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

ются. Причем можно считать, что суммарная поверхность нагрева ос­ новного и байпасного экономайзеров практически не меняется. Про­ исходит лишь перераспределение тепловосприятия между ними.

Очевидно, оптимальному значению X будет соответствовать мини­ мум годовых расчетных затрат на поверхности нагрева промежуточ­ ного и первичного перегревателей, расположенных в параллельных газоходах. Однако выбор доли газов, проходящих через основной газо­ ход, не может ограничиться только технико-экономическими соображе­ ниями. Необходимо еще обеспечить достаточный диапазон регули-

f

Рис. 5-9

рования промежуточного перегрева при пониженных нагрузках. Как известно, увеличение X при номинальной нагрузке приводит к умень­ шению этого диапазона. Поэтому оптимальное значение X не должно превышать предельной по условиям регулирования промежуточного перегрева величины Хпр. При сжигании забалластированных влажных топлив (например, торфа) величина Хпр ж 0,65, а при сжигании высо­ кокалорийных топлив (например, АШ) она повышается до 0,83.

Как уже было отмечено, наряду с наивыгоднейшим распределением потока газов по параллельным газоходам необходимо определить оп­ тимальную температурную зону размещения промежуточного перегре­ вателя. В данном случае задача сводится к отысканию оптимальной температуры газов перед параллельными газоходами t[ (рис. 5-9). При повышении t\ увеличиваются температурные напоры в пакетах проме­ жуточного перегревателя. Вследствие этого уменьшаются их поверх­ ности нагрева, а также гидро- и аэродинамические сопротивления.

170

Одновременно уменьшается поверхность нагрева выходной ступени первичного пароперегревателя FK, а поверхности нагрева пакетов, расположенных в байпасном газоходе, и связанные с ними энергети­ ческие потери возрастают. Происходит также некоторое перераспре­ деление тепловосприятия между основным и байпасным экономайзе­ рами. Причем суммарные капиталовложения в них можно считать не­ изменными.

Очевидно, оптимальным будет такое значение t[, при котором сум­ марные годовые расчетные затраты на промежуточный и первичный пароперегреватели, дымососную или дутьевую установку и на компен­ сацию мощности, недовыработанной в турбине (из-за гидравлического сопротивления перегревателей), будут минимальными.

В данном случае условие минимума суммарных годовых расчетных затрат можно представить в виде:

0;

(5-59)

где Р ь и P6i — годовые расходы на 1 м2 поверхности нагрева t-ro па­ кета, расположенного соответственно в основном и байпасном газо­ ходе, руб/(м2год); Р к — годовые расходы на 1 м2 поверхности нагрева выходной ступени первичного перегревателя, руб/(м2-год); Ft и F6i— поверхности нагрева t-го пакета, расположенного соответственно в ос­ новном и байпасном газоходе, м2; п и т — номера последних по ходу газов пакетов перегревателей соответственно в основном и байпасном газоходах. Например, для схемы, приведенной на рис. 5-7, п = 3

и т = 2.

Для упрощения конечных зависимостей средний температурный напор в каждой поверхности нагрева] Att определяем по приближенной

где Д^Б£ и Atm — соответственно большой и малый температурные напоры на концах поверхности нагрева,0 С.

Постоянные коэффициенты Лг и Б г в зависимости от соотношения температурных напоров на концах поверхности нагрева AtBi/Aim принимают следующие численные значения:

Ошибка в определении Дtt при этом не превышает 2%.

171

Температуру газов за каждым пакетом основного газохода пред­ ставим следующим образом:

\/Х) fa/C,);

t'i = t'x—(1/X) (q1/C1-!- <?2/С2);

(5-61)

Яг

г'—1 Cl

где qt — тепловосприятие i-и поверхности нагрева, отнесенное к 1 кг топлива, кДж/кг; Сг — средняя теплоемкость массового расхода га­ зов, отнесенная к 1 кг топлива, в г'-й поверхности нагрева, кДж/(кг • °С).

Тогда, исходя из (5-60), средний температурный напор в г'-й поверх­ ности нагрева основного газохода можно представить в виде

«горячем» (по ходу газов) и «холодном» концах г'-й поверхности нагре­ ва, ° С.

Исходя из известного уравнения теплопередачи величину каждой поверхности нагрева основного газохода с учетом зависимости (5-62)

где ki — коэффициент теплопередачи в г'-й поверхности нагрева основ­ ного газохода, кВт/(м2-°С);

c/= i Ci

-Температуру газов за г'-м пакетом байпасного газохода найдем по формуле, аналогичной (5-61):

Здесь и в дальнейшем дополнительный индекс «б» указывает на то, что величина относится к пакету байпасного газохода.

172

Тогда температурный напор в г'-й поверхности нагрева байпасного газохода A t 6i

Взяв первые производные по X из (5-63) и (5-66) и подставив их в (5-59), после некоторых преобразований получим

тие перераспределяется между выходной ступенью первичного перегре­ вателя и его пакетами, расположенными в байпасном газоходе. Вслед­ ствие этого изменяются температуры пара за промежуточным пакетом

нений тепловых балансов конвективных ступеней нагрева первичного перегревателя:

173

где

Ск и Сп к — средние теплоемкости массового расхода газов, отнесен­ ные к 1 кг топлива, соответственно в выходной ступени первичного перегревателя и поворотной камере, кДж/(кг-°С); Ск п — средняя теплоемкость массового расхода пара, отнесенная к 1 кг топлива в вы­ ходной ступени первичного перегревателя, кДж/(кг-°С); б/п — сни­ жение температуры первичного пара из-за впрыска воды в пароохла­ дителе, а также в результате смешения с «холодным» паром из бай­ пасной линии 9 (см. рис. 5-7). Остальные обозначения сохраняют прежний смысл. •

В дальнейшем считаем, что при изменении t[ тепловосприятие пово­ ротной камеры Qn.ii и величина 8tn остаются постоянными.

Исходя из известных уравнений теплопередачи с учетом зависи­ мостей (5-60) и (5-70) представим величину каждой конвективной по­ верхности первичного перегревателя в виде функции от t[:

Взяв первые производные по из (5-63), (5-72), (5-73) и (5-74) и под­ ставив их в (5-59), после несложных преобразований окончательно по­ лучим

174

^62 — (^62 “Ь ^ б г) <702/^62 -

В результате совместного решения уравнений (5-68) и (5-76) полу­ чим оптимальные значения величин Х опт и t\ опт-

Если в качестве дополнительного средства регулирования промежу­ точного перегрева пара применяется рециркуляция газов в топку, то вместо величин Ск, Сг и C0i в (5-64), (5-67), (5-75), (5-76) и (5-77) необ­ ходимо подставить (1 + rp) Ск, (1 + гр) Сг и (1 + rp) Сбг. В остальном методика определения Хопт и t[ 0Пт остается без изменения.

Пример 5-5. Определим оптимальные долю расхода газов через основной

газоход и температуру газов на входе в параллельные газоходы для однокорпус­

ной нагрузкой предусмотрена рециркуляция 20% газов в топку. Компоновка

трачиваемые на преодоление гидравлических сопротивлений 1м2 каждой поверх­ ности нагрева по газовому и паровому трактам (табл. 5-2).

Суммарное гидравлическое сопротивление по газовому тракту байпасного газохода меньше суммарного гидравлического сопротивления основного газохода. Указанный небаланс ликвидируется за счет повышенного сопротивления регу­ лировочных заслонок байпасного газохода. При увеличении сопротивлений по­ верхностей нагрева байпасного газохода должно уменьшаться сопротивление

175

регулировочных заслонок так, чтобы общее гидравлическое сопротивление оста­ валось неизменным и равным суммарному гидравлическому сопротивлению ос­ новного параллельного газохода. Все затраты мощности тяго-дутьевого обору­ дования отнесем на поверхности нагрева основного газохода.

Используя данные § 4-1, в результате расчетов по (5-45) определим годовые расходы на 1 м2 поверхности нагрева (см. табл. 5-2). Далее по (5-64), (5-67), (5-69),

Подставляя теперь приведенные значения величин в (5-68) и (5-76), получаем в численном виде систему из двух уравнений с двумя неизвестными. Решая эту

систему, окончательно получим Хопт = 0,766 и Д 0пт = 942° С.

§ 5-4. РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР УХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Оптимальные температуры уходящих газов нужно выбирать по минимуму годовых расчетных затрат на парогенераторную установку, топливо и дымовую трубу. В данном случае условие минимума можно представить следующим образом;

d t y x

где /Стр — стоимость дымовой трубы в расчете на один парогенератор, руб.; ртр — доля суммарных годовых отчислений от капиталовложе­ ний в дымовую трубу на амортизацию, ремонт и реновацию, 1/год; Р — годовые расходы на 1 м2 каждой поверхности нагрева, включаю­ щие в себя стоимость поверхности нагрева, монтажа и затраты на тяго­ дутьевые машины, питательный насос и замещаемую мощность электро­ станций, руб/(м2-год). Остальные обозначения сохраняют прежний смысл.

Расход топлива, кг/с,

полагаемое тепло топлива, кДж/кг; цк а — к. п. д. парогенератора, %:

Здесь и в дальнейшем условные обозначения соответствуют [26], кроме Сух = IyJtyx — теплоемкости уходящих газов, отнесенной к 1 кг топлива, кДж/(кг ■°С).

177

Взяв частную производную по / ух из (5-80), с учетом (5-81) получим

Стоимость железобетонной дымовой трубы /Стр, руб., найдем по формуле, которая аппроксимирует данные типовых проектов инсти­ тута «Теплопроект»:

(5-84)

где dy — диаметр устья трубы, м; Н — высота трубы, м.

Представим величины dy и Н как функции от температуры уходящих

м3/с; уг и ув — удельные веса соответственно газов и окружающего воздуха, Н/м3 или кгс/м3.

Представим величины V и как функции от температуры уходящих газов:

V = Др V°r (273+ /ух)/273;

(5-86)

Yr — Y° 273/ (273 + /ух),

где У° — объем дымовых газов, приведенный к нормальным условиям, в расчете на 1 кг топлива, м3/кг; — удельный вес дымовых газов при нормальных условиях, Н/м3 (кгс/м3).

Тогда с учетом (5-86) и (5-8), (5-80), (5-81) и (5-83) после несложных преобразований формулу (5-85) можно привести к виду

178

В соответствии с рекомендациями [25] представим высоту трубы Я как функцию от / ух в следующем виде:

где /лтр — коэффициент, учитывающий условия выхода из устья тру­ бы, определяется по [25[; Ан — коэффициент, зависящий от темпера­ турной стратификации атмосферы, определяется по [25]; См — макси­ мальная концентрация S02 на уровне дыхания, мг/м3; tB — темпера­ тура окружающего воздуха;

as= 20«Sp QK.a/Сух;

п — число блоков на электростанции; 5 р — содержание серы в топ­ ливе, %.

Подставляя в (5-84) значения d Y и Я из (5-87) и (5-89), после неслож­ ных преобразований получаем

Для этого предварительно прологарифмируем (5-90), а затем про­ дифференцируем его по tyx'

д (In /Стр) 0,232 bv 0,847 0,116 (Ьу+ 2 m y t + 819 ув Цх)

Изменение поверхностей нагрева рассчитываем с помощью урав­ нений теплового баланса и теплопередачи [26].

Значения коэффициентов теплопередачи определяются по условиям исходного варианта и принимаются независимыми от tyx. Последнее допустимо, так как скорости газов по газоходам парогенератора вы­ бираются оптимальными (см. § 4-1) и сохраняются неизменными. По­ стоянство скоростей обеспечивается за счет изменения проходного се­ чения пропорционально расходу топлива. При этом необходимая по­ верхность нагрева обеспечивается изменением длины труб по глубине газохода. Вызванные этим изменения температуры газов и стенки в об­

179