7. Проектирование испарительных конвективных пучков

7.1. Конвективные испарительные пучки парогенераторов с естественной циркуляцией представляют собой пучки труб, объединенных пароводяным и одним или несколькими водяными коллекторами, в зависимости от количества контуров циркуляции.

В настоящее время в судовых парогенераторах наиболее часто встречаются следующие варианты компоновки испарительных конвективных пучков:

а) парогенераторы с одним многорядным испарительным конвективным пучком (парогенераторы КВ-1, КВ-35, КВ-22 и т. д. );

б) парогенераторы с двумя испарительными конвективными пучками, между которыми находится пароперегреватель (парогенераторы КВГ-25К, КВГ-34К, КВГ-40);

в) парогенераторы с разреженным испарительным конвективным пучком («фестоном») (парогенератора КВГ-80).

Первый вариант компоновки применяется, в основном, для вспомогательных парогенераторов, которые вырабатывают пар невысоких параметров.

Второй вариант компоновки испарительных конвективных пучков применяются для получения перегретого пара высоких параметров (чем выше температура газа за первым пучком, тем выше температура перегретого пара).

Третий вариант компоновки характерен для парогенераторов «шахтного» типа, в которых фактически весь пар получается в топке за счет излучения.

7.2. Первый ряды труб конвективных испарительных пучков (обычно 2-3 ряда) выполняются из труб большего диаметра (44,5 или 57 мм), т.к. эти ряды труб, кроме того, что воспринимают теплоту конвекцией, воспринимают теплоту излучением от факела. Остальные ряды труб выполняют из труб диаметром 23 и реже 32, 38 мм. Применение труб меньшего диаметра позволяет получить пучки более компактными, однако такое уменьшение диаметра не должно снижать эксплуатационные надежности парогенератора.

7.3. Строение пучка испарительной поверхности нагрева может быть шахматное или коридорное, а иногда и смешанное. Выбор строения пучка определяется в зависимости от величины тепловой мощности парогенератора, скоростью движения газов, условии эксплуатации, величины шагов в продольном и поперечном направлении, марки мазута.

Для парогенераторов малой и средней тепловой мощности обычно принимают шахматное строение пучка, т.к. в этом случае коэффициент теплоотдачи от газов к стенке бывают выше, чем при коридорном строении пучка. В парогенераторах высокой мощности при высокой скорости потока (более 50 м/с) коэффициенты теплоотдачи при шахматном и коридорном строении пучка почти одинаковы. Предпочтение отдают коридорному строению пучка, т. к. в этом случае при одной и той же скорости движения газов сопротивление пучка меньше.

Скорость движения газов определяется величиной шагового отношения S /d , где S - поперечный шаг между трубами пучка.

Рекомендуется принимать шаговое отношение S /d в пределах 1,25 S /d 2, по величине (S - d) не должна быть меньше 13 мм. Величину S /d можно принимать в тех же пределах, что и S /d. Величина продольного шага S влияет на скорость газа в случае шахматного строения пучка, если самое узкое сечение для прохода газов получается между трубами соседних рядов.

Выбор оптимальных шаговых отношений в испарительных конвективных пучках является сложной задачей, т.к. влияет на площадь сечения для прохода газов, а значит и на скорость газов. Скорость газов влияет на коэффициент теплоотдачи и на величину сопротивления пучка.

При выполнении конструктивного расчета парогенератора, геометрические размеры пучка принимаются из теоретического чертежа парогенератора. Если же выполняется проверочный расчет, то геометрические размеры пучка принимаются по прототипу проектируемого парогенератора.

Таблица 9. – Расчет геометрических размеров пучка

№ п/п	Величина	Обозн.	Размерн.	Формула и источник	Рез-тат
1	2	3	4	5	6
1.	Размеры трубок большого размера		м	Выбирается
2.	Размер трубок малого диаметра		М	Выбирается
3.	Число рядов трубок большого диаметра		шт.	Выбирается
4.	Число рядов трубок малого диаметра		шт.	Выбирается
5.	Число рядов труб в пучке		шт.	Выбирается
6.	Шаг труб в ряду большого диаметра		м	Выбирается
7.	Шаг труб в ряду малого диаметра		м	Выбирается
8.	Коэффициент загромождения газохода трубами большого диаметра		-
9.	Коэффициент загромождения газохода трубами малого диаметра		-

Продолжение таблицы 9. – Расчет геометрических размеров пучка

1	2	3	4	5	6
10.	Средний коэффициент загромождения газохода		-
11.	Длина топки		м	Из расчета топки
12.	Расстояние между центрами крайних труб ряда		м	-
13.	Число труб в ряду большого диаметра		шт.
14.	Число труб в ряду малого диаметра		шт.
15.	Полная длина труб		м	По чертежу
16.	Коэффициент омывания		-	Из таблицы
17.	Активная длина трубок		м
18.	Поверхность труб большого диаметра		м
19.	Поверхность труб малого диаметра		м
20.	Полная поверхность 1 пучка		м
21.	Средний диаметр труб в пучке		м
22.	Проекция средней активной длины на прямую		м	По чертежу
23.	Площадь живого сечения для прохода газов		м

Продолжение таблицы 9. – Расчет геометрических размеров пучка

1	2	3	4	5	6
24.	Температура газов за I пучком			Оцениваем 3 значения	1 2 3
25.	Энтальпия газов за I пучком		МДж/кг	J-t диаграмма	1 2 3
26.	Тепловой поток		МВт		1 2 3
27.	Температурный напор				1 2 3
28.	Средняя температура газового потока				1 2 3
29.	Средняя скорость газов		м/с		1 2 3
30.	Коэффициент загрязнения		м /Вт	Принимается табл. 6	1 2 3
31.	Температура загрязнения стенки				1 2 3

Продолжение таблицы 9. – Расчет геометрических размеров пучка

1	2	3	4	5	6
32.	Коэффициент теплопроводности газов при		Вт/(м )	По таблицам теплофизических свойств газов
33.	Коэффициент кинематической вязкости газов при		м /с	По таблицам теплофизических свойств газов
34.	Коэффициент формы		-
35.	Критерий Прандтля		-	Из таблиц
36.	Поправка на число рядов труб		-	По номограммам
37.	Критерий Рейнольдса при	Re	-
38.	Коэффициент теплоотдачи конвекцией		Вт/м
39.	Эффективная толщина газового слоя	S	м
40.	Суммарное парциальное давление трехатомных газов		МПа
41.	Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами		-	По номограмме
42.	Суммарная сила поглощения газового потока		МПа

Продолжение таблицы 9. – Расчет геометрических размеров пучка

1	2	3	4	5	6
43.	Коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме		Вт/м	По номограмме
44.	Поправочный коэффициент		-	По номограмме
45.	Поправочный коэффициент излучением		-	По номограмме
46.	Коэффициент теплоотдачи		Вт/м
47.	Коэффициент теплопередачи	K	Вт/м
48.	Тепловой поток		МВт
49.	Тепловой поток		МВт	,где = рад 1 пуч. рад 1 пуч.=
50.	Действительный тепловой поток		МВт	Графическая интерполяция
51.	Действительная температура газов I пучком			Графическая интерполяция
52.	Энтальпия газов за I пучком		МДж/кг	По диаграмме
53.	Паропроизводительность 1 пучка	D	кг/с