3.2 Проверочно-конструкторский расчет пароперегревателя

3.2.1 Целью проверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя является определение его расчётной поверхности нагрева при известных тепловосприятиях, конструктивных размерах и характеристиках, заданных чертежом. Решением уравнения теплопередачи определяют требуемую (расчётную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают её с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.

3.2.2 По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя. На эскиз указываем конструктивные размеры поверхности

3.2.3 По чертежам и эскизу составим таблицу конструктивных размеров и характеристик пароперегревателя, определим фактические (по чертежу) поверхности нагрева, площади живых сечений для прохода газов и пара как для отдельных ступеней поверхности, так и в целом для всего пароперегревателя

Целесообразность разделения пароперегревателя на ступени обычно определяется характером взаимного движения сред (газов и пара) и размещением между ступенями пароохладителей. Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) и числу труб в ряду (поперёк газохода) . Поверхность подвесных труб определяют аналогично и включают в поверхность ступени. В неё также включают поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемой дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка) , занятой этими трубами, на угловой коэффициент , определяемый по номограмме 1 [1, стр.123].

3.2.4 С учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева каждой ступени определяется по формуле:

где

- число труб в ряду (поперёк газохода);

- полная длина змеевика (с учётом гибов), м;

- наружный диаметр трубы;

- поверхность, примыкающая к стене;

- угловой коэффициент, определяемый по номограмме 1 [1, стр.123], .

Табл. 3.1.Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя.

Наименование величин	Обозначение	Единица	Номер ступени по ходу газа		Весь пароперегреватель
			1	2
Наружный диаметр труб		м	0,038	0,038	0,038
Внутренний диаметр труб		м	0,032	0,032	0,032
Число труб в ряду		шт.	72	72	-
Число рядов по ходу газов		шт.	8	16	24
Средний поперечный шаг труб		м	0,115	0,092	0,101
Средний продольный шаг труб		м	0,110	0,110	0,110
Средний относительный поперечный шаг		-	3,03	2,42	2,66
Средний относительный продольный шаг		-	2,89	2,89	2,89
Расположение труб	-	-	коридорное
Характер взаимного движения сред	-	-	Смешанный ток		-
Длина трубы змеевика		м	33,7	46,5	-
Поверхность, примыкающая к стене		м2	28,64	2,18	18,78
Поверхность нагрева		м2	318,34	401,66	720
Высота газохода на входе		м	4,5	2,68	-
Высота газохода на выходе		м	3,12	3,00	-
Ширина газохода		м	6,635	6,635	6,635
Площадь живого сечения для прохода газов на входе		м2	21,65	10,89	-
То же на входе		м2	12,49	13,01	-
То же среднее		м2	15,84	11,86
Средняя эффективная толщина излучающего слоя		м	-	-	0,3352
Глубина газового объёма до пучка		м	0,92	0,335	1,255
Глубина пучка		м	0,985	1,650	2,635
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару		шт.	72	72	72
Живое сечение для прохода пара		м2	0,058	0,058	0,058

3.2.5 Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном омывании газами пароперегревателя определяют на входе и выходе из каждой ступени:

где

- длина проекции первого или последнего ряда труб на соответствующую (входную или выходную) плоскость сечения, м;

- ширина газохода (между обмуровкой боковых стен), м;

- число труб в ряду для рассматриваемого сечения;

- наружный диаметр труб соответствующей ступени, м;

- высота газохода на входе в ступень и на выходе из нее, принимая в плоскости, проходящей через оси первого и последнего ряда труб, м.

3.2.6 Площадь среднего живого сечения

3.2.7 Площадь среднего живого сечения для прохода газов перегревателя в целом получаем усреднением живых сечений ступеней:

3.2.8 Площадь живого сечения для прохода пара:

Составляем таблицу исходных данных для проверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя.

Табл. 3.2. Исходные данные для проверочно-конструктивного расчета пароперегревателя.

Наименование величины	Обозначение	Единица	Величина
Температура газов до пароперегревателя			960
Температура газов за пароперегревателем			592
Температура пара в состоянии насыщения			255
Температура перегретого пара			450
Средний удельный объём пара в пароперегревателе			0,0638
Конвективное тепловосприятие по балансу			4419,34
Средний объём газов в пароперегревателе (при )			7,5583
Объёмная доля водяных паров		-	0,0926
Суммарная объёмная доля трёхатомных газов		-	0,2328
Массовая концентрация золы в газоходе			0,0151

Средний удельный объём пара находится по удельным объёмам пара в состоянии насыщения при давлении в барабане и перегретого пара при его температуре и давлении после пароперегревателя :

Средний удельный объем пара определяем по формуле:

-удельный объем пара в состоянии насыщения при давлении в барабане;

– удельный объем перегретого пара.

