Тепловой расчет парогенераторов

Определяется произведение pпs = prпs , МПа м, где p – давление газов в парогенераторе; rп – объемная доля трехатомных

газов.

Оптическая толщина kps , где k – коэффициент теплового

поглощения 1/(м МПа) определяется по табл. 4.13, а эффективная толщина излучающего слоя s – по табл. 4.11.

Коэффициент теплового излучения а = ε, 1/(МПа м) и теплоотдачи излучением αл , Вт/(м2·К) определяются по табл. 5.7 или по номограмме (рис. 5.16 и 5.17). Энтальпия газов на выходе из

ширм Hш" , кДж/кг, определяется по H −ϑ таблице (табл. 2.5) по

ранее выбранной ϑ"ш .

Тепловосприятие ширм по балансу Qбш , кДж/кг, принимается предварительно. Для оценки принимают

Расход воды на впрыск перед ширмами (первый) Dвпр1, кг/с, принимается около 3−5 % от Dп.в . Температура пара перед первым впрыскивающим пароохладителем tвпр' 1 , оС, принимается

предварительно.

Количество теплоты, которое необходимо подвести от газов к

где ∆hш − теплота, которая подводится к пару на ширмовом участке пароперегревателя, кДж/кг.

Обычно тепловосприятие вертикальных ширм на выходе из топки составляет (для одной ступени):

а) ∆hш = (0,25...0,35)∆hпе при выполнении ширм в два ряда по

ходу газов;

б) ∆hш = (0,20...0,25)∆hпе при выполнении одного ряда ширм.

Большее значение принимается при сжигании сухих топлив. Полное тепловосприятие 1 кг пара в пароперегревателе

Тепловосприятие горизонтальных ширм, занимающих верхнюю часть топки, горизонтальный газоход и объем поворотной камеры

больше и может составлять (0,4...0,6)∆hпе .

Энтальпия пара перед первым впрыскивающим пароохладителем hвпр1, кДж/кг, определяется по давлению и температуре с помощью

термодинамических таблиц.

Снижение энтальпии пара первым впрыском

Энтальпия пара после первого впрыска

Температура пара после первого впрыска tвпр" 1, оС, определяется с помощью термодинамических таблиц. Температура пара на входе в

ширмы tш' = tвпр" 1. Энтальпия пара на входе в ширмы hш' = hвпр" 1, кДж/кг. Прирост энтальпии пара в ширмах

Энтальпия пара после ширм

Температура пара после ширм tш" , оС, определяется с помощью

термодинамических таблиц по pш" и hш" . Средняя температура пара в ширмах

Температурный напор в ширмах

где ∆tб и ∆tм − большая и меньшая разности температур

теплообменивающихся сред на границах поверхности, оС (см. п.

5.3).

В случае когда ∆tб / ∆tм ≤1,7, температурный напор может быть

определен просто как среднеарифметическая разность температур (при этом ошибка в расчете не превышает 4 %):

где ϑ и t − средние температуры сред в пределах поверхности, оС. Для ширмовых поверхностей, фестонов, подвесных труб и конвективных пароперегревателей (при коридорном расположении труб в пучке), размещенных за топкой в горизонтальном газоходе или в конвективной шахте, расчет коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов выполняется по формулам, используемым для гладкотрубных пучков с поперечным омыванием труб газами

(см. табл. 5.6 или рис. 5.9):

где λ − теплопроводность, Вт/(м К), для газов и воздуха принимается по рис. 5.5;

v − кинематическая вязкость, м2/с, для газов и воздуха принимается по рис. 5.6;

Pr – число Прандтля, для газов и воздуха находится по рис. 5.7. Коэффициенты λ, v и число Pr определяются для средних температур воздуха и газов, для среднего состава газов rH2O = 0,11, rRO2 = 0,13 и при давлении около 0,1 МПа. Отклонение состава

продуктов сгорания от среднего значения учитывается введением поправки на состав с помощью тех же номограмм (см. рис. 5.5−5.7);

d – наружный диаметр, м;

wг − скорость теплоносителя (дымовых газов), м/с,

wг = BрVг(ϑ+f 273), 273

где Vг – объем газов на 1 кг (на 1 м 3) топлива при 0,1 МПа и 0 оС,

определяемый по среднему избытку воздуха в газоходе, м3/кг (м3/м3); ϑ – расчетная температура потока газов, определяемая как

полусумма температур газов на входе в поверхность нагрева ϑ' и

выходе из нее ϑ" , оС;

f – площадь живого сечения для прохода газов, воздуха, м2,

определяется как разность между полной площадью поперечного сечения газохода в свету, проходящему через оси поперечного ряда труб, и частью этой площади, занятой трубами; для поперечно омываемых гладкотрубных пучков

где a , b − размеры газохода в расчетном сечении, м;

z1 – число труб в ряду;

d , l − диаметр и длина труб.

Коэффициент загрязнения ширм ε определяется по табл. 5.3 и

рис. 5.2.

Температура наружной поверхности загрязнений ширм t3

находится по формулам табл. 5.9. Коэффициент теплоотдачи излучением в ширмах αл , Вт/(м2 К), определяется по формулам

табл. 5.7.

