книги из ГПНТБ / Эпельман Т.Е. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование учеб. пособие

вую — как тепло, отданное газами в воздухоподогревателе. В итоге равенство (14) не изменит своего вида.

Коэффициент полезного действия парогенератора

_ Qt

Разделив все члены уравнения (15) на QH. получим в относитель­ ном выражении

1 = Ппг + Яг + Яз + qt + Яь-

Отдельные потери тепла в современных парогенераторах состав­ ляют:

— от химической неполноты сгорания q3 = 0,005ч-0,010;

— от механической неполноты сгорания при работе на жидком топливе <74 = 0;

— в окружающую среду цъ = 0,005ч-0,015.

Потери тепла с отработавшими газами q2 могут иметь существенно различные значения в зависимости от конструкции и напряжен­ ности парогенератора. Величинами, определяющими потери тепла с отработавшими газами, являются температура газов и коэффициент

стают, так как избыточный воздух, покидая парогенератор с темпе­ ратурой отработавших газов, уносит в атмосферу количество тепла,

+ +

Тогда

Q.2 — Л>. г — Qx. в-

Значения к. п. д., найденные первым или вторым способом, близки, поскольку QT п (}ф по сравнению с Q„ достаточно малы. Большое различие имеет место в случаях, когда применен внешний подогрев воздуха, например в паровом подогревателе. При этом Qp включает теплоту внешнего подогрева воздуха Ql".

При рассмотрении тепловой экономичности ПТУ в функции от к. п. д. отдельных элементов (10) удобнее к. п. д. парогенератора вычислять по отношению к низшей теплоте сгорания топлива, тем более что дополнительные затраты тепла на подогрев топлива, внешний подогрев воздуха и с форсуночным паром учитываются характеристикой тепловой схемы е.

Теплопередача в парогенераторах. Тепло от газов к поверх­ ностям нагрева в парогенераторе передается в результате совокуп­ ного действия теплового излучения и конвекции. Однако в отдель-

40

ных частях поверхности нагрева один из видов передачи тепла является превалирующим. В частности, поверхности трубок, обра­ щенные к топке, воспринимают в основном тепло, излучаемое факе­ лом пламени. В пучках трубок, омываемых газовым потоком, тепло передается преимущественно конвекцией. Внутри трубок к воде, пару или воздуху тепло от стенок передается путем конвекции.

Уравнение, определяющее структурно количество тепла, пере­ данного излучением в топке парогенератора за единицу времени, имеет вид

втопке конвекцией.

Внастоящее время для расчета топок парогенераторов приме­ няют методы, специально разработанные на основании теоретиче­ ских и экспериментальных исследований явлений в топочном объеме.

При расчете топки в качестве одной из исходных величин яв­ ляется теоретическая температура горения, т. е. температура, которую имели бы газы, если бы в топке при отсутствии теплопере­ дачи все внесенное тепло пошло на нагрев продуктов сгорания:

По мере движения газов в газоходах парогенератора и отдачи поверхностям нагрева тепла их энтальпия снижается, достигая величины / 0 . г на выходе из последнего пучка. На входе в первый

41

притопочный пучок, т. е. на выходе из топки, энтальпия газов со­ ставляет (в килоджоулях на килограмм топлива)

Под Qj, подразумевается суммарное количество тепла, воспри­ нятого ограничивающими топку поверхностями нагрева. Величина 1—9 учитывает потерю тепла в окружающую среду в районе топки. Коэффициент 9 выражает потерю в окружающую среду в долях от полезно использованного тепла и, если его принять постоянным для всех участков поверхности нагрева, связан с потерей цъ в долях

от Q„ соотношением

9 = ^ _ .

Теплопередача в конвективных пучках испарительной поверх­ ности нагрева, пароперегревателе, экономайзере и т. д. описывается

i^вых

ВЫ Х ~ ( 2 М в ь , х "

42

Входящие в выражение (18) коэффициенты теплоотдачи аг и а 2 определяются из критериальных уравнений, получаемых в резуль­ тате экспериментальных исследований явлений теплообмена на основе теории подобия. Обычно критериальные уравнения тепло­

в зависимости от характера обтекания поверхности (внешнее обте­ кание пучка трубок, течение внутри трубок) и формы поверхности

ные комплексы, составленные из геометрических параметров и учитывающие, например, относительный шаг трубок вдоль потока и по фронту пучка.

