Расчет пароперегревателя может быть конструктивным или повероч-ным. Конструктивный расчет выполняется при создании новых паровых кот-лов в конструкторских бюро заводов-изготовителей.
При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего приходится выполнять поверочный расчет пароперегревателя. Задачей расче-та в этом случае является определение температуры продуктов сгорания по-сле пароперегревателя и выявление возможности при имеющейся поверхно-сти нагрева пароперегревателя получить необходимую температуру перегре-того пара. Если в результате расчета выявится, что существующая поверх-ность нагрева пароперегревателя не обеспечит необходимой температуры перегретого пара, то должны быть разработаны соответствующие мероприя-тия и внесены коррективы в чертежи поверхности нагрева пароперегревате-ля.
Последовательность расчета пароперегревателя зависит от расположе-ния его в газовом тракте котельного агрегата, способа регулирования темпе-ратуры перегрева пара и схемы включения регулятора перегрева.
Для промышленных паровых котлов, как правило, применяются кон-вективные пароперегреватели, расположенные после первого конвективного пучка труб поверхности нагрева, для получения перегретого пара с темпера-турой до 450оС. Паровые котлы низкого давления обычно вырабатывают пар с температурой около 250оС и не имеют регулятора перегрева. Паровые кот-лы с давлением 4 МПа вырабатывают перегретый пар с температурой около 450оС и имеют поверхностные или впрыскивающие пароохладители, уста-новленные врассечку. В соответствии с этим ниже рассматривается последо-вательность расчета пароперегревателей, показанных на рис. 5.6.
|
|
Расчет конвективного пароперегревателя, имеющего поверхностный или впрыскивающий пароохладитель, установленный врассечку (рис. 5.6, г),
производится по частям. Сначала рассчитывается первая по ходу продуктов сгорания часть.
Рис. 5.6. Схемы конвективных пароперегревателей: а – противоточная; б – прямоточная без пароохладителя; в – с последовательно-смешанным током без пароохладителя; г – с последовательно-смешанным током и пароохлади-телем, установленным врассечку; 1 – барабан котла; 2 – коллектор перегрето-го пара; 3 – змеевики пароперегревателя; 4 – поверхностный или впрыски-вающий пароохладитель; I, II – части пароперегревателя по движению про-дуктов сгорания.
Расчет пароперегревателя производится в такой последовательности:
1. По имеющимся чертежам определить площадь поверхности нагрева первой части пароперегревателя, относительный поперечный и продольный шаг трубы (S 1 d, S 2 d), расположение труб (шахматное или коридорное), площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания и пара.
2. Выбрать основные расчетные параметры: температуру продуктов сгорания на входе в пароперегреватель (берется из расчета предыдущей поверхности нагрева), давление, температуру и энтальпию перегретого пара. Задаться тепловосприятием пароохладителя iпо = 60 85 кДж/кг.
3. Задаться двумя температурами продуктов сгорания после первой части пароперегревателя. В дальнейшем весь расчет выполнить при двух температурах продуктов сгорания.
4. Для двух выбранных температур продуктов сгорания определить теплоту, отданную продуктами сгорания пару (кДж/кг или кДж/м3).
|
|
5. Вычислить энтальпию пара на выходе из пароохладителя, приравняв теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой паром (кДж/кг),
|
где iпе – энтальпия перегретого пара, берется по давлению и температуре из таблиц водяных паров, кДж/кг; Bр – расчетный расход топлива, определяет-ся по формуле (3.19), кг/с.
6. Из таблиц для водяных паров по значениям энтальпии и давления найти температуру пара после пароохладителя.
7. Определить температурный напор. При последовательно-смешанном токе (рис. 5.6, в и первая часть пароперегревателя на рис. 5.6, г) температур-
ный напор (°С) определяется выражением
tпе = tпрт, (5.24)
где tпрт – температурный напор при противотоке, определяется по формуле (5.19); – коэффициент пересчета от противоточной схемы к последова-
тельно-смешанному току, определяется по номограмме, приведенной на рис. 5.7.
