3.3 Проверочно-конструкторский расчёт водяного экономайзера
Целью расчёта является определение расчётной поверхности нагрева при известном тепловосприятии и заданных чертежами конструктивных размерах и характеристиках.
Табл. 3.3.Исходные данные к расчёту водяного экономайзера
Наименование величин |
Обозначение |
Размерность |
Величина |
Температура газов до экономайзера |
|
0С |
592 |
Температура газов за экономайзером |
|
0С |
368,2 |
Температура питательной воды |
|
0С |
110 |
Давление питательной воды перед экономайзером |
|
|
47,52 |
Энтальпия питательной воды |
|
|
463,9 |
Тепловосприятие по балансу |
|
|
2596,04 |
Объём газов при среднем избытке воздуха |
VГ |
|
7,7046 |
Объёмная доля водяных паров |
|
─ |
0,0911 |
Суммарная объемная доля трёхатомных газов |
rп |
─ |
0,2287 |
Массовая концентрация золы в газоходе |
μзл |
|
0,0148 |
Давление воды перед водяным экономайзером :
Определение энтальпии и температуры питательной воды после экономайзера.
3.3.1 Уравнение теплового баланса по рабочему телу:
где
– пропуск воды через экономайзер, при
поверхностных пароохладителях, включенных
по воде до водяного экономайзера
;
–
расчетный расход топлива;
и 
- энтальпия питательной воды за
экономайзером и перед ним соответственно:
где
– съем тепла в пароохладителе [1, стр.50];
Выражаем энтальпию за экономайзером :
Определяем температуру питательной воды до и после экономайзера:
Энтальпия воды (пара) в состоянии насыщения
энтальпия воды на выходе из экономайзера,
т. е. 
поэтому экономайзер некипящего типа.
По чертежам парового котла составляем эскиз экономайзера в двух проекциях и указываем конструктивные размеры поверхности.
По чертежам и эскизу составим таблицу конструктивных размеров и характеристик экономайзера, определим исходные площади живых сечений для прохода газов и воды.
Табл. 3.4.Конструктивные размеры экономайзера.
Наименование величины |
Обозначение |
Единица |
Величина |
Наружный диаметр труб |
|
м |
0,032 |
Внутренний диаметр труб |
|
м |
0,026 |
Число труб в ряду |
|
шт. |
20 |
Число рядов труб по ходу газов |
|
шт. |
44 |
Поперечный шаг труб |
|
м |
0,1 |
Продольный шаг труб |
|
м |
0,052 |
Относительный поперечный шаг |
|
- |
3,125 |
Относительный продольный шаг |
|
- |
1,625 |
Расположение труб |
- |
шахматное |
|
Характер взаимного движения труб |
- |
противоток |
- |
Длина горизонтальной части петли змеевиков |
|
м |
|
Длина проекции одного ряда труб на горизонтальную плоскость сечения |
|
м |
6,253 |
Длина трубы змеевика |
|
м |
139,8 |
Поверхность нагрева ЭКО |
|
м2 |
810 |
Глубина газохода |
|
м |
2 |
Ширина газохода |
|
м |
6,7 |
Площадь живого сечения для прохода газов |
|
м2 |
9,398 |
Эффективная толщина излучающего слоя |
|
м |
0,1575 |
Суммарная глубина газовых объёмов до пучков |
|
м |
3,74 |
Суммарная глубина пучков труб |
|
м |
2,226 |
Количество змеевиков, включённых параллельно по воде |
|
шт. |
41 |
Живое сечение для прохода воды |
|
м2 |
0,0218 |
3.3.2 Поперечный шаг
(в ряду) труб 
для всего экономайзера одинаков;
3.3.3 Средний продольный шаг определяют:
где
- суммарная глубина пучков труб;
- число рядов по ходу газа.
3.3.4 Площадь живого сечения для прохода газов:
где
– наружный диаметр труб;
- глубина газохода;
- ширина газохода;
- длина проекции ряда труб на горизонтальную
плоскость.
3.3.5 Площадь живого сечения для прохода воды:
– количество змеевиков, включенных
параллельно по воде (
);
-
внутренний диаметр труб.
3.3.6 Проверяем скорость продуктов горения на входе в экономайзер:
–
расчетный расход топлива;
- средний объём продуктов горения в
пароперегревателе (табл 1.4.);
- температура газов за пароперегревателем;
- площадь живого сечения для прохода
газов.
