Тепловой расчет парогенераторов

постоянным. Задаваясь значением промежуточной температуры одной из сред, следует определить из уравнения теплового баланса соответствующую ей температуру второй среды и по ней рассчитать температурные напоры на участках. Правильность подбора промежуточных температур проверяется выполнением условия

где Q1, Q2 − тепловосприятия участков на 1 кг (1 м3) одной из сред, кДж/кг (кДж/м3). Если участок воспринимает тепло излучения из топки, то в формулу (5.51) подставляется величина Q без учета этого излучения;

H, ∆t − соответственно поверхность нагрева, м2, и температурный напор, К, каждого участка.

Усредненный для всей поверхности нагрева температурный

Вслучаях значительных изменений теплоемкости одной из сред,

атакже изменения агрегатного состояния среды в пределах рассчитываемой поверхности нагрева (от нагрева к испарению и от испарения к перегреву) непосредственное определение температурного напора для всей поверхности нагрева по конечным температурам приводит к значительной погрешности. Общим в этом случае является расчет температурных напоров для отдельных участков, на которых суммарная теплоемкость принимается постоянной, с последующим усреднением этих напоров по формуле

где Q − тепловосприятия участков на 1 кг (1 м3) одной из сред, кДж/кг (кДж/м3);

∆t − температурные напоры на участках, К.

В некоторых случаях при переменной теплоемкости одной из сред можно пользоваться упрощенными способами ручного расчета температурного напора.

Для «кипящих» экономайзеров, включенных по противотоку,

при паросодержании среды на выходе х ≤ 30 % достаточная точность определения температурного напора получается при подстановке вместо конечной температуры воды условной:

где ts – температура кипения, оС;

парообразования, кДж/кг;

h" – энтальпия среды на выходе из экономайзера, кДж/кг;

hs" – энтальпия кипящей воды при давлении в барабане, кДж/кг.

Применимость такого способа расчета ограничена наименьшими значениями разности температур газов и воды на «холодном» конце экономайзера или отдельно рассчитываемой его ступени при заданных температурах воды на входе в экономайзер и давлении в

парогенераторе. При разности температур ∆tм – меньшей, чем в табл. 5.16, расчет температурного напора следует вести по участкам.

Таблица 5.16

Наименьшая разность температур ∆tм , °с

Температура воды на входе в экономайзер t' , оС

Перегреватели или отдельные их ступени с высокой начальной влажностью пара (после пароохладителя) можно рассчитывать без учета начальной влажности пара при условии

где (1–х) – влажность поступающего в перегреватель пара; r – теплота испарения, кДж/кг.

hпе, hs – энтальпии перегретого и влажного пара, кДж/кг.

Если температурный напор первой ступени перегревателя рассчитывается отдельно, выполнение условия (5.55) следует проверять для этой ступени.

При несоблюдении условия (5.55) температурные напоры участков испарения и перегрева рассчитываются раздельно и усредняются по формуле (5.53).

Если условие (5.55) не выполняется в перегревателях, включенных по схеме последовательно смешанного тока, расчет по участкам производится следующим образом.

Часть прямоточной поверхности на участке перегрева приближенно определяется по выражению

где Н – поверхность нагрева всего перегревателя, м2.

Далее по конечным температурам газов и пара для участка перегрева определяют параметры Р, R и температурный напор при

противотоке. По номограмме (см. рис. 5.23) находят коэффициент ψ и температурный напор для участка перегрева.

Если параметры Р и R для участка перегрева выходят за пределы кривых номограммы (см. рис. 5.23) расчет температурного напора ведется раздельно для обоих ходов по промежуточным температурам газов и пара. После выбора промежуточных температур рассчитывают усредненный температурный напор для первого (по пару) хода перегревателя по формуле (5.52) и проверяют правильность выбора температур между ходами по формуле (5.51).

Усреднение температурных напоров для участков перегрева и испарения производится по формуле (5.53).