Коэффициент использования ширмовых поверхностей ξ

находится по рис. 5.4. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке ширм α1 , Вт/(м2 К), определяется по формулам табл. 5.6. Поправки

Cs и Cz принимаются из табл. 5.8. Коэффициент теплопередачи для ширм кш , Вт/(м2 К) находится по формулам табл. 5.2. Значение коэффициента α2 определяется по номограммам рис. 6.6 и 6.7. Тепловосприятие ширм – по уравнению теплопередачи

Qт.ш = к H ∆t 10−3 , кДж/кг. (6.46)

Bр

Тепловой расчет ширм считается законченным, если

αн

Рис. 6.6. Определение коэффициента αн, необходимого для рис. 6.7

Рис. 6.7. Коэффициент теплоотдачи конвенций при продольном омывании при СКД в области больших теплоемкостей αк = αнА . Если по параметру

qвн 10−3 / w ρ значения А выходят за пределы номограммы, следует принять А равным 1,5

Средняя температура в дополнительных поверхностях tдоп , оС,

принимается предварительно. Далее определяется тепловосприятие дополнительных поверхностей по уравнению теплопередачи:

где кш – коэффициент теплопередачи экрана газохода ширм,

принимаемый равным коэффициенту теплопередачи ширм, т. е.

кшэкр = кш Вт/(м2·К);

Fдопш – поверхность нагрева экрана м2;

ϑш – средняя температура газов в газоходе ширм, оС;

tдопш − средняя температура пара в экране ширм

(предварительно оценивается при распределении тепловосприятий),

оС.

Тепловой расчет экрана газохода ширм считается законченным, если

6.3. Расчет дополнительных поверхностей газоходов парогенератора

Расчет тепловосприятия небольших (до 10 %) дополнительных поверхностей, включенных параллельно или последовательно (по ходу газов) с основными поверхностями (настенные экраны конвективных газоходов, подвесные трубы перегревателя, отводящие трубы экономайзера на стенах или потолке газоходов и т. п.) рекомендуется упростить.

Коэффициент теплопередачи для дополнительной поверхности принимается таким же, как для основной, независимо от их конструктивного выполнения. Тепловосприятие оценивается и прибавляется к величине тепловосприятия основной поверхности при определении конечной температуры газов.

Принятая величина тепловосприятия дополнительной поверхности проверяется с учетом значения температурного напора в ней по формуле

ϑ, t − температуры газов в основной поверхности нагрева и

обогреваемой среды в дополнительной поверхности нагрева, оС. Температурный напор для дополнительной поверхности,

расположенной параллельно (по ходу газов) основной, принимается равным разности средних температур газов в газоходе и

теплоносителя в дополнительной поверхности, а для

расположенной последовательно (по ходу газов) − равным разности температур газов на выходе из газохода и средней температуры теплоносителя в дополнительной поверхности.

Для дополнительных поверхностей допускается расхождение

принятой и определенной величин тепловосприятия до ±10 %. Если дополнительная поверхность составляет не более 5 %

основной, она отдельно не рассчитывается, а объединяется с поверхностью трубного пучка, последовательно соединенного с нею по внутренней среде.

Поверхность труб, расположенных у обмуровки, принимается равной поверхности стены, занятой трубами, умноженная на угловой коэффициент х, определяемый по рис. 4.4 для настенных экранов.

Поверхности нагрева, расположенные в объеме поворотной камеры (подвесные трубы, отводящие трубы конвективных пучков и т.п.) рассчитываются как основные, по полной наружной поверхности. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяется как для коридорного пучка с коэффициентом использования 0,7. Расчетной живое сечение принимается равным поперечному сечению горизонтального газохода на входе в камеру. Эффективная толщина излучающего слоя

В виду небольшой доли тепловосприятия поворотной камеры можно приближенно оценить снижение температуры газов в ней следующим образом:

а) при наличии настенных экранов (включая потолок) и подвесных труб снижение температуры газов составит

∆ϑпк = 0,07ϑ'пк ,

где ϑ'пк − температура газов на входе в поворотную камеру из горизонтального газохода;

б) при наличии настенных экранов, подвесных экономайзерных труб и вертикальных перебросных стояков снижение температуры газов составит

∆ϑпк = 0,048ϑ"пк ;

в) при наличии потолка и настенных экранов − ∆ϑпк = 0,044ϑ'пк , а в случае только потолка − 0,02ϑ'пк .

6.4. Расчет фестона и подвесных труб

Фестон и подвесные трубы располагаются между ширмами и пакетами конвективного пароперегревателя и конструктивно представляют собой разряженный трубный пучок (фестон) из труб заднего экрана (рис. 6.7А) или один ряд труб наружным диаметром около 100 мм, с поперечным шагом S1пт. около 400–800 мм (рис.

6.7Б).

Тепловой расчет фестона выполняется, как и расчет ширм, поверочным методом. Для этого необходимо определить по чертежам конструктивные характеристики фестона (диаметр, шаги, число труб, размеры газохода и т. д.).