Тепловой расчет парогенераторов

где Hстт , Hпотт , Hпотг.г , Hп.к – соответственно лучевоспринимающие поверхности перегревателей настенного и потолочного в топке, потолочного в горизонтальном газоходе, настенного и потолочного в поворотной камере, м2;

где х – угловой коэффициент экрана (см. рис. 4.4);

Fст – площадь стены, закрытая экраном пароперегревателя;

qл – среднее тепловое напряжение поверхности топочной камеры; определяется по формуле

радиационного тепловосприятия экранов по высоте; для потолка топки принимается по табл. 4.14, 4.15;

qг.г – среднее теплонапряжение поверхности потолка в горизонтальном газоходе; принимается qг.г = (20...23) кВт/м2;

qп.к – среднее теплонапряжение поверхности в поворотной камере; может быть принята qп.к = (15...17) кВт/м2.

Поскольку во всех схемах радиационный перегреватель является первой по ходу пара поверхностью, то легко определить энтальпию пара за ним:

где hн.п – энтальпия насыщенного пара, кДж/кг.

В отдельных случаях первый конвективный пакет по тракту пара включен в «рассечку» радиационного потолочного перегревателя. Тогда общее тепловосприятие этого пароперегревателя ∆hр.п

можно разделить пополам, и соответственно одна половина увеличит энтальпию пара на входе в конвективный пакет, другая – на выходе из него.

По энтальпии и давлению пара за радиационным пароперегревателем определяется его температура, если считать на

входе р = рб, t = ts и h = hs.

Тепло, воспринятое рабочей средой в радиационном пароперегревателе или в его частях и отнесенное к 1 кг топлива

Схема водопарового тракта прямоточного парогенератора представлена на рис. 6.2.

6.2. Тепловой расчет ширмового пароперегревателя

Ширмовые поверхности нагрева (рис. 6.3, 6.4) располагаются в верхней части топки и соединительном газоходе. В зависимости от поперечного шага S1 различают топочные (радиационные) ширмы

(S1 ≥ 700 мм) и полурадиационные ширмы (400 < S1 < 700 мм).

Рис. 6.3. Ширмовый пароперегреватель: 1, 2 – раздающий и сборный коллекторы;

3 – трубы, образующие ленту; 4 – трубы обвязки

Рис. 6.4. Схема ширмового пароперегревателя:

1 – выходные коллекторы радиационного пароперегревателя; 2 – перебросные коллекторы с впрыскивающими пароохладителями; 3 – ввод охлаждающей среды (собственный конденсат или питательная вода); 4 – ширма; 5 – подвесные трубы заднего экрана; 6 – входные коллекторы конвективного пароперегревателя; 7 – дополнительные поверхности

Считается, что топочные ширмы воспринимают теплоту только в результате теплового излучения, и при расчетах их включают в объем топки. Полурадиационные ширмы воспринимают теплоту как конвекцией, так и прямым излучением из топки.

Конструктивно ширмы представляют собой вертикальные U- образные (гораздо реже горизонтальные и L- или W-образные) гладкотрубные или цельносварные ленты с входным и выходным

коллекторами, выполненные из труб диаметром 32×5, 32×6, 42×6 мм из стали 12Х1МФ или 12Х18Н12Т. Поперечный шаг S1 кратен

шагу труб потолка, продольный шаг s2 = d + δ (δ равно 4 или 6 мм) для гладкотрубных и s2 = d + l (l равно 14 или 16 мм) для цельносварных ширм. Диаметр коллектора 133–168 мм.

Ширмы поставляют на монтажную площадку в виде готовых заводских блоков. Вертикальные ширмы крепят на неохлаждаемых тягах к каркасу котла (здания), горизонтальные подвешивают на охлаждаемых подвесных трубах.

Расчетная площадь поверхности нагрева для ширм, м2

Fш = 2zш[(nтр.ш −1)s2 + d ][2(l + 0,5d )zпет +

где zш – число ширм (кратно 2 или 4); nтр.ш – число труб в ленте ширмы;

l – высота обогреваемой части ширмы до оси нижней трубы, м; zпет – число петель в ширме;

е– зазор между лентами ширмы (е = 4d −0,5 м);

х– угловой коэффициент.

