Проверочно-конструкторский расчёт хвостовых поверхностей нагрева

 

Расчёт водяного экономайзера

С использованием ранее выполненных расчётов для теплового расчёта экономайзера составляем таблицу исходных данных:

Таблица 9.1

Наименование величины	Обозначение	Единица	Величина
Температура газов до экономайзера	J’’пе	°С	723,462
Температура газов за экономайзером	J’’эк	°С	312,18
Температура питательной воды	tпв	°С
Давление питательной воды перед экономайзером	Р’эк	кгс/см2	47,52
Энтальпия питательной воды	iпв	ккал/кг	151,55
Тепловосприятие по балансу	Qбэк	ккал/кг	926,8306
Средний объем газов при среднем избытке воздуха	Vг	м3/кг	6, 1901
Объемная доля водяных паров	rH20	-	0,11264
Суммарная объемная доля 3хатомных газов	rп	-	0,25644
Массовая концентрация золы в газоходе	m	кг/кг	0,0107

 

Примечание: Давление воды перед водяным экономайзером для паровых котлов среднего давления принимаем Р¢_эк = 1,08×Р_б=1,08×44=47,52 кгс/см².

Предварительно определяем тип водяного экономайзера (кипящий или некипящий) по значению энтальпии рабочей среды за экономайзером :

Энтальпию и температуру воды после водяного экономайзера определяют из уравнения теплового баланса по рабочему телу (воде):

 

,

 

где _- пропуск воды через экономайзер, кг/ч; при поверхностных пароохладителях

; - энтальпия воды после водяного экономайзера, ккал/кг; _- энтальпия воды перед водяным экономайзером, ккал/кг.

При указанной схеме включения пароохладителя:

 

 

По i¢_эк = 166,5 ккал/кг и Р¢_эк = 47,52 кгс/см² находим t¢_эк = 164,57 ⁰С;

Так как i²_эк = 333,795 ккал/кг больше, чем энтальпия воды в состоянии насыщения (), то принимаем . В этом случае у нас экономайзер кипящего типа.

Определим паросодержание на выходе из экономайзера по формуле:

 

 

По чертежам парового котла составляем эскиз экономайзера в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25, на котором указывают все конструктивные размеры.

По чертежам и эскизу заполняем таблицу:

Конструктивные размеры экономайзера

Таблица 9.2

Наименование величины	Обозначение	Единица	Величина
Наружный диаметр труб	d	м	0,032
Внутренний диаметр труб	dвн	м	0,026
Число труб в ряду	Z1	шт.
Число рядов походу газов	Z2	шт.
Поперечный шаг труб	S1	м	0,1
Продольный шаг труб	S2	м	0,055
Относительный поперечный шаг труб	S1/d	-	3,125
Относительный продольный шаг труб	S2/d	-	1,719
Расположение труб	-	-	Шахматное
Характер взаимного движения сред	-	-	Противоток
Длина горизонтальной части петли змеевиков	м5,92
Длина проекции одного ряда труб на горизонтальную плоскость сечения	м6
Длина трубы змеевика	м231,353
Поверхность нагрева ЭКО по чертежу	Hэк. ч.	м2	883,809
Глубина газохода	a	м
Ширина газохода	b	м	6,7
Площадь живого сечения для прохода газов	Fг	м2	9,752
Средняя эффективная толщина излучающего слоя	S	м	0,168
Суммарная глубина газовых объемов до пучков	м4,2
Суммарная глубина пучков труб	м4,32
Количество змеевиков, включенных параллельно по воде	m	шт.
Живое сечение для прохода воды	f	м2	0,02

 

Длину трубы змеевика определили по формуле:

 

 

Площадь живого сечения для прохода газов в экономайзере при поперечном омывании его газами определили по формуле:

 

,

 

где - длина проекции ряда труб на плоскость сечения, м;

Площадь живого сечения для прохода воды:

 

,

 

где

- количество змеевиков, включенных параллельно по воде.

Поверхность нагрева экономайзера рассчитали по формуле:

 

 

Средняя эффективная толщина излучающего слоя:

 

 

Проверим скорость продуктов сгорания на входе в экономайзер:

 

 

Скорость газов на входе в экономайзер не выше допустимой (14 м/с).

Проверим скорость воды на входе в экономайзер:

 

 

В этой формуле - удельный объем питательной воды на входе в экономайзер, значение взято по таблице удельных объемов и энтальпий воды при и .