Рис. 5.7. Номограмма для определения температурного напора при последо-вательно-смешанном токе продуктов сгорания
При прямотоке температурный напор определяется по формуле (5.19).
|
|
|
|
|
|
|
Для пользования номограммой, показанной на рис. 5.7, вычисляются безразмерные определяющие параметры:
A = Hпрм H; (5.25)
P = t
t
t
; (5.26)
R = t t, (5.27) где Hпрм – поверхность нагрева, в которой осуществляется прямоток, м2; H – полная поверхность нагрева рассчитываемой части пароперегревателя, м2;
|
|
и – температура продуктов сгорания на входе и выходе рассчитывае-мой части поверхности нагрева пароперегревателя, °С; t и t – температура пара на входе и выходе рассчитываемой части поверхности нагрева паропе-регревателя, °С.
8. Подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания в газоходе па-роперегревателя (м/с)
|
9. Определить коэффициент теплоотдачи конвекций (к). При попе-речном омывании коридорных и шахматных пучков труб коэффициент теп-лоотдачи определяется по формуле (5.10).
10 Вычислить расчетную скорость пара в змеевиках пароперегревателя (м/с)
п = D cр / f, (5.29) где D – расход пара, кг/с; ср – средний удельный объем пара, м3/кг (опреде-
ляется из таблиц водяных паров при среднеарифметических давлении и тем-пературе пара рассчитываемой части пароперегревателя); f – площадь жи-
11. Подсчитать коэффициент теплоотдачи от стенки к пару, Вт/(м2 К), 2 = нcd, (5.30)
где н – коэффициент теплоотдачи, определяемый из номограммы, показан-ной на рис. 5.8, по средним значениям скорости, давления и температуры па-ра в рассчитываемой части пароперегревателя; cd – поправочный коэффици-ент, определяемый по кривой, показанной на рис. 5.8.
12. Найти степень черноты газового потока в соответствии с указания-ми п. 8 раздела 5.1 (рекомендуемый порядок расчета конвективных поверх-ностей нагрева).
13. Вычислить температуру стенки труб пароперегревателя, принимае-мую равной при сжигании твердого и жидкого топлива температуре наруж-ного слоя золовых отложений на трубах (°С)
t = t + + 1 BpQ, 2
(5.31)
где t – среднеарифметическое значение температуры пара в рассчитываемой части пароперегревателя, оС; – коэффициент загрязнения, м2 К/Вт (для па-роперегревателей с коридорным и шахматным расположением труб при сжи-гании жидких топлив принимается = 0 00257; для пароперегревателей с ко-
ридорным расположением труб при сжигании твердых топлив 0 0043). При сжигании газообразного топлива температура загрязненной стенки
труд пароперегревателя (°С)
tз = t 25, (5.32) где t – среднеарифметическое значение температуры пара в рассчитываемой части пароперегревателя.
Рис. 5.8. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к пе-регретому пару при продольном омывании змеевиков пароперегревателя
14. Определить коэффициент теплоотдачи излучением; Вт/м2 К). Для незапыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива)
л = нсга, (5.33)
где н – коэффициент теплоотдачи излучением, определяется из номограм-мы, показанной на рис. 5.4, сг – поправка, вводимая при отсутствии золовых частиц в продуктах сгорания (рис. 5.4); а – степень черноты продуктов сго-рания.
15. Подсчитать коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке труб пароперегревателя, Вт/(м2 К),
1 = (к л), (5.34)
где – коэффициент использования (для поперечно омываемых пучков труб конвективных пароперегревателей принимается =1); к – коэффициент те-плоотдачи конвекций от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м2 К), определяется по п. 7 раздела 5.1.
16. Определить коэффициент теплопередачи. Для шахматных и кори-дорных пучков труб при сжигании газа и мазута, Вт/(м2 К),
|
т >1,03 определяется из табл. 5.1.
17. Вычислить количество теплоты, воспринятое пароперегревателем (кДж/кг или кДж/м3),
|
|
18. По принятым двум значениям температуры и полученным значени-ям Qб и Qт производится графическая интерполяция для определения тем-пературы продуктов сгорания после пароперегревателя (рис. 5.5).
19. По найденной температуре р и уравнению (5.22) определить Qб, а из уравнения (5.23) – энтальпию пара на выходе из пароохладителя iпо. На этом расчет первой части пароперегревателя заканчивается.