Расчет температурного напора в перегревателе с высокой начальной влажностью пара, включенном по схеме параллельно смешанного тока, производится аналогично. Условно принимается, что газоход разделен между ходами продольной перегородкой и отношение расходов газов по частям газохода равно отношению поверхностей нагрева соответствующих ходов. Коэффициенты теплопередачи для различных ходов принимаются одинаковыми. Задаются температурой пара между ходами. По ней и известным температурам пара на входе и выходе из перегревателя, а также по температуре газов перед поверхностью из уравнения баланса определяется температура газов за каждым ходом.

После этого проверяется по уравнению (5.51) правильность принятого значения промежуточной температуры пара. Температурный напор для хода, состоящего из испарительной и перегревательной частей, рассчитывается по формуле (5.53).

ГЛАВА 6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОГЕНЕРАТОРА

6.1. Расчет радиационного пароперегревателя

На рис. 6.1 и 6.2 приведены наиболее распространенные принципиальные схемы пароперегревателей.

На схеме (рис. 6.1, а) радиационный, ширмовый и конвективные перегреватели размещены последовательно (по схеме прямотока) как по пару, так и по газам. Строгая последовательность нарушается только в выходной «горячей» части, которая размещается непосредственно за ширмами, т.е. в зоне более

нагретых газов, чем это следует в схеме прямотока. Внутри каждой из конвективных поверхностей движение пара по отношению к газовому потоку может происходить по схеме смешанного тока.

В «холодных» конвективных пакетах используется противоточная схема движения, в вертикальных ширмах (рис. 6.1, а, б) – прямоточное движение потока пара и газов.

Схема (рис. 6.1, б) отличается от предыдущей последовательностью включения по пару первого конвективного и ширмового перегревателей, что определяется использованием для конвективного пакета углеродистой стали 20.

Схема (рис. 6.1, в) не имеет «холодного» конвективного пакета, который заменен вторым ширмовым перегревателем. Ширмовые перегреватели включены по смешанной схеме движения. Радиационный перегреватель состоит из двух частей: настенной (в виде панели на фронтовой стене) и потолочной.

Во всех перечисленных схемах регулирование температуры перегрева осуществляется с помощью впрысков собственного конденсата.

На схемах (рис. 6.1, г и д) изображены пароперегревательные тракты прямоточных парогенераторов мощностью 200 МВт типа ПК-47-5 и 300 МВт типа ПК-41. Особенностью этих агрегатов является наличие промежуточного перегрева пара и использование для регулирования температуры пара среднего давления паропаровых теплообменников, связывающих между собой тракты первичного и вторичного перегрева пара. Для регулирования первичного перегрева пара используются впрыски питательной воды. Впрыск 1 на схеме (рис. 6.1, г) нужен в период растопки или останова агрегата, а также при резко переменной нагрузке. На схеме (рис. 6.1, д) имеются горизонтальные дренируемые ширмы.

Рис. 6.1. Принципиальные схемы пароперегревателей:

РП – радиационный пароперегреватель; ШП – ширмовый; КП – конвективный: ВПР – впрыскивающее устройство; ПЗ – переходная зона; НРЧ – нижняя радиационная часть; СРЧ – средняя радиационная часть; ВРЧ – верхняя радиационная

часть; ППТО – паропаровой теплообменник; ПП – промпароперегреватель

Рис. 6.2. Схема водопарового тракта прямоточного парогенератора закритического давления Пп-2650-255 ГМ (ТГМП-204):

1 – вход питательной воды; 2 – экономайзер; 3 – подвесные трубы; 4 – НРЧ; 5 – СРЧ; 6 – ВРЧ; 7 – байпас потолочного экрана;8 – потолочный экран; 9 – боковые экраны горизонтального газохода; 10 – экран фронтовой стены конвективной шахты; 11 – экраны боковых стен и задней стены конвективной шахты; 12 – встроенная задвижка; 13 – растопочные сепараторы; 14 – первый впрыскивающий пароохладитель; 15 – ширмовый пароперегреватель; 16 – входная ступень конвективного пароохладителя; 17 – второй впрыскивающий пароохладитель; 18 – выходная ступень конвективного пароперегревателя; 19 – выход перегретого пара сверхкритического давления; 20 – вход вторичного пара; 21 – регулирующая ступень вторичного пароперегревателя; 22 – регулирующая паровая заслонка; 23 – промежуточная ступень; 24 – пароотво-

дящие трубы; 25 – выходная ступень; 26 – выход перегретого вторичного пара

Общий перепад давления в тракте пароперегревателя барабанного парогенератора принимается равным 10 % давления перегретого пара рп.п. Потерю давления в отдельных частях можно принять следующей:

–радиационном и ширмовом пароперегревателях – по 2 %;

–в каждой ступени конвективного – по 3 %.

