книги из ГПНТБ / Андрющенко А.И. Оптимизация тепловых циклов и процессов ТЭС учеб. пособие

отдачи от стенки к пару, Вт/(м2-°С); е — коэффициент загрязнения, (м2-°С)/Вт.

Коэффициенты а к и е являются функциями скорости газов w. Коэффициент изучения а л тоже зависит от этой скорости, так как с из­ менением w меняется температура наружной поверхности. Однако, как показали конкретные расчеты коридорных пучков труб газома­ зутных парогенераторов, при изменении скорости газов в диапазоне

где Аа — постоянный коэффициент, зависящий от геометрических характеристик трубного пучка и физических параметров газов в пучке. Практически коэффициент Аа можно определить по данным расчета исходного варианта, используя формулу

Здесь и в дальнейшем дополнительным индексом «0» обозначены ве­ личины, относящиеся к исходному варианту. Показатель степени г = 0,60 для шахматных пучков и г = 0,64 для коридорных [26]. Зависимость коэффициента загрязнения е от скорости газов предста­ вим в виде линейной функции:

где т Е, пЕ— постоянные коэффициенты, определяются для принятого диапазона изменения скоростей по [261 с учетом последних рекоменда­ ций Всесоюзного теплотехнического института (ВТИ) и ЦКТИ. Чис­ ленные значения коэффициентов те и пв приведены в табл. 4-1.

Т а б л и ц а 4-1

100

Величины Cd, Сф„ и Де определяются по номограмме XII [26] и до­ полнениям к ней ЦКТИ и ВТИ. Коэффициенты ре и v£ соответственно для шахматных и коридорных пучков приведены в табл. 4-2 и 4-3 [26].

Т а б л и ц а 4-2

Т а б л и ц а 4-3

Каждая конвективная поверхность нагрева парогенератора пред­ ставляет собой ряд параллельно включенных по пару змеевиков. В свою очередь каждый змеевик сварен из труб определенной стандарт­ ной длины /с. При изменении поверхности нагрева пропорционально ей изменяется и число сварных стыков zC) т. е. в данном случае справед­ ливо равенство

Число же мест присоединений змеевиков к камерам (приварок) остается неизменным. Увеличение числа стыков приводит к снижению надежности работы парогенератора. По данным ЦКТИ, при числе аварийных остановов крупных парогенераторов (0,2 на 1 тыс. ч. работы) и коэффициенте аварийности 0,075 -н 0,080 для обеспечения надежности на каждый 1 ма поверхности нагрева необходимо затра­ чивать 10,0-f-10,5 руб./год. При этом в зависимости от стоимости по­ верхности нагрева величина = 0,06-4- 0,22.

Мощность тяго-дутьевой установки, расходуемая на преодоление сопротивления данной поверхности нагрева,

101

где Кд— секундный расход газов через дымосос или воздуха через вен­ тилятор (при работе под наддувом), м3/с; г|д — к. и. д. тяго-дутьевой установки; Ah — сопротивление данной поверхности нагрева, Па.

Сопротивление Ah в соответствии с рекомендациями [22] опреде­ ляется по формуле

пени, зависящий от геометрической характеристики трубного пучка:

Sx, S 2 — соответственно поперечный и продольный шаг труб в пучке; d — наружный диаметр труб, м.

Коэффициент Uh не завист от скорости газов, его практически мож­ но определить по данным расчетов исходного варианта, используя формулу

Uh— Ah0l(z2о w$+p).

Число рядов труб по глубине пучка представим в зависимости от ско­

Мощность питательного насоса с электроприводом, затрачиваемая на преодоление гидравлических сопротивлений по паровому тракту рассматриваемой поверхности нагрева,

ного сопротивления соответственно поворотов, входа и выхода из зме­ евика; у — число поворотов.

102

При значительной длине змеевика основное гидравлическое сопро­ тивление — сопротивление трения, поэтому в качестве расчетной фор­ мулы для Ар можно взять формулу для расчета сопротивления трения, а местные потери учесть соответствующим увеличением коэффициента трения. Такое упрощение можно сделать еще и потому, что основная доля местных потерь приходится на сопротивление поворотов, число которых при заданном сечении газохода примерно пропорционально длине змеевика. Таким образом, можно записать

где аАр — коэффициент, практически не зависящий от скорости газов и определяемый по данным исходного варианта:

где г3 — заходность змеевиков; гр = 2 — коэффициент для шахматных

В блочных установках с турбоприводом питательного насоса воз­ растание гидравлических сопротивлений по паровому тракту вызы­ вает увеличение отбора пара на турбопривод, а следовательно, и повы­ шение потерь мощности главной турбины. Потери мощности главной турбины увеличиваются также при возрастании гидравлических сопро­ тивлений по паровым трактам промежуточных перегревателей.

