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

ласти вероятных изменений /ух, как показали расчеты, практического влияния на коэффициенты теплопередачи не оказывают.

При условии сохранения постоянными температуры газов на выходе из топки t" (кривые 1 и 2 на рис. 5-10) и температуры горячего воздуха /г.в изменение величины лучевоспринимающей поверхности нагрева

ta

топки Fn оказывается пропорциональным расходу топлива. Следова­ тельно, используя (5-4) и (5-82), можно записать

СГд

(5-93)

O&t — /ух)2

где

Характерной особенностью поверхностей нагрева, расположенных в диапазоне температур (/" -у- t'3K), является то, что их тепловосприятие не зависит от / ух и остается постоянным. Кривые на рис. 5-10 показывают закономерность изменения температур газов в зависимости от t yx в этих поверхностях нагрева. В указанном интервале температур обычно располагаются фестон или отводящие трубы заднего экрана; ширмовые, настенные и конвективные ступени нагрева первичного и вторичных пароперегревателей, а также выносная переходная зона.

180

Присвоим каждой поверхности нагрева, размещенной между тем­ пературами t'r и /‘эк, свой номер в зависимости от места расположения по ходу газов. В общем случае последняя поверхность нагрева будет иметь п-й номер. Тогда можно составить систему следующих балансо­ вых уравнений:

=Cn ( T /U i- Q .

где Qj — тепловосприятие г-й поверхности нагрева, кВт; Ct — сред­

где — постоянный для каждой поверхности нагрева коэффициент:

Если г-я поверхность нагрева располагается в одном из параллель­ ных газоходов, то выражение для ц* необходимо поделить на долю рас­ хода газов через данный газоход.

Дифференцируя по Тух выражение для г-й поверхности нагрева (4-6), после некоторых преобразований получаем

кг/с; Cpi — средняя теплоемкость обогреваемой среды в г-й поверх­ ности нагрева, кДж/(кг • °С); kt — коэффициент теплопередачи в г-й поверхности нагрева, кВт/(м2 • ° С); С* и Cni — средние теплоемкости

181

массовых расходов газов и обогреваемой среды (водяные эквиваленты), отнесенные к 1 кг топлива, в i-й поверхности нагрева, кДж/(кг • ° С).

В знаменателе (5-99) знак плюс ставится в случае прямотока и знак минус — в случае противотока.

Величины ■Of и ■07 для прямотока:

С повышением температуры уходящих газов наиболее сильно умень­ шается поверхность нагрева водяного экономайзера, что объясняется одновременным действием двух факторов —увеличением среднего тем­ пературного напора и уменьшением тепловосприятия. Первое проис­ ходит главным образом за счет возрастания средней температуры газов в экономайзере, а второе—за счет перераспределения тепловой нагруз­ ки между экономайзером и лучевоспринимающими поверхностями на­

зуя уравнения тепловых балансов воздухоподогревателя (5-5) и эконо­ майзера (5-6) и равенство (5-96). В результате получим

Дифференцируя по t yx выражение для поверхности нагрева эконо­ майзера (5-3) с учетом (5-5), (5-96) и (5-102), после некоторых преобра­

182

г д е

я

Изменение поверхности нагрева воздухоподогревателя определяет­ ся противоположным действием двух факторов. С одной стороны, по­ вышение температуры уходящих газов вызывает рост среднего темпе­ ратурного напора в воздухоподогревателе (см. рис. 5-10) и соответстствующее уменьшение его поверхности нагрева. Сдругой стороны, с по­ вышением / ух возрастает расход топлива, а следовательно, и воздуха, проходящего через воздухоподогреватель, что несколько увеличивает его поверхность. Однако в целом последняя уменьшается, так как пер­ вый фактор оказывает более сильное влияние.

Величину производной поверхности нагрева воздухоподогревателя по / ух найдем из (5-2) с учетом (5-5) и (5-82); после несложных преоб­ разований получим

183

Подставляя значения производных из (5-82), (5-91), (5-92), (5-93), (5-98), (5-103) и (5-105) в (5-78), окончательно получаем

Решая (5-107) относительно tyx, можно определить оптимальное

значение температуры уходящих газов tyXTв парогенераторах с после­ довательным размещением поверхностей нагрева.

