7. Определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла

1. При выполнении расчёта в целях уменьшения ошибок и связанных с ними пересчётов до проведения поверочно-конструкторских расчётов пароперегревателя целесообразно определить тепловосприятия этих поверхностей по уравнениям теплового баланса и свести тепловой баланс по паровому котлу в целом.

2. Тепловосприятия пароперегревателя и воздухоподогревателя определяют по уравнениям теплового баланса рабочего тела (пара, воздуха), а тепловосприятие экономайзера – по уравнению теплового баланса теплоносителя (продуктов сгорания).

3. Тепловосприятие пароперегревателя определяют по формуле:

Находим при P_пе=40 кгс/см² и t_пе=450^oC  i_пе=795.8 ккал/кг;

при P_б=45 кгс/см² и температуре насыщения  i_н=668,1 ккал/кг;

i_по=20 ккал/м³;

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения факела топки, принимаем для упрощения расчётов равным нулю(Q_пе^л =0), а угловой коэффициент фестона Х_ф=1.

В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекцией: Q_пе^к = Q_пе.

Для газохода пароперегревателя уравнение теплового баланса теплоносителя (дымовых газов) имеет вид:

Это уравнение решают относительно искомой энтальпии газов за пароперегревателем:

Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить температуру дымовых газов за ним _пе=551,2⁰С;

7.4)Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха. Т.к. предварительный подогрев воздуха, и рециркуляция горячего воздуха отсутствуют, то тепловосприятие воздухоподогревателя определяем:

где I^о_гв находим по t_гв=215^oC  I^о_гв=666,55 ккал/кг;

_вп – отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:

где I_ух – энтальпия уходящих газов, которую находим по t_ух=140^oC  I_ух=622,148 ккал/кг;

I^о_ух – энтальпия теоретического объёма воздуха, которую при t_прс=( t_гв + t^I_в)/2=(215+30)/2=122,6 ^oC  I_прс=377,87 ккал/кг;

Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним _эк=272,8⁰С;

5. Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):

5. Определяем невязку теплового баланса парового котла:

8. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя

1. Целью поверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя является определение его 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(расчётную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают её с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.

2. По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 125.

3. По чертежам и эскизу заполняем таблицу:

Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя

Наименование величин		Обозн.		Раз-ть	Номер ступени по газоходу						Весь пароперегреватель
					1			2
Наружный диаметр труб	D		м			0,038	0,038			0,038
Внутренний диаметр труб		Dвн		м	0,032			0,032			0,032
Количество труб в ряду		Z1		--	40			40			40
Количество труб по ходу газов		Z2		--	6			12			18
Шаг труб: Поперечный		S1		м	0,11
Продольный		S2		м	0,093				0,0909			0,09194
Относительный шаг труб Поперечный		S1/d		--	2,895			2,895			2,895
Продольный		S2/d		--	2,447			2,392			2,4195
Расположение труб змеевика		--		--	Коридорное
Характер взаимного течения		--		--	смешанный ток
Длина трубы змеевика		L		м	21,45			21,1			--
Поверхность примыкающая к стенке		Fстх		м2	3,6463			7,689			11,242
Поверхность нагрева		H		м2	106,045			108,386			214,461
Размеры газохода: высота на входе высота на выходе		a a		м м	3,9 3,35			1,788 1,875			-- --
ширина		b		м	4,4
Площадь живого сечения на входе		F		м2	11,954			5,4352			--
Площадь живого сечения на выходе		F		м2	9,914			5,818			--
Средняя площадь живого сечения		Fср		м2	10,934			5,6266			6,8594
Средняя эффективная толщина излучающего слоя		Sф		м	--			--			0,27078
Глубина газового объёма до пучка		Lоб		м	0,475			2,1			2,575
Глубина пучка		Lп		м	0,465			1			1,465
Количество змеевиков, включённых параллельно по пару		m		шт	40
Живое сечение для прохода пара		f		м2	0,03216			0,03216			0,03216

8.3.1)Целесообразность разделения пароперегревателя на ступени обычно определяют характкром взаимного движения сред (газов и пара) и размещением между ступенями пароохладителей. Нумерация ступеней ведётся по ходу газа. Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) l_i и числу труб в ряду (поперёк газохода) Z₁.В неё также включается поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемая дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка) F_ст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме на основании соотношений S₁/d и е/d.