Расчет второй (по ходу продуктов сгорания) части пароперегревателя, имеющего пароохладитель, включенный врассечку, и расчет пароперегрева-телей, схемы которых показаны на рис. 5.6, а-в, производится в такой после-довательности:
1. По чертежам определить поверхность нагрева всего пароперегрева-теля или рассчитываемой второй части, относительные шаги труб S 1 d и
S 2 d, характер расположения труб, площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания и пара.
2. Выбрать основные расчетные параметры: температуру продуктов сгорания перед пароперегревателем или перед частью его (берется из расчета предыдущей поверхности нагрева), давление, температуру и энтальпию пере-гретого пара (или энтальпию перегретого пара после второй части паропере-гревателя).
Энтальпия пара после второй части пароперегревателя (кДж/кг)
iпо iпо + iпо. (5.37) 3. Из таблиц для перегретых паров по величине iпо и давлению пара
найти температуру перегретого пара после второй части пароперегревателя.
4. Определить тепловосприятие пароперегревателя (кДж/кг или кДж/м3):
без пароохладителя
|
|
с поверхностным пароохладителем (при расчете второй части паропе-регревателя)
|
с впрыскивающим пароохладителем
|
где iпе – энтальпия перегретого пара, кДж/кг; iпо – энтальпия пара после вто-рой части пароперегревателя, кДж/кг; D – расход перегретого пара, кг/с; Bр – расход топлива, м3/с или кг/с; D – расход охлаждающей воды на
впрыскивающий пароохладитель, кг/с.
Расход воды на впрыскивающий пароохладитель (кг/с)
|
где iж – энтальпия воды, подаваемой в пароохладитель (при впрыске «собст-венного конденсата» парового котла определяется по таблицам водяных па-ров для давления в конденсаторе).
5. Из уравнения теплового баланса определить энтальпию продуктов
сгорания после всего пароперегревателя или его второй части (кДж/кг или кДж/м3)
Iпп = Iпп Qпе
|
(5.42)
где Iпп – энтальпия продуктов сгорания перед пароперегревателем, известна из расчета предыдущей поверхности нагрева, кДж/кг или кДж/м3; – коэф-
|
пия теоретического объема воздуха, определяется по формуле (3.4); Qпе – тепловосприятие пароперегревателя или его части.
6. По величине Iпп из табл. 2.5 при коэффициенте избытка воздуха по-сле пароперегревателя определить температуру продуктов сгорания после пароперегревателя.
7. При расчете второй части пароперегревателя коэффициент теплопе-редачи следует принимать равным коэффициенту теплопередачи, рассчитан-ному для первой части. В остальных случаях расчет коэффициента теплопе-редачи выполнять в последовательности, описанной при расчете первой час-ти пароперегревателя.
8. В зависимости от схемы взаимного движения продуктов сгорания и пара определить температурный напор: при противотоке и прямотоке по формуле (5.19), при последовательно-смешанном токе по формуле (5.24).
9. По уравнению теплопередачи определить теплоту, воспринятую па-роперегревателем (кДж/кг или кДж/м3),
|
10. Произвести сравнение тепловосприятий пароперегревателя Qт и Qпе (в процентах), определяемых по уравнениям (5.43), (5.38) – (5.40):
|
Если расхождение между Qт и Qпе составляет не более 2% (при отсут-ствии пароохладителя не более 3%), расчет пароперегревателя считается оконченным, так как существующая поверхность нагрева обеспечит необхо-димую температуру перегретого пара.
В противном случае следует определить необходимую площадь по-верхности нагрева всего пароперегревателя или его второй части (м2):
|
Уменьшение поверхности нагрева пароперегревателя или его второй части может быть достигнуто, укорачиваем змеевиков или удалением (вы-резкой) отдельных змеевиков, а также торкретированием змеевиков. При удалении змеевиков образовавшиеся коридоры должны быть заложены огне-упорным кирпичом, т.е. площадь живого сечения и поперечный шаг змееви-ков S 1 должны быть сохранены прежними. Увеличение поверхности нагрева пароперегревателя или его второй части может быть достигнуто удлинением змеевиков.