7. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла.

При выполнении расчета в целях уменьшения ошибок и связанных с ними пересчетов до проведения поверочно-конструкторских расчетов пароперегревателя, экономайзера и воздухоподогревателя целесообразно определить тепловосприятия этих поверхностей по уравнениям теплового баланса и свести тепловой баланс по паровому котлу в целом.

Тепловосприятия пароперегревателя и воздухоподогревателя определяют по уравнениям теплового баланса рабочей среды (пара, воздуха), а тепловосприятие экономайзера – по уравнению его теплового баланса (продуктов сгорания).

Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:

где – паропроизводительность котла;

–энтальпия перегретого пара (при и°С);

–энтальпия сухого насыщенного пара (при и температуре насыщения°С);

–съем тепла в пароохладителе, служащий для регулирования температуры перегретого пара.

Примем .

Следовательно:

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счет излучения факела топки, для упрощения расчетов принимаем равным нулю (), а угловой коэффициент фестона.

В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя (по балансу) численно совпадает с тепловосприятием конвекцией: .

Для газохода пароперегревателя уравнение теплового баланса теплоносителя (дымовых газов) имеет вид:

Это уравнение решают относительно искомой энтальпии газов за перегревателем:

где – окончательное значение энтальпии газов за фестоном.

Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ними °С (по таблице 5 при).

Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. Тепловосприятие воздухоподогревателя определяем оп формуле:

где – энтальпия теоретического объема горячего воздуха (по таблице 5 при°С);

–энтальпия теоретического объема воздуха перед воздухоподогревателем при °C;

–отношение объема воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:

Уравнение решаем относительно :

где – энтальпия уходящих газов (по таблице 5 при°С);

–энтальпия теоретического объема воздуха (по таблице 5 при °С).

Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить по таблице 5 температуру дымовых газов за ним °С.

Тепловосприятие водяного экономайзера определяем по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):

Определяем невязку теплового баланса парового котла:

Определение тепловосприятий поверхностей нагрева, граничных энтальпий и температур газов считают правильным, если:

Следовательно расчет выполнен верно.

8. Поверочно-конструкторский расчет пароперегревателя.

Целью поверочно-конструкторского расчета пароперегревателя является определение его расчетной поверхности нагрева при известных тепловосприятиях, конструктивных размерах и характеристиках. Тепловосприятие пароперегревателя определено ранее, конструктивные размеры и характеристики поверхности заданы чертежом. Из уравнения теплопередачи определяют требуемую (расчетную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают ее с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность нагрева.

По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя в двух проекциях и схему движения пара.

Таблица 9. Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя.

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Номер ступени по газоходу			Весь пароперегреватель
			1	2
Наружный диаметр труб	d	м	0,038	0,038	0,038
Внутренний диаметр труб		м	0,032	0,032	0,032
Количество труб в ряду		шт	72	72	-
Количество труб по ходу газов		шт	10	20	30
Шаг труб: поперечный		м	0,115	0,092	0,1035
Шаг труб: продольный		м	0,12	0,116	0,118
Относительный шаг: поперечный		-	3,02	2,421	2,7205
Относительный шаг: продольный		-	3,158	3,053	3,1055
Расположение труб змеевика	-	-	Коридорное
Характер взаимного течения	-	-	Смешанный ток
Длина трубы змеевика	l	м	26,2	39,7	-
Поверхность, примыкающая к стене		м2	13,72	-	13,72
Поверхность нагрева	H	м2	239,3	341,07	580,37
Высота газохода на входе	a’	м	4,6	2,4	-
Высота газохода на выходе	a”	м	3,32	2,4	-
Ширина газохода	b	м	6,7	6,7	6,7
Площадь живого сечения на входе	F’	м2	30,152	9,95136	-
Площадь живого сечения на выходе	F”	м2	15,568	9,95136	-
Средняя площадь живого сечения		м2	22,86	9,95136	12,9715
Средняя эффективная толщина излучающего слоя	S	м	-	-	0,3341
Глубина газового объема до пучка		м	0,8	0,64	1,44
Глубина пучка		м	0,96	1,9	2,86
Количество змеевиков, включенных параллельно по пару	m	шт	72
Живое сечение для прохода пара	f	м2	0,058	0,058	0,058

Рис. 7. Эскиз пароперегревателя и схема включения.

Целесообразность разделения пароперегревателя на ступени обычно определяют характером взаимного движения сред (газов и пара) и размещением между ступенями пароохладителей. Нумерация ступеней ведется по ходу газа. Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учетом гибов) и числу труб в ряду (поперек газохода) . В поверхность ступени включается поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемая дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка), занятой этими трубами, на угловой коэффициент, определяемый по номограмме на основании соотношенийипричем:

Таким образом, с учетом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева каждой ступени определяем по формуле:

Глубину газового объема до пучка каждой ступени и глубину пучка ступениопределяем по рекомендациям и чертежу.

Поперечный шаг в пределах каждой ступени не изменяется и поэтому совпадает со средним его значением. По средним значениям шагов для пароперегревателя и среднему диаметру находим эффективную толщину излучающего слоя:

Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяем по формуле:

Площадь среднего живого сечения для прохода газов перегревателя в целом получают усреднение живых сечений ступеней:

Площадь среднего живого сечения для прохода пара для каждой ступени пароперегревателя:

Таблица 10. Исходные данные поверочно-конструкторского теплового расчета пароперегревателя:

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Величина
Температура газов до пароперегревателя		°С	1020
Температура газов за пароперегревателем		°С	637,21
Температура в состоянии насыщения		°С	256,23
Температура перегретого пара		°С	450
Средний удельный объем пара		м3/кг	0,06327
Конвективное восприятие		ккал/кг	926,35
Объемы газов на выходе из топки		м3/кг	6,3992
Объемная для водяных паров		-	0,08907
Объемная доля трехатомных газов		-	0,14221
Концентрация золы в газоходе		кг/кг	0,02842

Средний удельный объем пара находят по удельным объемам пара в состоянии насыщения и перегретого пара:

Все остальные величины были определены ранее.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяем по формуле:

где – коэффициент теплоотдачи конвекцией;– коэффициент теплоотдачи излучением газового объема в трубном пучке;– коэффициент тепловой эффективности поверхности.

Для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб рассчитаем среднюю скорость газового потока:

При поперечном омывании коридорных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесенный к полной расчетной поверхности труб, определяем по номограмме , также находим добавочные коэффициенты :.

Отсюда:

Для нахождения используем номограммы и степень черноты продуктов горения:

Для незапыленной поверхности , где.

По номограмме находим .

Следовательно:

Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязненной стенки рассчитываемой поверхности нагрева:

Примем °С.

По номограмме находим и добавочный коэффициент

При расчете пароперегревателя и экономайзера на величину необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объема, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:

где и– соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объема до пучка;

–температура газов в объеме камеры:

Следовательно коэффициент теплоотдачи от газов к стенке будет равен:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости пара:

При этой скорости пара находим и добавочный коэффициент.

Коэффициент теплоотдачи находим по формуле:

Температурный напор:

Температурный напор с достаточной точностью можно найти как:

Поправочный коэффициент определяем по номограмме и по безразмерным параметрам:

По R и P находим .

Т.к. , тоищем как среднее арифметическое:

Следовательно температурный напор будет равен:

Определим расчетную поверхность пароперегревателя:

Невязка:

Невязка более двух процентов следовательно вносим конструктивные изменения.

Найдем число петель змеевика, которое надо добавить:

Следовательно, убираем 1 петлю.