При выполнении поверочного расчета ширмового пароперегревателя конструктивные характеристики берутся по заводским чертежам. К таким конструктивным характеристикам относятся диаметр и толщина труб ширм dхδ, мм, то же для дополнительных поверхностей. Количество параллельно включенных труб − nтр = nшn . Количество ширм nш . Шаг между

продольный шаг σ2 = s2 / d . Расчетная поверхность нагрева ширм

Fш, м2.

где dвн = d − 2δ.

Массовая скорость пара в ширмах определяется по действительному расходу пара в ширмах Dш , кг/с.

парогенераторов докритического давления ширмы изготовляют из труб 38×4,5, сверхкритического давления − 32×6, барабанных −

32×4 мм;

z − количество ширм;

n − количество труб в ширме;

zxn – число ходов пара в ширмовых (для одноходовых ширм

zxn = 1; для двухходовых ширм zxn = 2).

Глубина ширм с зависит от продольного шага s2, числа труб в ленте n и числа ходов zx ленты. Обычно зазор между соседними трубами в ширме составляет 3–4 мм, тогда продольный шаг труб в

ширме s2 = d + (0,003...0,004)) м, а глубина ширм

Число ходов ленты обычно бывает четным (равным двум или четырем).

Эффективная толщина излучающего слоя

где hш , c – высота и глубина ширмы по ходу газов; s1 – поперечный шаг.

Температуру на входе в ширмы ϑ'ш принимаем ϑ'ш = ϑ"т ; ϑ"т – температура газов на выходе из топки.

Энтальпия газов на входе в ширмы Hш' , кДж/кг (определяется

по ϑ'ш ).

Тепловосприятие ширм складывается из теплоты, полученной излучением из топки Qл.ш и теплоты от омывания газов Qб.ш. С

учетом тепловосприятия дополнительных поверхностей (экранов газохода и ширм Qдоп )

Теплота, полученная излучением из топки поверхностью

определяется по рис. 5.1, а;

qл.в − тепловая нагрузка поверхности в районе выходного окна

топки, кВт/м2;

Fвых − площадь выходного окна, м2. Член (1−a) вводится только для ширм:

где Ув − коэффициент распределения тепловосприятия камерных

топок (табл. 4.14 и 4.15).

Теплота излучением из газового объема на ширмы (рис. 6.5), расположенные за этим объемом, учитывается увеличением степени

черноты межширмового объема а до a' по формуле

∑xр − сумма угловых коэффициентов в ширме, определяется

по рис. 5.1, а.

Tоб,Tср,T3 − температура газов в объеме, и средняя в ширмах, загрязненной стенки ширм, К;

Рис. 6.5. Расчет излучения газовых объемов

Тепловосприятие излучением складывается из тепловосприятия ширм Qл.ш и тепловосприятия дополнительных поверхностей,

расположенных в области ширм.

Количество лучистой теплоты, воспринятой излучением из топки ширмами

Количество лучистой теплоты, воспринятой излучением из топки дополнительными поверхностями:

Теплота, отданная газами (основной и дополнительной поверхностям):

Qб.осп + Qб.доп = ϕ(H ' − H " + ∆αHопрс )q , кДж/кг, (6.31)

где Qб.доп – тепловосприятие дополнительных поверхностей

нагрева, кДж/кг; ϕ – коэффициент сохранения теплоты;

H ', H" – энтальпия газов на входе в поверхность нагрева и на

выходе из нее, кДж/кг; ∆α – изменение избытка воздуха в поверхности;

Hопрс – энтальпия присасываемого воздуха, кДж/кг,

определяется по температуре холодного воздуха tхв = 30 оС;

q – доля газов, проходящих через рассчитываемую поверхность.

Температура газов на выходе из ширм ϑ"ш оС принимается

предварительно. Температура газов в поворотной камере перед плотными конвективными поверхностями нагрева опускной шахты должна быть не выше 950–1000 оС.

Средняя температура газов в ширмах