При разделении потока газов по параллельным газоходам (напри­ мер, по схеме, представленной на рис. 5-7) методика расчета опти­ мальной температуры уходящих газов существенно не изменится. Необходимо только в левую часть уравнения (5-107) добавить выраже­ ние, учитывающее изменение годовых расчетных затрат на поверх­ ности нагрева байпасного газохода, а именно:

184

185

к перераспределению тепловосприятия между основным 2 и предвключенным 3 воздухоподогревателями, а также, между экономайзером 1 и радиационными поверхностями нагрева.

Используя уравнение теплового баланса основного воздухоподо­ гревателя (5-5) и равенство (5-96), представим зависимость температуры воздуха на входе в основной воздухоподогреватель £в-п от температуры уходящих газов в следующем виде:

(5-110)

Здесь и в дальнейшем дополнительным индексом «2» обозначены ве­ личины, относящиеся к основному воздухоподогревателю, а индексом «1»—к предвключенному. Разделение потоков газов и воздуха по при­ веденной на рис. 5-11 схеме имеет целью выравнять значения их полных теплоемкостей (водяных эквивалентов), поэтому поверхности нагрева основного и предвключенного воздухоподогревателей можно рассчиты­ вать по среднеарифметическому температурному напору.

Производная поверхности нагрева основного воздухоподогревателя определяется по (5-2) с учетом (5-82), (5-96) и (5-110). После несложных преобразований получаем

9Fв1X2 dtyx

где

(5-112)

п

пвп2 —О — 2ССг2/Св2)+ (1+ Х С г2/Св2) 21 Н-о

186

Используя уравнение теплового баланса предвключенного воздухо­ подогревателя (5-5) и равенство (5-110), находим зависимость темпе­ ратуры газов за экономайзером t3K” от температуры уходящих газов:

Производная поверхности нагрева предвключенного воздухоподо­ гревателя найдется из (5-18) с учетом (5-82), (5-110) и (5-113):

dtу х

(1 — г) — доля воздуха, проходящего через предвключенный воздухо­ подогреватель.

Температуру воды на выходе из экономайзера ^вод найдем, исполь­ зуя уравнение теплового баланса экономайзера (5-6) и равенства

(5-82), (5-96) и (5-113). В результате получим

187

О п. в — расход воды через экономайзер, кг/с; Сэк — средняя тепло­ емкость массового расхода газов в экономайзере в расчете на 1 кг топ­

лива, кДж/(кг • ° С); СрК— средняя теплоемкость питательной воды в экономайзере, кДж/(кг • ° С).

Для упрощения конечных зависимостей средний температурный напор в экономайзере определяем по приближенной формуле

Л Др ;= A t + B t (5-117)

где А/б и Д^м — соответственно большой и малый температурные на­ поры на концах поверхности нагрева; A t n B t — постоянные коэффи­ циенты, зависящие от соотношения температурных напоров на концах

при этом не превышает 2% по сравнению со среднелогарифмической величиной.

Производную поверхности нагрева экономайзера по tyx находим

188

Решая уравнение (5-107) или (5-120) относительно £ух, можно оп­

ределить оптимальное значение температуры уходящих газов ^уХп в па­ рогенераторах с последовательным или параллельным размещением

согласно действующим прейскурантам, число часов работы блока тэ = = 6000 ч/год, стоимость топлива варьировалась от 5 до 15 руб./т. у. т. Температура питательной воды изменялась в диапазоне 240 — 280° С. Остальные исходные данные приведены в табл. 5-3. Окончательные ре­

зультаты определения по (5-107) представлены на рис. 5-12. Из рисунка видно, что при повышенных стоимостях топлива относительное

приращение оптимальной температуры уходящих газов Д^ухТ/,Л^п. в пренебрежимо мало и для исследуемого диапазона температур пита­ тельной воды при ЦТ = 15 руб./т. у. т. составляет — 0,025. При по­

нижении стоимости топлива до 5 руб/т. у. т. величина A t ^ l A t ^ в по-

189