Коэффициент теплопередачи для экономайзера определяется по формуле

 

,

 

где - коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, - коэффициент загрязнения.

 

Найдем :

 

- поправка на эксплуатационные условия, берется из таблицы: ;

- поправка на диаметр; ;

- исходный коэффициент загрязнения, находится по номограмме. Для нахождения этого коэффициента находим среднюю скорость газов в экономайзере:

 

,

 

- средняя температура в экономайзере,

 

.

 

Находим

 

: ;

 

- поправка на фракционный состав золы. Находим :

 

.

 

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке определяется по формуле:

 

,

 

где

a_к - коэффициент теплоотдачи конвекцией; a¢_л-коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке и свободных от труб газовых объемов до пакетов трубных пучков; x = 1.

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяется по номограмме 13:

a_н=63 ккал/м²×ч×^оС; добавочные коэффициенты: С_z=1; С_ф=0,99; С_s=1; Þ

 

a_к = a_н×С_z×С_ф×С_s = 63×1×0,99×1 = 62,37 ккал/м²×ч×^оС.

 

определяется по формуле:

 

,

 

где

- коэффициент теплоотдачи излучением газового объема в трубном пучке; - температура газов в объеме камеры. находится по формуле:

 

 

где

- степень черноты продуктов горения, находится по формуле:

 

.

 

Для запылённого потока

 

,

 

где и уже известны, а и найдем по номограммам:

 

, .

.

 

Найдем :

 

.

 

Теперь надо найти по номограмме 19. Но перед этим надо найти температуру загрязнения стенки по приближенной формуле:

 

 

По номограмме найдем

 

.

 

Теперь мы можем найти коэффициент теплоотдачи излучением газового объема в трубном пучке:

 

 

Найдем температуру газов в объеме камеры :

 

 

Определим :

 

 

А - коэффициент, при сжигании каменных углей он равен 0,4.

Теперь мы можем найти сначала , а затем и :

 

 

Определяем температурный напор:

У нас экономайзер кипящего типа, следовательно:

 

 

Принимаем

 

 

находим температурный напор по формуле:

 

 

Определим расчётную поверхность экономайзера:

 

 

Определим невязку:

 

 

Невязка > 2% Þ вносим конструктивные изменения.

Найдем требуемую длину змеевика:

 

 

Следовательно, принимаем Z₂^к равное 80.

Вычислим высоту пакета экономайзера:

 

h_эк = (Z₂^к - 1) S₂ = (80-1) 0,055=4,345 м >1,5 м

 

Число пакетов:

 

n =h_эк /1,5=4,345/1,5=2,897 примем 3 пакета.

 

Вычислим высоту двух одинаковых пакетов:

_эк^’= (27-1) м

 

Вычислим высоту третьего пакета:

_эк^''= (26-1) м

 

Высота экономайзера:

_эк = h^п_эк+0,55 (n-1) = м

 

Расчет закончен. Расчёт воздушного подогревателя. По чертежам парового котла составляем эскиз воздухоподогревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25, на котором указывают все конструктивные размеры. По чертежам и эскизу заполняем таблицу:

Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя

 

Таблица 9.3

Наименование величиныОбозначениеЕдиницаВеличина
Наружный диаметр труб	d	м	0,04
Внутренний диаметр труб	dвн	м	0,037
Число труб в ряду (поперек движения воздуха)	Z1	шт.
Число рядов по ходу воздуха	Z2	шт.
Поперечный шаг труб	S1	м	0,06
Продольный шаг труб	S2	м	0,042
Относительный поперечный шаг труб	S1/d	-	1,5
Относительный продольный шаг труб	S2/d	-	1,05
Расположение труб	-	-	Шахматное
Характер омывания труб газами	-	-	Продольное
Характер омывания труб воздухом	-	-	Поперечное
Число труб, включенных параллельно по газам	Z0	шт.
Площадь живого сечения для прохода газов	Fг	м2	4,25
Ширина воздухоподогревателя по ходу воздуха	b	м	6,69
Высота одного хода по воздуху (заводская)	hх	м	2,66
Площадь живого сечения для прохода воздуха (заводская)	Fв	м2	6,73
Поверхность нагрева ВЗП	Hвп	м2	3812,5

 

Примечание: Трубчатые воздухоподогреватели, как правило, выполняются с вертикальным расположением труб в газоходе, внутри которых движутся газы, а воздух омывает шахматно расположенный пучок труб снаружи, омывание поперечное; взаимное движение сред характеризуется перекрёстным током. Число ходов воздуха не меньше двух.