Таким образом, с учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева каждой ступени определяем по формуле:

Н_i = d_iZ₁ⁱ l_i + F_{ст i}х.

2. Глубину газового объёма до пучка каждой ступени и глубину пучка ступени определяют по рекомендациям и четежу.

3. Поперечный шаг в пределах каждой ступени не изменяется и поэтому совпадает со средним

его значением. По средним значениям шагов для пароперегревателя и среднему диаметру находим эффективную толщину излучающего слоя:

2. Т.к диаметры труб первой и второй ступени не одинаковы, то средний диаметр находим по формуле:

2. Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяют по формуле:

F_i = a _ib - d_iZ₁ⁱ l_{I пр};

Площадь среднего живого сечения для прохода газов перегревателя в целом получают:

Площадь среднего живого сечения для прохода пара для каждой ступени пароперегревателя:

Его среднее значение рассчитывают по формуле похожей на (8.1).

4. Составляем таблицу исходных данных поверочно-конструкторского теплового расчёта пароперегревателя:

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Величина
Температура газов до пароперегревателя	ф	0С	967,85
Температура газов за пароперегревателя	пе	0С	551,2
Температура в состояния насыщения	tн	0С	257,41
Температура перегретого пара	tпе	0С	450
Средний удельный объём пара	ср	м3/кг	0,0625
Конвективное восприятие	Qkпе	ккал/кг	1849,4
Объёмы газов на выходе из топки при српе	Vг	м3/кг	12,0389
Объёмная доля водяных паров	rH2O	--	0,18107
Объёмная доля трёхатомных газов	rRO2	--	0,2673

Средний удельный объём пара находят с использованием по удельным объёмам пара в состоянии насыщения и перегретого пара:

Все остальные величины определены ранее.

5. Коэффициент теплопередачи определяют для пароперегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц.

Коэффициент теплопередачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

8.5.1)Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

Где _к—коэффициент теплоотдачи конвекцией; _л—коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке;  -- коэффициент тепловой эффективности поверхности;  = 1;

Для определения _к—коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб рассчитаем среднюю скорость газового потока:

При поперечном омывании коридорных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме:

_н=43 ккал/м²ч^оС; добавочные коэффициенты: С_z=1; С_ф=1,189; С_s=1;  _к = _нС_zС_фС_s = =4311,1891 = 51,127 ккал/м²ч^оС;

Для нахождения _л используем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:

Для незапылённой поверхности kpS = k_гr_nSp, где р = 1кгс/ см²; r_n=0,2673;

р _nS = r_nS = 0,26730,27078 = 0,0733;

По номограмме находим k_г = 2,4; 

Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:

T_з = T_пе^ср + 25 = 353,1 + 25 = 378,1 ^оС;

По номограмме находим С_г=0,96; _н=112 ккал/м²ч^оС;  _л = _наС_г =112,20,960,1613=17,37 ккал/м²ч^оС;

При расчёте пароперегревателя и экономайзера на величину _л необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:

Где Т_к -- температура газов в объёме камеры, (К); l_об и l_п -- соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка, м; А – коэффициент: при сжигании мазута А=0,3;

2. Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости пара:

При этой скорости пара С_d = 0,975; _н = 1000 ккал/м²ч^оС;  _л = _нС_d = 10000,975 = 975 ккал/м²ч^оС;

8.5.3)Коэффициент теплоотдачи:

4. Температурный напор:

 температурный напор с достаточной точностью можно найти как:

Поправочный коэффициент  определяют по номограмме и по безразмерным параметрам:

По А и Р находим = 0,9894

8.6)Определим расчётную поверхность:

Невязка:

Невязка > 2%  вносим конструктивные изменения.

8.7)Найдем число петель змеевика, которое надо добавить:

Округляя до целого получаем, что добавление петель не требуется. Поверочный расчёт выполнен.