Поскольку при работе парогенератора возможно загрязнение поверхностей нагрева со стороны газов золой и сажей, а со стороны воды — накипью, в выражении (18) это обычно учитывается как

изменение термического сопротивления стенки -j- с помощью коэф­

фициента загрязнения.

Средняя разность температур теплообменивающихся сред в вы­ ражении (17) определяется как среДнелогарифмическая в соответ­

где А 4 — начальная разность температур (на входе греющей среды); AtK — конечная разность температур (на выходе греющей

среды).

43

На величине средней разности температур существенно сказы­ вается взаимное направление потоков греющей и нагреваемой сред, разделенных поверхностью нагрева.

Наиболее характерными являются следующие схемы взаимного движения потоков (рис. 17):

—прямоток — греющая и нагреваемые среды движутся парал­ лельно в одном направлении;

—противоток — теплообменивающиеся среды движутся парал­ лельно в противоположных направлениях;

—перекрестный ток — направления движения жидкостей вза­ имно перпендикулярны;

—смешанный ток — взаимное направление потоков по мере движения изменяется один или несколько раз;

—многократно перекрестный ток — при большом числе ходов приближенно приравниваемый к прямотоку или противотоку.

осуществляется многократно перекрестный ток, формула (20) в за­ висимости от схемы включения записывается следующим образом:

"tr — t

при противотоке

44

Рис. 18. Схемы парогенераторов треугольного типа с естественной циркуляцией.

В экономайзерах и воздухоподогревателях с перекрестным током при числе ходов не более трех средняя разность температур опре­ деляется по формуле

некоторые типичные схемы парогенераторов так называемого тре­ угольного (шатрового) типа с естественной циркуляцией. Для этих парогенераторов характерно наличие двух или более водяных кол­ лекторов, соединенных с пароводяным коллектором пучками трубок.

По общей компоновке парогенераторы треугольного типа могут быть двухпроточными (а, б, в, г) или однопроточными (д). В однопроточных парогенераторах легче повысить скорость потока газов и тем самым увеличить теплоотдачу конвекцией. Двухпроточные парогенераторы в свою очередь бывают симметричными (а) или асим­ метричными (б, в, г). В однопроточных парогенераторах пучок тру­ бок со стороны, противоположной выходу газов, превращается

45

в экранный пучок, воспринимающий тепло в основном за счет лучи­ стого теплообмена.

Пароперегреватель в схемах а, б, в, д — петлевой вертикальный, в схеме г — горизонтальный. Применение пароперегревателя с го­ ризонтальным расположением трубок позволяет разместить паро­ перегреватель внутри конвективного пучка, т. е. ближе к топке, не увеличивая числа водяных коллекторов в отличие от схемы в, однако при этом ухудшаются условия осушения пароперегревателя при выводе парогенератора из действия. Расположение пароперегре­ вателя ближе к топке облегчает получение высокой температуры перегрева пара и делает ее более устойчивой при уменьшении на­ грузки парогенератора.

В настоящее время широкое распространение получили водо­ трубные парогенераторы с топкой, приближающейся к цилиндриче­ ской форме (рис. 19). Такая форма топки является рациональной, так как вследствие хорошего заполнения ее факелом горящего топлива достигается высокая степень использования топочного объема. Кроме того, в этом случае увеличивается лучепоглощающая поверхность нагрева.

На рис. 20 показан поперечный разрез главного парогенератора КВГ-25 (котел водотрубный, главный, номинальная паропроизводительность 25 т/ч) сухогрузных судов типа «Ленинский комсо­ мол».

Экранный пучок 1 состоит из двух подъемных рядов трубок диаметром 44,5/38,5 мм, сведенных в сплошную стенку, и двух опускных рядов из трубок диаметром 57/51 мм, также образующих сплошную стенку. Притопочный пучок 2 состоит из трех рядов тру­ бок диаметром 44,5/38,5 мм и одного ряда трубок диаметром 29/24 мм. Внешний конвективный пучок 6 образован тринадцатью рядами трубок диаметром 29/24 мм, которые все являются подъемными. Опускается вода по двенадцати трубам «обратной воды» диаметром 114/100 мм, соединяющим пароводяной и боковой водяной коллек­ торы. Трубы обратной воды расположены за пределами топки по шесть штук с переднего и заднего фронтов. Трубки трубных пучков

46

крепят к коллекторам посредством вальцовки, трубы обратной воды приварены.

Пароперегреватель 7 петлевого типа, вертикальный, расположен между притопочным и внешним конвективным пучками. Диаметр трубок пароперегревателя 29/24 мм. Экономайзер 5 змеевикового типа выполнен из гладких трубок такого же диаметра.

Воздухоподогреватель 4 трубчатой конструкции. Трубки возду­ хоподогревателя имеют диаметр 38/34 мм. Газы движутся внутри трубок, воздух омывает их снаружи в поперечном направлении и совершает три хода по отсекам, разделенным горизонтальными пере-

городками. Воздух подается вентилятором через патрубок 3 в двой­ ную обшивку парогенератора, где предварительно подогревается, а затем, пройдя воздухоподогреватель, направляется к воздухонаправляющим устройствам форсунок. Воздух в воздухоподогрева­ теле подогревается до температуры 170° С.

Парогенератор снабжен необходимой арматурой: питательными клапанами для подачи воды, главным и вспомогательным клапанами перегретого пара, клапаном насыщенного пара, предохранитель­ ными клапанами, клапанами продувания и др. Контроль за работой парогенератора осуществляется с помощью манометров, термометров и водоуказательных приборов.

Рабочее давление пара в пароводяном коллекторе парогенератора КВГ-25 равно 4,4 МН/м2 (45 кгс/см2 ), температура перегретого пара 470° С, к. п. д. парогенератора 93%.

На рис. 21 представлена конструктивная схема одного из совре­ менных парогенераторов шахтного типа ПТУ с промежуточным перегревом пара. В парогенераторе практически отсутствует кон­ вективная испарительная поверхность. Топка б полностью экрани-

48

рована. Топочные экраны образованы трубками, снабженными про­ дольными ребрами — плавниками, сваренными между собой. Рас­ положение форсунок 5 потолочное. В шахте газохода расположены: первичный пароперегреватель /, вторичный пароперегреватель 2, экономайзер 3, трехходовой (по газу) воздухоподогреватель 4.

Схема парогенератора с принудительной многократной цирку­ ляцией приведена на рис. 22. Парогенератор имеет пароводяной коллектор и ряд трубных пучков, на входе и выходе из которых установлены распределительные и сборные коллекторы небольшого диаметра. Вода из пароводяного коллектора 3 циркуляционным насосом / подается в распределительный коллектор 12, оттуда по­ ступает в трубки лучевоспринимающего пучка 14, переходящего в конвективный пучок 13, а затем выходит в сборный коллектор 10, где перемешивается. Из сборного коллектора 10 вода по перепускной трубе направляется в распределительный коллектор 8, я оттуда во второй конвективный пучок 7. Из пучка 7 пароводяная смесь по­ ступает в сборный коллектор 5, а затем по трубе возвращается в па­

в движении по циркуляционному контуру, а пар отводится в распре­

В описанной конструкции парогенератора вода до полного испарения должна пройти через циркуляционный контур несколько раз, число которых называется кратностью циркуляции.

Парогенераторы с принудительной циркуляцией допускают ши­ рокую свободу компоновки поверхности нагрева, испарительные пучки могут выполняться из трубок меньшего диаметра, что улуч­ шает теплопередачу и уменьшает массу, уменьшается количество коллекторов большого диаметра. Наряду с этим таким парогенера­ торам присущи и серьезные недостатки.

В парогенераторах с многократной принудительной циркуля­ цией одним из главных недостатков является наличие циркуляцион­ ного насоса, производительность которого в несколько раз превы­ шает производительность питательного насоса. Циркуляционный насос перекачивает воду с температурой, близкой к температуре насыщения, что значительно снижает надежность его работы. Боль­ шие трудности вызывает необходимость обеспечения равномерной раздачи воды по трубкам. Для этой цели на входе в каждую трубку из распределительного коллектора ставятся специальные дроссель­ ные шайбы необходимого диаметра, которые легко засоряются, а^это может привести к пережогу трубок.

Прямоточные парогенераторы из-за малого количества воды в них очень чувствительны к изменению нагрузки: кроме того, для них характерно наличие участка с интенсивным отложением накипи