Тепловой расчет парогенераторов

Для регенеративного воздухоподогревателя площади для

где Dвн – внутренний диаметр ротора, м;

xi = xг (при определении сечения для прохода газов) и xi = xв

(при определении сечения для прохода воздуха) – часть общего сечения РВП, омываемая газами или воздухом;

kр , kл – коэффициенты, соответственно учитывающие

загромождение ротора ступицей и перегородками и листами (табл. 5.12, рис. 5.22);

ZРВП – число РВП на парогенератор.

DВН, м

Рис. 5.22. Зависимость Kр от диаметра ротора РВП

Число РВП при проектировании нового парогенератора принимают равным двум при D < 90 кг/с; трем-четырем при 117 < D < 180 кг/с; и четырем при D > 180 кг/с.

Значения скорости продуктов сгорания в газоходах парогенератора ограничиваются абразивным износом поверхностей нагрева золой. Подробные рекомендации по выбору допустимых скоростей по газам приводятся в [1], а для ряда топлив – табл. 5.13.

Для неопасных с точки зрения золового износа поверхностей топлив рекомендации по выбору Wг представлены в табл. 5.14.

Таблица 5.13

Предельно допустимые по условиям абразивного износа скорости газов Wг, м/с, на входе в первый пакет конвективной шахты на номинальной нагрузке парогенератора

Рекомендуемые скорости газов Wг в отсутствие абразивного износа в конвективных поверхностях нагрева и скорости газов и воздуха Wв в воздухоподогревателях (нагрузка номинальная)

поверхностях нагрева пароводяных трактов парогенератора приведены в табл. 5.15. Связь между проходным сечением по

Примечание. Меньшее значение − для газообразного топлива и парогенераторов типа Е.

Превышение указанных значений pw ведет к избыточному гидравлическому сопротивлению, а занижение создает опасность

пережога труб вследствие недостаточного отвода от них теплоты. В экономайзерах нижний предел pw определяется условиями

отсутствия внутренней коррозии.

При конструкторском расчете значения Wг и pw задаются

(см. табл. 5.13–5.15). Искомыми в этом случае являются площади для прохода продуктов сгорания и рабочей среды. Принимая диаметр

труб dxδ и шаги S1 и S2 [2], находят число параллельно включенных труб Zпар, число труб в ряду z1 и число труб в ряду по ходу газовz2.

Площадь поверхности нагрева F, м2, определяется для гладкотрубной змеевиковой поверхности нагрева:

z2

F = πd ∑li z1i , (5.31)

i=1

где li – длина труб в i-м по ходу газов ряду, принимаемая равной

соответствующему размеру газохода;

z1i – число труб в i-м ряду.

Для мембранной цельносварной конвективной поверхности нагрева

где δпр , 2bпр – соответственно толщина и ширина металлической

полосы, ввариваемой между трубами.

Для поперечно оребренной поверхности нагрева с квадратными ребрами

где lор,lно – соответственно оребренная и неоребренная часть

трубы в пределах ряда труб, м;

Z∑ = z1z2 – произведение числа труб в ряду на число рядов

труб.

Для поверхности нагрева с круглыми ребрами или спиральноленточным оребрением

воздухоподогревателя.

Поверхность нагрева регенеративного воздухоподогревателя

где h − высота набивки, м; С – удельная площадь поверхности 1 м3 набивки ротора, м2/м3 (см. табл. 5.12).

При выполнении поверочного расчета может оказаться, что имеющаяся площадь поверхности нагрева пароперегревателя не обеспечивает нужной температуры перегрева. В этом случае поверхность пароперегревателя должна быть увеличена (уменьшена) изменением числа петель ступени (ступеней) пароперегревателя или изменением числа ступеней при сохранении ∆iступ = 45...80 кДж/кг.

Параметры теплоносителей должны находиться в пределах,

рекомендованных табл. 1.34 [3], а температура стенки труб должна быть не выше допустимого значения: tст <[tст].