При температуре перегрева 500 оС желательно, а при температурах перегрева больше 500 оС обязательно иметь не менее двух перемешиваний пара. В парогенераторах с рабочим давлением 14 МПа пароперегреватель выполняют из четырех-пяти частей, а при сверхкритическом давлении – из шести-семи; в промежуточных коллекторах осуществляются перемешивание пара и переброс его по ширине, в некоторых коллекторах устанавливаются впрыскивающие устройства для регулирования температуры пара.

При конструировании промежуточных пароперегревателей редко применяется многократное перемешивание пара, т. к. это сопровождается повышением гидравлического сопротивления, что особенно нежелательно на промперегреве.

Промежуточные перегреватели выполняют в виде конвективных пакетов, реже – ширм и размещают их за пакетами основного перегревателя (см. рис. 6.1).

В связи с необходимостью поддержания постоянной температуры перегретого пара при всех режимах работы парогенератора приходится иметь устройства, обеспечивающие охлаждение пара на 30 и даже 40 оС.

При расчете впрыскивающих пароохладителей задается либо количество тепла, отбираемое от перегретого пара

(∆hпо = hпо' − hпо" =

= 60...85 кДж/кг ), либо количество воды, идущей на впрыск:

Dвпр = (0,06...0,08)D .

Если устанавливаются два пароохладителя, то первый по ходу пара используется для глубокого поддержания заданной температуры и предотвращения повышения температуры металла труб; на него приходится более половины впрыскиваемой воды (50−60 %). Второй впрыск, расположенный перед выходным пакетом, осуществляет окончательную стабилизацию температуры

перегретого пара и защищает трубы выходного участка от недопустимого превышения температуры.

В прямоточных парогенераторах делают по три и даже четыре

впрыска с общим расходом впрыскиваемой воды 25−30 % расхода питательной воды.

При заданном значении ∆hпо общий расход воды на впрыск

оценивается по формуле, полученной из соответствующего уравнения смешения:

где hвпр – энтальпия впрыскиваемой в пар воды, кДж/кг;

h" – энтальпия пара после пароохладителя, кДж/кг.

Из этой формулы при известной величине Dвпр можно получить

∆hпо.

Для впрыска в перегретый пар используют либо питательную воду высокого качества, что возможно на прямоточных парогенераторах, либо впрыскивается конденсат, получаемый в парогенераторе из насыщенного пара (собственный конденсат). Последнее осуществляется на барабанных парогенераторах.

Энтальпия впрыскиваемой воды определяется в этом случае по ее температуре:

где tнас – температура на линии насыщения при давлении pвпр ;

pб – давление в барабане.

Если для впрыска используется питательная вода, отбираемая обычно перед водяным экономайзером, то hвпр = hп.в.

Расход пара во всех поверхностях пароперегревателя, расположенных после впрыскивающего регулятора перегрева, увеличивается на величину впрыска.

Как следует из приведенных схем (см. рис. 6.1) радиационный перегреватель конструктивно может быть выполнен в виде вертикальных настенных или чаще всего горизонтальных потолочных экранов.

В ряде случаев такие экраны закрывают потолок горизонтального газохода и заднюю стенку поворотной камеры. Поэтому в общем случае приращение энтальпии пара в радиационном перегревателе составит:

где ∆hстт – приращение энтальпии пара в настенной части топочной камеры, кДж/кг;

∆hпотт – то же на потолке топочной камеры;

∆hпотг.г – то же в потолочной части горизонтального газохода; ∆hп.к – то же при размещении перегревательной поверхности на

стенках поворотной камеры.

Удельное приращение тепла в отдельных частях радиационного перегревателя можно определить по следующим формулам: