7.Расчет водяных экономайзеров

Водяные экономайзеры (ВЭ) устанавливают для подогрева питательной или теплофикационной воды. При этом снижается температура уходящих газов и повышается КПД парогенератора. В проекте будет выполняться расчёт ВЭ для подогрева питательной воды.

Водяные экономайзеры изготавливают чугунными и стальными. В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,4 МПа, чаще всего применяют чугунные экономайзеры, а при больших давлениях – стальные. При этом в парогенераторах горизонтальной компоновки производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только ВЭ, которые устанавливаются за пределами котла. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/ч вертикальной компоновки с пылеугольными топками после ВЭ всегда устанавливают воздухоподогреватели (ВП). В этих парогенераторах ВЭ и ВП устанавливают в хвостовой части газохода.

В курсовой работе необходимо провести конструктивный расчет чугунного ВЭ и определить поверхность его теплообмена при известных температурах газов на входе и выходе их экономайзера.

Чугунные экономайзеры являются некипящими подогревателями питательной воды, поэтому значение температуры воды на выходе из ВЭ принимается для расчетов на 20-40 ^оС ниже температуры насыщения (кипения) при давлении в барабане. Нельзя допускать закипания воды в трубах чугунного экономайзера во избежание гидравлических ударов и, как следствие, разрушения конструкции.

Чугунные ВЭ, разработанные ВТИ, компонуют из отдельных оребренных труб длиной от 1500 до 3000 мм. Трубы диаметром 76/82 мм имеют ребра квадратного сечения 150×150 мм.

Питательная вода подается в одну из труб нижнего ряда. Она последовательно протекает по всем трубам, двигаясь вверх со скоростью 0,3-1,5 м/с.

Дымовые газы поперечным потоком омывают весь пакет труб и далее направляются в дымовую трубу. Движение теплоносителей в ВЭ встречное (противоток).

Расчет ВЭ проводят, используя уравнение теплового баланса (количество теплоты, отданное дымовыми газами), тепловосприятия (количество теплоты, воспринятое нагреваемой водой) и теплопередачи (теплота, переданная от дымовых газов к воде). Температура газов на входе в экономайзер принимается равной температуре газов на выходе из газохода. Температура газов на выходе из ВЭ была принята ранее при расчете КПД.

Последовательность расчета водяного экономайзера

1. По уравнению теплового баланса определяют количество теплоты, которое отдают дымовые газы:

Q_б = φ(I'_эк – I"_эк + Δα_эк· ), (7.1)

где I'_эк – энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется по табл.3.5 по температуре на выходе из газохода, кДж/кг или кДж/м³; I"_эк – энтальпия газов на выходе из ВЭ, определяется по температуре уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³; φ – коэффициент сохранения теплоты, который определен ранее; Δα_эк– присос воздуха в экономайзере (см. табл.3.2); – энтальпия присосанного воздуха, кДж/кг или кДж/м³.

2. Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой, определяют энтальпию воды на выходе из экономайзера i"_эк, кДж/кг:

В_рQ_б = D(i"_эк – i’_эк); i"_эк = В_рQ_б/D + i’_эк ,

где i’_эк – энтальпия воды на входе, принимаемая по таблицам воды и водяного пара [3] при температуре питательной воды t_п.в по заданию, кДж/кг; D – паропроизводительность котла, кг/с;

В_р – расчетный расход топлива, кг/с или м³/с.

По энтальпии воды i"_эк определяют температуру на выходе из ВЭ - t"_эк. Если t"_эк окажется больше, чем температура кипения t_кип, для расчета рекомендуется принять t"_эк = t_кип – (20…40). В случае, когда теплоты газов не достаточно для получения желаемой температуры, за расчетную принять температуру, до которой можно нагреть воду при имеющемся количестве теплоты.

3. Определяют температурный напор, приняв противоточное движение теплоносителей по формуле (6.16).

4. Выбирают конструктивные характеристики принятого к установке ВЭ по таблице. При этом число труб в ряду z₁ выбирается с таким расчетом, чтобы скорость греющих газов при номинальной паропроизводительности была в пределах от 6 до 9 м/с, а число труб в ряду поперек потока z₂ было не менее трех и не более десяти.

Конструктивные характеристики труб чугунного экономайзера ВТИ

Характеристика одной трубы	Числовые значения
Длина, мм Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, м2 Площадь поверхности сечения для прохода дымовых газов, м2	1500 2,18 0,088	2000 2,95 0,120	2500 3,72 0,152	3000 5,50 0,184

5. Определяют скорость продуктов сгорания в экономайзере:

ω_г = (В_р V _г ( +273))/(F_эк·273), (7.2)

где В_р – расчётный расход топлива, кг/с или м³/с; V _г – объём газов в ВЭ при среднем коэффициенте избытка воздуха, определяется из табл.3.3; - среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, °С; F_эк – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания через ВЭ, м²; F_эк =z₁·F_тр , где F_тр – площадь живого сечения для одной трубы, м²; z₁- число труб в ряду.

6. Определяют коэффициент теплопередачи. Для чугунных экономайзеров коэффициент теплопередачи К=К_н·с_υ, определяют по рис. 7.1. и 7.2.

7. Из уравнения теплопередачи при Q_т = Q_б , определяют площадь поверхности нагрева водяного экономайзера, м²:

. (7.3)

8. По полученной поверхности нагрева окончательно определяют его компоновку:

а) общее число труб в экономайзере n= Н_эк/ Н_тр ;

б) число рядов труб в экономайзере z₂ = n/ z₁.

Округление провести до целого числа, а если будут устанавливаться две колонки труб – округлять z₂ до чётного числа.

.

Рис.7.2. Экономайзер ВТИ

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тепловой расчёт котельных агрегатов: нормативный метод. М.: Энергия, 1973. 296 с.

2. Эстеркин Р.И.Котельные установки: курсовое и дипломное проектирование. Л.: Энергоатомиздат, 1989. 280 с.

3. Вукалович М.П. Термодинамические свойства воды и водяного пара. М.: Машиностроение, 1967. 80 с.

4. СНиП II-35-76.. Нормы проектирования. ч.2. Гл. 35: Котельные установки. М.: Стройиздат, 1977. 49 с.

5. Раддатис К.Ф. Котельные установки. М.:Энергия, 1977. 414 с.

6. Александров В.Г. Паровые котлы средней и малой мощности. М.: Энергия, 1972. 200 с.

7. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. М.: Энергия, 1999. 290 с.

8. Лилов Ю.М. Компоновка и тепловой расчёт парогенератора. М.: Энергия, 1975. 176 с.

9. Лебедев В.И., Пермяков В.А., Хаванов П.А. Расчёт и проектирование теплогенерирующих установок систем теплоснабжения. М.: Энергия, 1993. 170 с.

10. Бордюков А.П., Гинсбург-Шик Л.Д. Теплотехническое оборудование тепловых электростанций. М.: Энергия, 1972. 272с.