В воздухоподогревателях во избежание низкотемпературной коррозии температура стенки должна быть выше допускаемой по

условиям коррозии tст > tст min [1].

5.5. Расчет температурного напора в поверхностях нагрева

Температурный напор ∆t, т.е. усредненная по всей поверхности нагрева разность температур греющей и обогреваемой сред, зависит от их взаимного направления движения. Если температура одной, из сред в пределах поверхности нагрева не изменяется, то такой зависимости нет.

Дальнейшие рекомендации относятся к случаю сравнительно небольшого изменения водяного эквивалента* каждой из теплообменивающихся сред в пределах поверхности нагрева. Это условие может не выполняться в начальных ступенях перегревателей сверхвысокого давления (свыше 15 МПа), в перегревателях с высокой начальной влажностью пара, переходных зонах и «кипящих» экономайзерах, где водяной эквивалент изменяется за счет изменения агрегатного состояния или теплоемкости обогреваемой среды.

Схема включения, при которой обе среды на всем пути движутся параллельно навстречу друг другу, называется противоточной, а в одну сторону – прямоточной. Температурный напор для обеих схем, а также при постоянной температуре одной из сред определяется как среднелогарифмическая разность температур:

где ∆tб – разность температур сред на том конце поверхности

нагрева, где она больше, К;

∆tм – разность температур на другом конце поверхности, К.

* Произведение расхода среды на теплоемкость

В тех случаях когда ∆tб / ∆tм ≤ 1,7, температурный напор можно

с достаточной точностью определять как среднеарифметическую разность температур:

где ϑ, t – средние температуры обеих сред.

Наибольший возможный температурный напор достигается при противотоке, наименьший − при прямотоке, при прочих схемах включения получаются промежуточные значения. Поэтому если

выполняется условие ∆tпрм ≥ 0,92∆tпрт (∆tпрм и ∆tпрт − температурные напоры для случаев прямо- и противотока), то температурный напор для любой сложной схемы включения может быть приближенно оценен по зависимости

Исключение составляют схемы с двух- и более ходовым перекрестным током при общем прямоточном взаимном направлении потоков, у которых температурный напор может быть ниже, чем при чистом прямотоке, из-за того, что на отдельных участках температура обогреваемой среды может быть выше, чем греющей. Для этих схем пользоваться формулой (5.39) не рекомендуется.

Различают схемы с параллельным и перекрестным токами теплообменивающихся сред.

Температурный напор для этих схем определяется по формуле

где ψ – коэффициент пересчета от противоточной схемы к более сложной, определяемый по соответствующим номограммам.

Схемы с параллельным током подразделяются на схемы с последовательно и параллельно смешанными токами.

В схемах с последовательно смешанным током поверхность нагрева состоит из двух участков, включенных последовательно по обеим средам; при переходе из одного участка в другой изменяется взаимное движение обеих сред. По этим схемам с разными сочетаниями участков могут выполняться перегреватели и экономайзеры.

Коэффициент ψ определяется по номограмме (рис. 5.23).

Предварительно вычисляются безразмерные определяющие параметры:

где Н, Нпрм – поверхности нагрева −полная и прямоточного участка, м2; τ1, τ2 – полные перепады температур, К: для схем I и II τ1 =

ϑ' −ϑ" , τ2 = t" −t' ; для схемы III τ1 = t" −t' , τ2 = ϑ' −ϑ" .

Обозначения температур даны на схемах (рис. 5.23а). Номограмму (рис. 5.23) нельзя применять для расчета поверхностей

нагрева, включенных по схемам последовательно смешанного тока, отличным от указанных на ней. Кривые, приведенные на номограмме, нельзя экстраполировать: при значениях определяющих параметров, выходящих за пределы номограммы, а также при отличающихся схемах последовательно смешанного тока расчет температурного напора ведется отдельно для противоточного и прямоточного участков.