4. Расчет пароперегревателя.

Пароперегреватели устанавливают в том случае, если согласно заданию котельный агрегат вырабатывает перегретый пар, необходимый для производственно-технологического процесса. В производственно-отопительных котельных значение температуры перегретого пара не превышает t_пп=300-450⁰С. В связи с этим в котлах применяют конвективные пароперегреватели, располагаемые по ходу газов за первым котельным пучком или перед ним. Пароперегреватель обычно состоит из группы параллельно включенных стальных змеевиков, изготовленных из труб наружным диаметром d_НАР=28÷32÷38÷42÷50 мм, соединенных коллекторами. Расположение змеевиков коридорное. Относительные поперечные и продольные шаги труб S₁/d и S₂/d принимаются S₁/d=2.5÷3.5; S₂/d=1.5÷2, где S₁- поперечный шаг; S₂ – продольный шаг.

Тепловой шаг пароперегревателя проводится конструктивным методом. По заданной температуре перегретого пара определяют расчетную поверхность нагрева и его габаритные размеры. В начале расчета пароперегревателя необходимо принять его конструктивные характеристики, оформить компоновку его в газоходе котельного агрегата. Количество параллельно включенных змеевиков Z₁, диаметр труб d, поверхность нагрева Н_ПП, толщину излучающего слоя S_ПП, живое сечение для прохода пара f_ПП и дымовых газов F_ПП необходимо принять такими, чтобы определяемые скорости пара и дымовых газов находились в допустимых пределах (W_П принимают от 15 до 25 м/с, W_Г – от 5 до 10 м/с).

Задаемся:

-относительный поперечный шаг труб, мм

-относительный продольный шаг труб, мм

-наружный диаметр труб, мм

-внутренний диаметр труб, мм

-поперечный шаг, мм

-продольный шаг, мм

Из расчета топочной камеры, принимаем

Схема подключения пароперегревателя – противоточная.

Принимается количество параллельных труб .Их число можно вычислить отношением ширины газохода a на выбранный поперечный шаг труб, шт, по формуле:

Поверхность нагрева пароперегревателя принимаем, м²

где n – количество ниток в змеевике.

Живое сечение для прохода пара, м²

где d_вн – внутренний диаметр трубы, м²

Скорость пара, м/с

где Д – паропроизводительность котлоагрегата, кг/ч; - плотность пара при средней температуре, кг/м³; f – живое сечение для прохода пара, м².

, кг/м3, определяется по , бар

кг/м³

Живое сечение для прохода дымовых газов, м²

где а,b – размеры газохода в расчетном сечении, м; l₁ – высота петли змееви­ка, м.

Секундный расход дымовых газов при средней температуре потока, м³/с

где В_р – расчетный расход топлива, кг/ч; V_Г – объем газов на 1 кг топлива рас­считываемого газохода при средней температуре дымовых газов, С (табл.7 [1]).

Расчетная скорость дымовых газов, м/с

Тепловосприятие пароперегревателя по балансу, ккал/кг

где Д – заданная паропроизводительность котла, кг/ч, находим по давлению в барабане, находим по температуре и давлению в пароперегревателе.

Энтальпия газов на выходе из пароперегревателя, ккал/кг

где I»- энтальпия газов на входе в пароперегреватель, ккал/кг; φ – коэффи­циент сохранения тепла; ∆α_пп – присосы воздуха на участке пароперегрева­теля; I°_х.в – энтальпия холодного воздуха.

По табл. 3 находят температуру газов на выходе из пароперегревателя ,⁰C, соответствующую I».

По известным температурам газов и пара на входе и выходе при противотоке находят среднюю разность температур,

Рисунок 2. Противоточная схема движения теплоносителей в пароперегревателе

где ∆t_б- разность температур сред в том конце поверхности нагрева, где она больше, °С; ∆t_м- разность температур на другом конце поверхности нагрева.

Для определения коэффициента теплоотдачи излучением ад предвари­тельно находят эффективную толщину излучающего слоя, м

Суммарная толщина запыленного газового потока:

Для котлов без наддува Р=1 атм.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами К_Г определяется по номограмме 3 [1] в зависимости от парциального давления водяных паров в рассматриваемом газоходе (табл.2), средней температуры дымовых газов и произведения P_ПS (Р_П- парциальное давление водяных паров находит­ся по табл.7[1]).

Пользуясь полученным произведением K∙P_П∙S, по номограмме 2[1] на­ходят степень черноты продуктов сгорания а.

а=0.1

По номограмме 11 [1] находят значение α_н, поправку С_г и подсчитывают ко­эффициент теплоотдачи излучением: α_н=102 ккал/м²ч⁰С; С_г=0,98

для незапыленного потока, ккал/м²ч°С

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к наружной стенке труб пароперегревателя, ккал/м²ч°С

где C_z – поправка на число рядов труб по ходу газов; С_ф – поправка на парциальное давление водяных паров; C_s – поправка на геометрическую компоновку пучка, определяется в зависимости от относительного попереч­ного и продольного шагов труб (номограмма 7 [1]). С_z=0,925; С_ф=1,02; С_s=1.02; α_н=144.

;

где S₁ – поперечный шаг труб, S₂ – продольный шаг труб, м;

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, ккал/м²ч°С

где α_к- коэффициент теплоотдачи конвекцией, ккал/м²ч°С; α_л- коэффици­ент теплоотдачи излучением, ккал/м²ч°С;

Коэффициент теплопередачи перегревателей с коридорным пучком при сжигании любых топлив, а также с шахматным пучком, при сжигании газа и мазута, ккал/м² ч°С

где ψ – коэффициент тепловой эффективности (выбирается по табл. 12, 13 [1]); α₂ – коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к пару (номограмма 10 [1]);

Температуру стенки перегревателей t_ст принимают равной средней температуре пара, увеличенной на 50, °С

По найденным значениям Q_б, К, ∆t_ср определяют расчетную поверх­ность нагрева пароперегревателя, м²

Н_ппр находится в допустимых пределах по отношению к пред­варительно принятой величине.

Далее определяют конструктивные размеры пароперегревателя. Находим длину, м, одной трубы (змеевика) по выражению

где d – средний наружный диаметр труб пароперегревателя, м.

Число труб по ходу газов Z₂ рассчитывают, взяв из чертежа среднюю высоту змеевиков пароперегревателя h, по формуле,шт:

выбрав продольный шаг труб S₂, определяют длину пакета пароперегревателя, м:

Рисунок 3. Эскиз пароперегревателя.