7 Расчет радиационного пароперегревателя

Общая схема пароперегревателей котла изображена на рисунке 7:

Рисунок 7 – Схема пароперегревателей котла

Расход пара,кг/с, через радиационный и ширмовый пароперегреватели:

(87)

где – расход пара через радиационный пароперегреватель, кг/с;

– расход пара через ширмовый пароперегреватель, кг/с;

D_пе – расход острого пара, кг/с;

– расход пара на впрыск, , примем кг/с.

.

Давление на выходе из радиационного пароперегревателя: МПа, давление на выходе из ширмового пароперегревателя: МПа.

Целью расчета радиационного пароперегревателя является определение энтальпии и температуры пара на выходе из него. Температура на входе в пароперегреватель равна температуре насыщения при давлении в барабане ⁰С, энтальпии насыщенных воды и пара при этом равны соответственно кДж/кг, кДж/кг (последняя при этом составляет энтальпию пара на входе в пароперегреватель ). Прирост энтальпии пара , кДж/кг, в радиационном пароперегревателе определяется по формуле

(88)

где Q_рпп – суммарное тепловосприятие радиационного пароперегревателя,

кДж/кг;

В_р – расход топлива на котел, кг/с;

D_пе – расход пара, кг/с;

– расход пара на впрыск.

Суммарное тепловосприятие пароперегревателя, кДж/кг:

, (89)

где Q_гг – тепловосприятие поверхностей нагрева, расположенных в

горизонтальном газоходе, кДж/кг;

– тепловосприятие поверхностей нагрева, расположенных в поворотной камере, кДж/кг.

Тепловосприятие поверхностей нагрева в области горизонтального газохода, кДж/кг, находится как

(90)

где q₀ – удельное теплонапряжение поверхности, принимаем q₀=30 кВт/м² [1];

– средняя температура газов в горизонтальном газоходе, К;

F_гг – площадь поверхности стен горизонтального газохода, закрытых экранами, м²;

В_р – расчетный расход топлива, кг/с.

Средняя температура газов,К в горизонтальном газоходе принимается как

, (91)

где К – температура газов на выходе из топки;

– температура газов на входе в поворотную камеру,К.

(92)

где – величина снижения температуры газов в горизонтальном

газоходе. Примем К, тогда

,

;

Суммарное тепловосприятие радиационного пароперегревателя по (89)

.

Прирост энтальпии пара,кДж/кг, по (73)

.

Энтальпия пара на выходе из радиационного пароперегревателя равна

, (95)

где – энтальпия пара на входе в подогреватель, кДж/кг;

– прирост энтальпии пара, кДж/кг.

.

По найденному значению энтальпии при давлении Р_рпп по [1] найдем температуру пара,⁰С: .

8 Расчет ширмового пароперегревателя

Поскольку конструктивные размеры ширмовой поверхности на выходе из топки жестко связаны с размерами топки (см. рис. 8), обычно габаритные размеры ширм пред их тепловым расчетом принимаются на основе эскиза котла и выполняется поверочный расчет ширмовой поверхности.

Задачей поверочного расчета ширмового пароперегревателя является определение при известных конструктивных характеристиках значений температуры газов за ширмами , °С, и температуры пара на выходе из них , °С.

В основу поверочной методики расчета ширмового пароперегревателя положена методика последовательного приближения температуры газов на выходе из ширм.

Рисунок 8 – Конструктивные размеры ширм

Имеем:

В=1,4 d_н=0,036 м,

А=8,8 м, d_вн=0,026 м

s₂=1,1·d_н=0,0396 м.

Число ширм по ширине газохода

, (96)

шт.

Количество параллельно включенных труб в одной ленте ширмы,шт:

(97)

где В – суммарная ширина ширм, м;

– зазор между лентами, м, примем м.

.

Задаемся ориентировочно температурой газов на выходе из ширмового пароперегревателя,⁰С: .

Тепловосприятие ширм из топки, кДж/кг, определяется по формуле

(98)

где – теплота, полученная ширмовой поверхностью прямым

излучением из топки, кДж/кг;

– тепло излучения из топки и ширм на поверхность нагрева, расположенную за ширмами, кДж/кг.

(99)

где – коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между

объемом топки и ширмовой поверхностью, ;

– коэффициент [1];

q_л – тепловое напряжение экранов топки, кВт/м²;

– площадь входного сечения ширм со стороны топки (площадь выходного окна топки), м²;

В_р – расчетный расход топлива, кг/с.

.

Тепло излучения из топки и ширм,кДж/кг:

(100)

где – теплота, полученная ширмовой поверхностью прямым

излучением из топки, кДж/кг;

а_ш – степень черноты газов в ширмах;

– угловой коэффициент ширм;

– коэффициент;

– выходная излучающая поверхность ширм, м²;

Т_ср – средняя температура газов в ширмах, К;

– поправочный коэффициент, для углей ;

В_р – расчетный расход топлива, кг/с.

Угловой коэффициент

, (101)

где В – суммарная ширина ширм, м;

– шаг между ширмами, м.

Степень черноты считается как

(102)

где k – коэффициент поглощения лучей, 1/(м·МПа);

р – давление в топке, р=0,1 МПа;

– эффективная толщина излучающего слоя в ширмах, м.

(103)

где k_г – коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов

сгорания, 1/(м·МПа);

– объемная доля трехатомных газов;

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

– концентрация золовых частиц.

(104)

где – объемная доля водяных паров;

– суммарная доля трехатомных газов в продуктах сгорания;

s_ш – эффективная толщина излучающего слоя ширм, м;

=1008+273=1281 К – температура газов на выходе из ширм.

