе, кДж/кг;

В_р – расчетный расход топлива, кг/с;

к – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·⁰С);

– температурный напор, ⁰С.

.

Далее найдем основные конструктивные размеры пароперегревателя. Длина одного змеевика пакета пароперегревателя, м

(135)

где F_кпп – площадь поверхности нагрева, м²;

м – средний диаметр труб;

z₁ – число труб в ряду, шт.

.

Действительное число рядов труб по ходу газов,шт:

, (136)

где l_кпп – длина одного змеевика, м;

h_кпп – средняя высота конвективного пароперегревателя, м.

.

Округляем до четного: z₂=23.

Ширина пакета пароперегревателя по ходу движения газов, м

, (137)

где z₂ – число рядов труб по ходу газов, шт;

s₂ – продольный шаг труб, м;

м.