3.2.10 Коэффициент теплопередачи определяется для перегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц 3.1 и 3.2 и в соответствии с указаниями в разделе 4 [1].

Средняя температура газов:

При сжигании твёрдых топлив и коридорном расположении труб коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

3.2.11 Коэффициент теплоотдачи

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для конвективных пучков труб определяется по [1, формула (4.5)]:

где

- коэффициент использования, для поперечно омываемых пучков труб принимается

- коэффициент теплоотдачи конвекцией;

- коэффициент теплоотдачи излучением.

Определим среднюю скорость газового потока в пароперегревателе по:

где

- площадь живого сечения для прохода газов,

- расчетный расход топлива,

- объем газов на 1 кг топлива (табл 1.4).

3.2.11.1 Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

где

– коэффициент теплоотдачи конвекцией, определяемый только диаметром труб и скоростью потока;

С_Z – поправка на число рядов труб по ходу газов;

C_S – поправка на компоновку трубного пучка, которую определяют в зависимости от относительных шагов труб;

С_Ф – поправка на изменение физических свойств среды в зависимости от средней температуры потока и объёмной доли водяных паров в дымовых газах;

По средней скорости W, диаметру труб (38 мм) по номограмме 8 [1, стр. 128] находим коэффициент теплоотдачи конвекцией и определяем поправки по номограмме 7 [1, стр. 127] и формулам (4.15в) и (4.14а) [1,стр.91]:

• поправка на число рядов труб по ходу газов или воздуха:

При

• поправка на компоновку трубного пучка, зависящая от относительных шагов труб:

-коэффициент, определяемый в зависимости от относительного поперечного

шага и значения :

Т.о.

При

• поправка на изменение физических свойств среды в зависимости от средней температуры потока и объёмной доли водяных паров в дымовых газах:

при

Тогда коэффициент теплоотдачи конвекцией:

3.2.11.2 Коэффициент теплоотдачи излучением определяется в зависимости от температур потока и стенки (определяем по номограмме 18 [1, стр. 134] ) и степени черноты продуктов горения :

Для определения необходимо знать температуру загрязнённой стенки рассчитываемой поверхности нагрева. При сжигании твердых топлив для конвективных пароперегревателей:

где

, где температура состояния насыщения рабочего тела при давлении в барабане.

Тогда .

Степень черноты потока:

где

- суммарная оптическая толщина продуктов сгорания.

Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков:

- наружный диаметр труб;

- поперечный шаг труб;

- продольный шаг труб;

где

=70 - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами определили по монограмме 2 [1, стр.124];

Определяем по (2.11):

Тогда получим:

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов горения для запылённого потока:

При расчете пароперегревателя на полученную величину необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед пароперегревателем и между отдельными пакетами, которые увеличивают передачу тепла излучением:

где

=1,255м и =2,635м - соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка;

А – коэффициент, при сжигании каменных углей А=0,4 [1, стр.94];

– температура газов в объёме камеры:

Таким образом, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для пароперегревателя:

3.2.12 Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к пару:

Определение средней скорости пара:

где

- средний удельный объём пара;

- паропроизводительность котла;

- площадь живого сечения для прохода пара.

По средней температуре и среднему давлению определяем по номограмме 12 и [1, стр.132]:

Тогда:

В итоге коэффициент теплопередачи:

3.2.13 Определение температурного напора в целом для всего пароперегревателя

Средний температурный напор для сложных схем включения ступеней поверхности нагрева определяем по формуле:

– коэффициент пересчёта от противоточной схемы к более сложной, определяется по номограмме 20 [1, стр.136] (один ход многоходовой среды противоточный, а другой - прямоточный):

P, R - безразмерные параметры:

Находим .

- температурный напор для противотока:

Среднеарифметический температурный напор для противотока:

Средний температурный напор:

Расчётная поверхность пароперегревателя по уравнению теплопередачи:

3.2.14 Невязка между расчётной и исходной поверхностью:

таким образом, необходимо увеличить число петель змеевика на величину , определяемую по формуле:

- наружный диаметр труб;

- число труб в ряду;

- высота газохода в изменяемой ступени пароперегревателя.

Данные изменения в компоновке пароперегревателя изображаем на эскизе и чертеже.