Эффективная толщина излучающего слоя,м:

.

Тогда коэффициент поглощения газовой фазой,1/(м•МПа):

.

Коэффициент ослабления лучей частицами золы,1/(м•МПа):

(105)

где г/нм³ – плотность газов;

– температура газов на выходе из ширм, ⁰С.

d_зл=16 мкм – диаметр золовых частиц.

.

Коэффициент поглощения лучей,1/(м•МПа):

.

Степень черноты

Выходная излучающая поверхность ширм,м²:

.

Средняя температура газов в ширмах, К:

(106)

где – температура газов на входе в ширмовую поверхность, ⁰С;

– температура газов на выходе из ширмовой поверхности, ⁰С.

.

Тепло излучения из топки и ширм, кДж/кг, по формуле (100)

.

Лучистое тепловосприятие ширм,кДж/кг, по формуле (98)

.

Далее необходимо найти действительную температуру газов за ширмовым пароперегревателем.

Площадь поверхности ширм находится как,м²:

.

Количество теплоты, отданное газами ширмовому пароперегревателю из межтрубного пространства, кДж/кг:

(107)

где – коэффициент сохранения тепла;

– энтальпия газов на входе в ширмы, , кДж/кг;

– энтальпия газов на выходе из ширм по температуре газов на

выходе из ширм при

кДж/кг.

.

Определив величину далее найдем значение энтальпии пара на выходе из ширм, кДж/кг:

(108)

где – энтальпия пара на входе в ширмы, кДж/кг;

– количество теплоты, отданное газами пароперегревателю из межтрубного пространства, кДж/кг;

– лучистое тепловосприятие ширм, кДж/кг;

В_р – расход топлива на котел, кг/с;

D_шпп – расход пара через ширмовый пароперегреватель, кг/с.

.

По энтальпии и давлению за ширмами Р_шпп найдем температуру пара за ширмами,⁰С: .

Количество теплоты, переданное через поверхность нагрева за счет процесса теплопередачи, кДж/кг, найдем следующим образом.

Скорость газов, м/с, при средней температуре

(109)

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

V_г=3,97 м³/кг – суммарный объем дымовых газов

– средняя температура газов в ширмах,⁰С;

– живое сечение для прохода газов,м²:

.

По полученной величине находим коэффициент теплоотдачи конвекцией по [1]: Имеем: , Вт/(м²К).

Средняя скорость пара в ширмах рассчитывается по формуле, м/с:

(110)

где D_шпп – расход пара через ширмовый пароперегреватель, кг/с;

– средний удельный объем пара, м³/кг, определяемый по средним давлению МПа, и температуре ⁰С, – температура пара на входе в ширмы;

f_п – площадь живого сечения для прохода пара, м².

,

.

Площадь сечения, м²: считается как

.

Тогда скорость пара, м/с:

.

Далее определим коэффициент теплоотдачи от стенки трубы пару по [1]: Вт/(м²К).

Чтобы найти коэффициент теплоотдачи излучением нужно предварительно найти температуру наружных загрязнений труб, ⁰С

(111)

где – средняя температура пара в ширмах, ⁰С;

– коэффициент загрязнения поверхности, (м²К)/Вт, определяем по [1]: ;

– коэффициент теплоотдачи от стенки трубы пару, Вт/(м²К);

В_р – расход топлива на котел, кг/с;

– количество теплоты, отданное газами пароперегревателю из межтрубного пространства, кДж/кг;

– лучистое тепловосприятие ширм, кДж/кг;

F_шпп – площадь поверхности ширм, м².

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания, Вт/(м²К) определяется по температуре газов и загрязненной стенки по [1]: а_ш=0,385, .

Коэффициент теплоотдачи от газов, Вт/(м²К):

(112)

где – коэффициент использования, принимаем по [1]:

– коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²К);

– наружный диаметр труб, м;

– шаг между трубами в ленте ширмы, м;

– угловой коэффициент ширм, принимаем по [1];

– коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²К).

.

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К):

(113)

где – коэффициент теплоотдачи от газов, Вт/(м²К);

– лучистое тепловосприятие ширм, кДж/кг;

– количество теплоты, отданное газами пароперегревателю из

межтрубного пространства, кДж/кг;

– коэффициент загрязнения поверхности, (м²К)/Вт;

– коэффициент теплоотдачи от стенки трубы пару, Вт/(м²К).

.

Температурный напор для ширм, :

Количество тепла, переданного через стенки труб ширм за счет теплопередачи, кДж/кг, определяется по уравнению конвективного теплообмена

, (114)

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К);

F_шпп – площадь поверхности ширм, м²;

– температурный напор ширм, ⁰С;

В_р – расход топлива на котел, кг/с.

Полученное тепловосприятие сравним с тепловосприятием путем определения расчетной погрешности ,%:

, (115)

где – количество тепла, переданного через стенки труб ширм, кДж/кг;

– количество теплоты, отданное газами пароперегревателю из

межтрубного пространства, кДж/кг.

.

Полученное значение погрешности меньше 2 %, следовательно, это решение удовлетворительно. Теперь по найдем энтальпию пара на выходе из ширм, кДж/кг:

(116)

где – энтальпия пара на входе в ширмы, кДж/кг, ;

– количество тепла, переданного через стенки труб ширм, кДж/кг;

– лучистое тепловосприятие ширм, кДж/кг;

В_р – расход топлива на котел, кг/с;

D_шпп – расход пара через ширмовый пароперегреватель, кг/с.

.

По полученной энтальпии определим температуру пара, ⁰С: .