Сравниваем получившуюся скорость с допустимой скоростью сжигания по табл. 3.6 [1, стр.73]:
3.3.7 Скорость воды на входе в экономайзер:
где
–
паропроизводительность котла;
-
удельный объём питательной воды на
входе в экономайзер табл.1.10 [1, стр.18];
- площадь живого сечения для прохода
воды.
Проверяем скорость
воды на входе в экономайзер. Так как
экономайзер некипящего типа, то для
смывания пузырьков воздуха и газа с
внутренней поверхности труб необходимо,
чтобы 
Условие выполнено.
3.3.8 Поверхность нагрева экономайзера
где
= 0,032 м – наружный диаметр труб;
– количество змеевиков, включенных
параллельно по воде
(
-число
труб в ряду);
- длина змеевика, м:
здесь 
-
длина горизонтальной части петли
змеевика.
Тогда:
3.3.9 Коэффициент теплопередачи определяется для перегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц 3.3. и 3.4. и в соответствии с указаниями разд.4[1].
При сжигании твёрдых топлив и шахматном расположении труб коэффициент теплопередачи определяют по формуле:
- коэффициент тепловой эффективности.
–
коэффициент теплоотдачи от газов к
стенке:
здесь
- коэффициент использования поверхности
нагрева, учитывающий уменьшение её
тепловосприятия за счёт неравномерного
омывания поверхности газами, образования
застойных зон и частичного перетекания
газов мимо поверхности, для поперечно
омываемых трубных пучков принимают
;
3.3.9.1 Коэффициент
теплоотдачи конвекцией
– коэффициент теплоотдачи конвекцией, определяемый только диаметром труб и скоростью потока;
СZ – поправка на число рядов труб по ходу газов;
CS – поправка на компоновку трубного пучка, которую определяют в зависимости от относительных шагов труб;
СФ – поправка на изменение физических свойств среды в зависимости от средней температуры потока и объёмной доли водяных паров в дымовых газах;
Определим среднюю скорость газового потока в пароперегревателе по:
- площадь живого сечения для прохода газов,
- расчетный расход топлива,
- объем газов на 1 кг топлива (табл 1.4).
По средней скорости
W,
диаметру труб (32 мм) по номограмме 8 [1,
стр. 128] находим коэффициент теплоотдачи
конвекцией 
и определяем поправки по номограмме 7
[1, стр. 127] и формулам (4.15в) и (4.14а) [1,стр.91]:
поправка на число рядов труб по ходу газов или воздуха:
При
поправка на компоновку трубного пучка, зависящая от относительных шагов труб:
-коэффициент, определяемый в зависимости от относительного поперечного
шага и значения :
Т.о.
При
поправка на изменение физических свойств среды в зависимости от средней температуры потока и объёмной доли водяных паров в дымовых газах:
при 
Тогда коэффициент теплоотдачи конвекцией:
3.3.9.2 Коэффициент теплоотдачи излучением определяется в зависимости от температур потока и стенки (определяем по номограмме 18 [1, стр. 134] ) и степени черноты продуктов горения :
Для определения необходимо знать температуру загрязнённой стенки рассчитываемой поверхности нагрева. При сжигании твердых топлив для конвективных пароперегревателей:
Тогда 
.
Степень черноты потока:
где
- суммарная оптическая толщина продуктов сгорания.
Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков:
- наружный диаметр труб;
- поперечный шаг труб;
- продольный шаг труб;
=140 - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами определили по монограмме 2 [1, стр.124];
Определяем по (2.11):
Тогда получим:
-
находим по монограмме 18 [1, стр.134]
Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов горения для запылённого потока:
При расчете пароперегревателя на полученную величину необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед пароперегревателем и между отдельными пакетами, которые увеличивают передачу тепла излучением:
где
=3,740м и =2,226м - соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка;
А – коэффициент, при сжигании каменных углей А=0,4 [1, стр.94];
– температура газов в объёме камеры:
Таким образом, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для фестона:
Коэффициент теплопередачи для экономайзера:
Определение температурного напора.
3.3.10 Температурный напор определяем как среднелогарифмическую разность температур:
Расчётная поверхность экономайзера.
3.3.11 Расчетную поверхность экономайзера определяем по уравнению теплопередачи
3.3.12 Невязка поверхностей нагрева:
Следовательно, нужно внести конструкторские изменения.
Требуемая длина змеевика:
Число рядов:
Принимаем 
Высота пакета водяного экономайзера:
