2. Поверочно-конструкторский расчет пароперегревателя

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

2.2. По чертежам парового котла составляют эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25 или 1:50 (по согласованию с руководителем) и схему движения пара. На эскизе указывают все конструктивные размеры поверхности. Пример эскиза приведен на рис. 10

2.2.1. По чертежам, эскизу и данным из таблицы 4 в приложении составляют табл.21 конструктивных размеров и характеристик пароперегревателя, определяют фактические (по чертежу) поверхности нагрева, площади живых сечений для прохода газов и пара как для отдельных ступеней поверхности, так и в целом для всего пароперегревателя. Целесообразность разделения пароперегревателя на ступени обычно определяют характером взаимного движения сред (газов и пара) и размещением между ступенями пароохладителей. Нумерация ступеней в указаниях ведется по ходу газа. Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учетом гибов) l_i и числу труб в ряду (поперек газохода) z₁ . В нее включают также поверхность труб, приникающих к обмуровке, называемую дополнительной, которую определяют как произведение площади стены F_ст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме 1 (рис.7 в приложении) на основании соотношений S₁/d и e/d, причем e/d≈/d=0,5.

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

F_iпе=z₁ⁱ·d_i··l_i + Fст_i·x, (97)

Рис. 10. Эскиз пароперегревателя парового котла Е-35-40

2.2.2. Глубину газового объема до пучка каждой ступени l_iоб и глубину пучка ступени l_iп определяют по рекомендациям раздела III.

Поперечный шаг в пределах каждой ступени пароперегревателей на рис. 10 не изменяется и потому совпадает со средним его значением.

Средний продольный шаг для каждой ступени определяют расчетом по формуле:

S₂ⁱ=l_iп/(zⁱ-1), (98)

Средние шаги (поперечный или продольный) для пароперегревателя в целом определяют по формуле:

S_i^ср=(S'·F_1пе+S_i"·F_2пе)/(F_1пе+F_2пе), (99)

По средним значениям шагов для пароперегревателя в целом S₁^ср и S₂^ср и среднему диаметру d^ср рассчитывают эффективную толщину излучающего слоя S, м. (раздел III).

2.2.3. Нередко в первой и второй ступенях пароперегревателя диаметры труб не одинаковы. Тогда определяют средний диаметр (наружный и внутренний) труб для пароперегревателя в целом по формуле:

d^ср=(F_1пе+F_2пе)/(F_1пе/d₁+F_2пе/d₂), (100)

По средним значениям шагов и диаметров находят их средние относительные значения для перегревателя в целом.

Таблица 21.

Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя по чертежам и данным из табл. 4 в приложении.

Наименование величены	обозначение	Единица	Номер ступени по ходу газа		Весь пароперегреватель
			1	2
Наружный диаметр труб	d	м	d1	d2	dср
Внутренний диаметр труб	dвн	м	d1вн	d2вн	dвнср
Число труб в ряду	z1	Шт.	z1'	z1"	—
Число рядов по ходу газов	z2	Шт.	z2'	z2"	z2'+ z2"
Средний поперечный шаг труб	S1	м	S1'	S1"	S1ср
Средний продольный шаг труб	S2	м	S2'	S2"	S2ср
Средний относительный поперечный шаг	S1/d	—	S1'/d	S1"/d	S1'ср/d
Средний относительный продольный шаг	S2/d	—	S2'/d	S2"/d	S2'ср/d
Расположение труб	—	—	Шахматное или коридорное		—
Характер взаимного движения сред	—	—	Противоток, прямоток, смеш. ток и т.п.		—
Длина трубы змеевика	l	м	l1	l2	—
Поверхность, примыкающая к стене	Fст··x	м2	Fст2··x	Fст2··x	(Fст1+ Fст2)·x
Поверхность нагрева	Fпе	м2	F1пе	F1пе	F1пе+F1пе
Высота газохода на входе	A'	м	a1'	a2'	—
Высота газохода на выходе	a"	М	a1"	a2"	—
Ширина газохода	b	м	b	B	b
Площадь живого сечения для прохода газов на входе	F'	м2	F1'	F2'	—
То же на выходе	F"	м2	F1"	F2"	—
То же среднее	Fср	м2	F1ср	F2ср	Fср
Средняя эффективная толщина излучающего слоя	S	м	—	—	S
Глубина газов объёма до пучка	lоб	м	l1об	l2об	(l1+ l2)об
Глубина пучка	lп	м	l1п	l2п	(l1+ l2)п
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару	M	Шт.	m1	M2	mср
Живое сечение для прохода пара	f	м2	f1	f2	fср

2.2.4. Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном омывании газами пароперегревателя определяют на входе и выходе для каждой ступени (рис.10), а затем их усредняют. Если сечение входа F_вх и F_вых отличаются не более чем на 25%, то средние площадь сечения находят как среднеарифметическое, если же отличаются более чем на 25%, то усредняют по формуле 77 (раздел IV)

Площадь живого сечения на входе и выходе определяют по формуле:

F_i= a_i·b – z₁ⁱ·d_i·l_iпр, (101)

где a_i- высота газохода на входе в ступень и на выходе из нее, принимаемая в плоскости, проходящей через оси первого и последнего ряда труб м.; l_iпр - длина проекции первого или последнего ряда труб на соответствующую (входную или выходную) плоскость сечения, м. Необходимо иметь в виду, что l_1пр a_i; b - ширина газохода (между обмуровкой боковых стен), м.; z₁ⁱ - число труб в ряду для рассматриваемого сечения; d_i - наружный диаметр труб соответствующей ступени, м.