Мощность турбины, теряемую вследствие гидравлических сопро­ тивлений рассматриваемой поверхности нагрева, найдем по формуле, аналогичной (4-22), а именно:

Коэффициент MF, входящий в выражение для R, представляет ) собой мощность турбины, затрачиваемую на преодоление 1 Па гидрав­ лического сопротивления поверхности нагрева. Методика определе­ ния величины MF приводится в следующем параграфе. Расчеты паро­ генераторов для блоков мощностью 1200 МВт с начальными парамет­ рами пара рпе = 25 МПа = 255 кгс/см2; /пе = 565/570/555° Сдают для основного пароводяного тракта MF = (65-^70)-10-5 кВт/Па, для

103

первого промежуточного перегревателя MF — (14404-1520)- 10_5кВт/Па;

где коэффициенты bw и fw введены для сокращения обозначений:

L = PR/(Pf + R uPu) ИЛИ fw = Pj(PF + RPN).

Так как величина bw сама зависит от скорости газов, ее предвари­ тельно выбирают с последующим уточнением, используя данные ис­ ходного варианта.

Если в парогенераторе применяется рециркуляция газов, то гид­ равлические сопротивления по газовому тракту поверхностей нагрева, располагаемых до места отбора рециркулирующих газов, преодоле­ ваются за счет работы как основных тяго-дутьевых машин (дымососов или дутьевых вентиляторов при работе под наддувом), так и рецирку­ ляционных дымососов. В этом случае к произведению fwBN необходи­ мо прибавить произведение величин /РБР, где

£ Р = Wh (Si — d) Vp• 10_3]/(ttdr|p V),

fp = Ppf(PF + RaPa) или fp = /y (/V + RPn),

где Pp — годовые расходы на 1 кВт мощности рециркуляционного дымососа, руб./(кВт-год); Vv — секундный расход газов через ре­ циркуляционный дымосос, м3/с; г)р — к. п. д. рециркуляционного ды­ мососа. •

В соответствии с этим (4-26) примет вид

В современных парогенераторах шахматные пучки труб наиболее распространены. Все конвективные поверхности нагрева, находящие­ ся в зоне температур газов не выше 8504-900 °С, имеют, как правило, шахматное расположение труб.

Применительно к шахматным пучкам (4-26) после подстановки коэффициента bw принимает вид

Для ориентировочных расчетов зависимость (4-27) номографиро" вана (рис. 4-1). Порядок расчета по номограмме следующий. Для

104

принятых из табл. 4-1 значений т Е и не и вычисленного по (4-8') коэффициента Аа по основному полю номограммы отыскивается ве­ личина ш0. Затем соответственно значениям а л и f wBN по вспомогатель­ ным графикам находятся поправочные коэффициенты Сх и С2 и опре­

Найденное по (4-26) или (4-27) экономически наивыгоднейшее зна­ чение скорости газов цуопт не всегда можно реализовать. Если woaT получается ниже допустимой по условиям эолового заноса шпр, то следует принимать wonT = wnp [26 и 27]. Вместе с тем при высоких значениях wonT появляется опасность интенсивного золового износа

поверхности нагрева. Тогда необходимо либо увеличить толщину стен­ ки труб, а следовательно, и капитальные вложения в поверхность нагрева, либо ограничить скорость газов предельной величиной.

В первом случае годовые расходы на 1 м2 поверхности нагрева необ­ ходимо выразить в функции w, используя известные формулы для ско­ рости золового износа. Это приведет к некоторому изменению вида конечных формул (4-26) и (4-27) за счет добавления новых членов. Однако наибольшей опасности золового износа подвержена поверх­ ность нагрева, располагаемая в верхней части конвективного газо­ хода непосредственно за поворотной камерой. В современных пароге­ нераторах такой поверхностью, как правило, является выходная сту­ пень основного пароперегревателя, изготовленная из труб диаметром 32-^42 мм и толщиной 6-f-9 мм. В этих условиях дальнейшее увели­ чение толщины стенок труб становится невозможным по условиям изготовления, ибо величина |3 — d/dB достигает предельного по тех­ нологическим соображениям значения р = 1,8. Поэтому в данном

105

случае целесообразно ограничить оптимальную скорость газов верх­ ним (по условиям золового износа) пределом.

В газомазутных парогенераторах реализация экономически наи­ выгоднейших скоростей газов не встречает практических затруднений. В соответствии с рекомендациями нового нормативного метода расче­ та парогенераторов коэффициент теплопередачи при работе парогене­ ратора на газе и мазуте определяется как

где ф — коэффициент использования поверхности нагрева.

Кроме того, этим методом уточнена величина г для коридорных пучков труб (г — 0,65).

Использование (4-28) взамен (4-7) существенных изменений в ме­ тодику расчета ш0пт не вносит. Формула (4-26) остается без изменения, разница состоит лишь в способе определения величины bw. В данном случае

Формула (4-26) остается справедливой и для поверхностей нагре­ ва, изготовленных из труб с продольными или поперечными ребрами. Однако в отличие от гладкотрубных поверхностей нагрева несколько иначе определяются коэффициенты Бы и bw. Покажем это на примере водяного экономайзера, изготовленного из труб с продольными ребра­ ми (плавниками).

В соответствии с результатами исследований Киевского политех­ нического института (КПП) по теплопередаче и аэродинамическому сопротивлению шахматных пучков плавниковых труб можно пред­ ставить величину Бы в следующем виде:

и б2 — толщина соответственно вершины и основания плавника, м; h — высота плавника, м.

В связи с тем что экономайзер располагается в зоне невысоких температур газов, коэфффициент теплоотдачи излучением а л невелик (по сравнению с а к), а оба они пренебрежимо малы (по сравнению с ко­ эффициентом теплоотдачи от стенки к воде а 2), выражение для bw существенно упрощается:

106

экономайзера, невелики и при определении экономически наивыгод­ нейшей скорости Газов могут не учитываться. Поэтому в данном случае выражение для f w приводится к виду

fw = Рд/Pf-

Если подставим численные значения b w и р в (4-26), то окончатель но получим выражение для определения экономически наивыгодней

(4-32)

Результаты расчетов по (4-32) применительно к различным поверх­ ностям нагрева парогенератора для блока 1200 МВт представлены на рис. 4-2: кривые /, 2 — соответственно для входной и выходной частей второго промежуточного перегревателя; 3 — для входной части первого промежуточного перегревателя; 4 — для водяного экономай­ зера. Они показывают, что отклонение скорости газов от оптимального значения на Щ(20-у25)% приводит к возрастанию суммарных расчет­ ных затрат не более чем на 2%. Следовательно, проектные значения скоростей газов можно выбирать в довольно широких пределах.

Рассмотрим некоторые примеры использования приведенной мето­ дики расчета оптимальных скоростей газов.

Пример 4-1. Расчет оптимальной скорости газов в выходном пакете промежу­ точного пароперегревателя двухкорпусного парогенератора типа ТПП-211 про­ изводительностью D —- 263,9 кг/с = 950 т/ч, предназначенного для работы на

107

= 1,22. В результате в каждом корпусе парогенератора располагается по 154 трехзаходных змеевика.

Используя данные теплового, аэро-и гидродинамического расчетов исход­ ного варианта, по приведенным выше формулам находим следующие величины:

производительностью D = 263,9 кг/с = 950 т/ч, предназначенного для работы на природном газе и мазуте под наддувом. При работе на мазуте предусмотрена рециркуляция газов в нижнюю часть топки. Доля рециркулирующих газов на номинальной нагрузке составляет 0,2. Поверхность нагрева выходного пакета

грева Р р и на 1 кВт дополнительной мощности вентиляторов Р д и питательного

ляя в (4-26') указанные величины, определяем оптимальное значение скорости газов ш>опт — 35,6 м/с.

Таким образом, в результате получена сравнительно большая оптимальная скорость газов. Объясняется это высокой стоимостью поверхности нагрева, ко­ ридорным расположением труб, применением наддува, а также учетом фактора надежности.

Унификация сечений газоходов. Приведенная методика позволяет определять оптимальную скорость газов в каждой отдельной поверх­ ности нагрева. Для обеспечения такой скорости требуется свое оп­ тимальное сечение газохода, в котором расположена данная поверх­ ность нагрева. В результате сечение газоходов получается перемен­ ным.

Однако во многих практических случаях сечение газоходов необ­ ходимо сохранять неизменным. Последнее наиболее актуально для

108

парогенераторов с газоплотными ограждающими стенками, выполнен­ ными в виде сплошных экранных поверхностей нагрева с наложенной на них снаружи изоляцией. В данном случае, исходя из минимума суммы годовых расчетных затрат 3 на группу поверхностей нагрева (например, расположенных в опускной шахте), тяго-дутьевое оборудо­ вание, питательный насос и замещаемую КЭС, необходимо определить

оптимальное единое сечение газоходов /г'1Т. Последнее при заданных геометрических характеристиках каждого пакета (шагах и диаметрах труб) однозначно определит величину оптимальной скорости газов в нем.

Независимо от того, как расположены трубы в газоходе (перпенди­ кулярно или параллельно фронту парогенератора), между скоростью газов в г-м пакете wt и свободным сечением газоходов /г (незагроможденным трубами) существует следующая зависимость:

Взяв частные производные по wt из (4-10), (4-15), (4-22) или (4-24) и по/Г—из (4-35) и подставив полученные значения dFi/dWi, dN^ldwi, dNni/dWi или dNi/dWi и dwt/dfr в (4-36), после некоторых преобразо­ ваний окончательно получим

Здесь величина Ht введена для сокращения обозначений, ее можно найти из выражений:

109