Расчётным путем определим число труб, включенных параллельно по газам:

₀=Z₁×Z₂=104×38=3952

 

Площадь живого сечения для прохода газа:

 

 

Площадь живого сечения для прохода воздуха (по заданной заводской конструкции):

 

 

Поверхность нагрева ВЗП:

 

 

С использованием ранее выполненных расчётов для теплового расчёта воздухоподогревателя составляем таблицу исходных данных:

Таблица 9.4

Наименование величиныОбозначениеЕдиницаВеличина
Температура газов до воздухоподогревателя	J’’эк	°С	312,18
Температура газов за воздухоподогревателем	Jух	°С
Температура воздуха до воздухоподогревателя	t’в	°С
Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя	t’’в=tгв	°С
Объем газов при среднем коэффициенте избытка воздуха	Vг	м3/кг	6,30355
Теоретический объем воздуха	Vо	м3/кг	4,47
Отношение объема воздуха за воздухоподогревателем к теор. необходимому	b’’вп	-	1,06
Отношение объема рециркулирующего воздуха к теор. необходимому	bрц	-	0,1473
Объемная доля водяных паров	rH2O	-	0,1109
Тепловосприятие воздухоподогревателя по балансу	Qбвп	ккал\кг	323,726

 

Находим скорости газов и воздуха:

 

 

где

 

 

средняя температура воздуха.

Проверим соотношение скоростей газов и воздуха:

 

 

Следовательно, уточняем необходимую высоту хода воздуха. Для этого задаемся необходимой скоростью воздушного потока:

 

 

Определяем необходимую площадь живого сечения для прохода воздуха:

 

 

Находим необходимую высоту хода по воздуху и принимаем ее за исходную:

 

 

Определяем поверхность нагрева воздухоподогревателя:

 

 

Коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателя определяется по формуле:

 

,

 

где x = 0,75 - коэффициент использования поверхности нагрева.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для воздухоподогревателя определяется по формуле:

 

 

При продольном омывании трубной поверхности дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяем по номограмме 14: a_н=30 ккал/м²×ч×^оС; добавочные коэффициенты: С_ф=1,14; С_l=1 a_к = a_н×С_ф×С_l = 30×1,14×1 = =34,2 ккал/м²×ч×^оС.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху для воздухоподогревателя определяется по формуле:

 

 

При поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяем по номограмме 13: a_н= 53 ккал/м²×ч×^оС; добавочные коэффициенты: С_z=1; С_ф=0,956; С_s=1,02; Þ

 

a_к = a_н×С_z×С_ф×С_s = 53×1×0,956×1,02 = 51,6814 ккал/м²×ч×^оС.

 

Определим коэффициент теплопередачи :

 

 

Определим температурный напор:

 

 

найдем температурный напор для противотока:

 

 

Так как у нас более сложная схема (не чистый противоток), то необходимо по номограмме и по безразмерным параметрам определить поправочный коэффициент y. Сначала находим безразмерные параметры и :

 

 

По номограмме находим: y= 0,947.

Найдем температурный напор с учетом этой поправки:

 

 

Определим расчётную поверхность:

 

 

Невязка:

 

 

Невязка < 10% конструктивных изменений вносить не требуется.

Расчет закончен.

 

Список литературы

 

2) Тепловой расчёт котельных агрегатов. (Нормативный метод) /Под редакцией Н.В. Кузнецова. - М.: Энергия, 1973. - 296с.

3) Резников М.И. Парогенераторные установки электростанций. - М.: Энергия, 1974. - 360с.

4) Методические указания по определению коэффициента полезного действия паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново, 1987. - 36с.

5) Методические указания по определению коэффициента теплопередачи и температурного напора при расчёте поверхностей нагрева паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново; ИЭИ, 1987.

6) Методические указания по поверочному расчёту топочной камеры и фестона паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново; ИЭИ, 1987.

7) Методические указания по конструкторскому расчёту пароперегревателя и хвостовых поверхностей паровых котлов / Парилов В.А., Ривкин А.С., Ушаков С.Г., Шелыгин Б.Л. - Иваново; ИЭИ, 1991. - 36с.

8) Александров В.Г. Паровые котлы средней и малой мощности. - Л.: Энергия, 1972. - 200с.

9) Ковалёв А.П., Лелеев Н.С., Виленский Т.В. Парогенераторы: Учебник для ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 376с.