Площадь среднего живого сечения для прохода газов перегревателя в целом получают усреднением живых сечений ступеней по формуле (м²):

F^ср=(F₁+ F₂)/[(F'₁/F₁^ср)+(F'₂/F₂^ср)], (102)

Площадь среднего живого сечения для прохода пара для каждой ступени определяют по формуле (м²):

f_i = m_i·· d² _{i вн}/4, (103)

Среднее его значение f^ср для перегревателя в целом рассчитывают по формуле, аналогичной (102).

2.3. Составляют таблицу исходных данных для поверочно-конструкторского теплового расчета пароперегревателя (табл. 22).

Средний удельный объем пара находят с использованием [1, 8] по удельным объемам пара в состоянии насыщения υ_н при давлении в барабане Р_б и перегретого пара υ_пе при его температуре t_пе и давлении после пароперегревателя Р_пе по формуле

υ_ср=( υ_н + υ_пе)/2, (104)

Все остальные величины были определены в предыдущих разделах.

2.3.1. Коэффициент теплопередачи определяют для перегрева­теля в целом по средним значениям необходимых величин из табл. 21,22 в соответствии с указаниями раздела III.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле (61), соответствующим номограммам и поправкам на l_об и l_п, рекомендованным в разделе III; средняя температура газов =( "_ф + "_пе)/2.

Таблица 22.

Наименование величин	Обозначение	Единица	Величина
Температура газов до пароперегревателя	"ф	0С
Температура газов за пароперегревателем	"пе	0С
Температура пара в состоянии насыщения	tн	0С
Температура перегретого пара	tпе	0С
Средний удельный объем пара в пароперегревателе	υср	м3/кг
Тепловосприятие конвективное по балансу	Qкпе	кДж/кг
Средний объем газов в пароперегревателе (при песр)	Vr	м3/кг (м3/м3)
Объемная доля водяных паров	н о	—
Суммарная объёмная доля трёхатомных газов	п	—
Массовая концентрация золы в газоходе		кг/кг

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару ₂ определяют по рекомендациям раздела III при средних значениях давления (Р_б+Р_пе/2), температуры (t_б+t_пе/2) и скорости пара _п^ср:

_п^ср= υ_ср·D_пе/f^ср, (105)

2.3.2. Температурный напор определяют в целом для всего пароперегревателя (раздел III).

Рекомендуемый в курсовом проекте метод определения среднего температурного напора для перегревателя в целом значительно сок­ращает объем расчетов (по сравнению с расчетом по ступеням), а вносимая при этом погрешность (в основном, за счет изменения тем­пературы пара в пароохладителе, установленном между ступенями) не оказывает серьезного влияния на результат теплового расчета.

Таким образом, на границах поверхности перегревателя в целом определяют больший и меньший температурные напоры (.как для чистого противотока) Δt'="_ф- t_пе и Δt"="_пе- t_н. Из значений Δt' и Δt" выбирают большие и меньшие Δt_б' и Δt'_м и ведут расчет по формулам раздела III.

Поправочный коэффициент Ψ определяют по номограмме12 рис. 21 в приложении. В пароперегревателях с последовательно смешанным током (рис.10) Ψ определяют из номограммы 12 по безразмерным параметрам A, P, R. Указанные параметры рассчитывают по формулам:

A=F_прм/F, (106)

P=( t_пе+t_н)/("_ф-t_н), (107)

R=("_ф+"_пе)/(t_пе+t_н), (108)

где F_прм — поверхность нагрева прямоточной ступени пароперегрева­теля, м²;

F — суммарная поверхность нагрева пароперегревателя, м².

2.4. Определяют расчетную поверхность пароперегревателя по уравнений теплопередачи (раздел III):

F_пе^р=Q_пе^к·B_р/K·Δt, (109)

и сравнивают с исходной поверхностью, изображенной на чертежах, эскизе, таблице 4 в приложении и указанной в табл.21.

Если невязка между этими поверхностями нагрева те превышает 2%, то никаких конструктивных изменений не вносят.

Если невязка ±[(F_пе^р-F_пе)/F_пе^р ]·100 > 2%,то необходимо соответст­венно увеличить или уменьшить число петель змеевика, как прави­ло , в выходном газоходе пароперегревателя, но их не следует выдвигать из горизонтального газохода в поворотную камеру более чем на треть глубины конвективной шахты. (Если в указанных габаритах конструктивная поверхность не размещается, ее развивают в кон­вективной шахте.).

Следует иметь в виду, что в "сдвоенной" петле змеевиков че­тыре ряда труб - для перегревателей на рис.10. Поэтому число петель n, которое необхо­димо разместить дополнительно или, наоборот, вырезать, определя­ют по формулам:

для пароперегревателе на рис. 10:

n ≈  (F_пе^p-F)/4··d_i·z₁ⁱ·_i, (110)

где d_iz₁ⁱ_i - соответственно наружный диаметр труб, м; число труб в ряду; высота газохода (м) в той ступени пароперегревате­ля, поверхность которой изменяют.

Полученное число n округляют до ближайшего целого n .

Следует иметь в виду, что n должно быть числом целым, поэто­му выполненная конструктивная поверхность F^p_k может немного не сов­падать с расчетной F^p. Изменения в компоновке пароперегревате­ля изображают на эскизе и чертеже.