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

В целях уменьшения количества ошибок и связанных с ними перечетов до проведения поверочно-конструкторских расчетов пароперегревателя, экономайзера и воздухоподогревателя определим тепловосприятия этих поверхностей по уравнениям теплового баланса и сведем тепловой баланс парового котла в целом.

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

Тепловосприятие пароперегревателя определим по формуле:

Где - паропроизводительность котла, кг/ч

Находим при Р_б=42 кгс/см²и температуре насыщения

, ккал/кг, при ϑ_пе=440⁰С, Р_пе=40 кгс/см²

i_по=20 ккал/кг – съем тепла в пароохладителе, служащем для регулирования температуры перегретого пара;

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:

Найдем величину температуры газов за пароперегревателем линейной интерполяцией по таблице 4 для , при

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. Тепловосприятие в воздухоподогревателе с рециркуляцией горячего воздуха на входе определим по формуле:

где I^о_гв находим по t_гв=205^oC  I^о_гв=693,3 ккал/кг;

I⁰_в находим по t’_в=50^оС  I⁰_в=166 ккал/кг.

– отношение объёма воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому:

– отношение объема рециркуляции в воздухоподогревателе горячего воздуха к теоретически необходимому:

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (продуктам сгорания) имеет вид:

Решим уравнение относительно энтальпии газов за экономайзером :

где I_ух находим по t_ух=190^oC  I_ух=900,64 , ккал/кг;

I^о_прс – энтальпия теоретического объёма воздуха, при температуре присасываемого воздуха

Используя таблицу 4 и при помощи линейной интерполяции найдем, что при

энтальпия теоретического объёма воздуха .

Энтальпии газов за экономайзером :

Полученное значение энтальпии газов за экономайзером позволяет определить температуру дымовых газов за ним

Тепловосприятие водяного экономайзера определим по уравнению теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):

Определим невязку теплового баланса парового котла:

2. Поверочно-конструкторский расчет папроперегревателя.

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 определим требуемую (расчётную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравним её сзаданной по чертежу и примем решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.

По чертежам парового котла составим эскиз пароперегревателя в двух проекциях и схему движения пара(рис.3). На эскизе укажем конструктивные размеры поверхности.

По чертежам и эскизу заполняем таблицу 8:

Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя Таблица 8

Наименование величин	Обозначение	Ед. изм.	Номер ступени по ходу газа		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
Число труб в ряду	z1	шт.	40	40	-
Число рядов по ходу газов	z2	шт.	6	16	22
Средний поперечный шаг труб	S1	м	0,11	0,11	0,11
Средний продольный шаг труб	S2	м	0,10	0,09	0,095
Средний относительный поперечный шаг	S1/d	-	2,895	2,895	2,895
Средний относительный продольный шаг	S2/d	-	2,63	2,37	2,50
Расположение труб	-	-	коридорное		-
Характер взаимного движения сред	-	-	смешанный		-
Длина трубы змеевика	l	м	22,25	32,8	-
Поверхность, примыкающая к стене	Fст*x	м2	3,619	8,01	11,55
Поверхность нагрева	H	м2	109,81	164,56	274,37
Высота газохода на входе	'	м	3,875	2,15	-
Высота газохода на выходе	"	м	3,325	1,875	-
Проекция труб на входе	l’iпр	м	3,5	1,7	-
Проекция труб на выходе	l”iпр	м	3,2	1,7	-
Ширина газохода	b	м	4,4	4,4	4,4
Площадь живого сечения для прохода газов на входе	F'	м2	11,73	6,876	-
Площадь живого сечения для прохода газов на выходе	F"	м2	9,766	5,666	-
Площадь живого сечения для прохода газов среднее	Fср	м2	10,658	6,213	7,46
Средняя эффективная толщина излучающего слоя	S	м	-	-	0,281
Глубина газов, объема до пучка	lоб	м	0,5	1,75	2,25
Глубина пучка	lп	м	0,5	1,35	1,85
Кол-во змеевиков, включенных параллельно по пару	m	шт.	40	40	40
Живое сечение для прохода пара	f	м2	0,032	0,032	0,032

Целесообразность разделения пароперегревателя на ступени обычно определяют характером 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 причём е/d  r/d =0,5  х=0,7.

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

Глубину газового объёма до пучка каждой ступениl_об и глубину пучка ступени l_п определяют по рекомендациям и чертежу. Средний продольный шаг для каждой ступени определяют расчетом по формуле:

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:

Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяем по формуле:

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

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

Составляем таблицу исходных данных для поверочно-конструкторского теплового расчёта пароперегревателя (таблица 9)

Таблица исходных данных для поверочно-конструкторского

теплового расчета пароперегревателя Таблица 9

Наименование величины	Обозначение	ед. изм.	Величина
Температура газов до пароперегревателя
Температура газов за пароперегревателя
Температура пара в состоянии насыщения
Температура перегретого пара
Средний удельный объём пара в пароперегревателе
Тепловосприятие конвективное по балансу
Средний объем газов в пароперегревателе при
Объемная доля водяных паров		-
Суммарная объемная доля трехатомных газов		-
Массовая концентрация золы в газоходе

Средний удельный объём пара находят по удельным объемам пара в состоянии насыщения при давлении в барабане и перегретого пара , при его температуре и давлении после пароперегревателя :

Найдем коэффициент теплопередачи при сжигании мазута икоридорном расположении труб в пароперегревателе по уравнению:

где -коэффициент теплоотдачи от газов к стенке; при средней температуре газов

-коэффициент теплоотдачи от стенки к потоку пара; при средних значениях давления и температуре

- коэффициент тепловой эффективности пароперегревателя;

Определим коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

где _к- коэффициент теплоотдачи конвекцией; - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке и свободных от труб газовых объемов до пакетов трубных пучков;  = 1;

Коэффициент теплоотдачи конвекцией_копределяем по номограмме предварительно рассчитываем скорость газов в пароперегревателе:

Рассчитаем среднюю температуру газов пароперегревателя:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конвекцией_к:

Найдем по номограмме:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при :_н =39, ккал/(м²*ч*⁰С);

Поправку на число рядов труб по ходу газов приотносительном шаге труб(поперек движения газов) : ;

Поправку на изменение физических свойств среды при и r_H2O= : ;

Поправку на компоновку трубного пучка при и приотносительном шаге труб(вдоль движения газов) : .

Определим коэффициент теплоотдачи излучением с необходимыми поправками связанными с наличием газового объема свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:

Где - температура газов в объеме камеры;

А- коэффициент равный при сжигании мазута А=0,3

Определим коэффициент теплоотдачи излучением _л:

Рассчитаем степень черноты потока :

где к*р*S - суммарная оптическая толщинагазового потока (не запыленного):

, , ,

м*кгс/см² → по номограмме

Примем температуру загрязненной стенки пароперегревателя, необходимой для определения по номограмме коэффициента теплоотдачи:

Определим по номограмме коэффициент теплоотдачи излучением и при и :_н=122,1 и

Вычислим коэффициент теплоотдачи от стенки к потоку пара:

Определим среднюю скорость потока пара:

По номограмме при , и определим:

коэффициент теплоотдачи конвекцией ;

поправку на внутренний диаметр труб пароперегревателя

Рассчитаем средний температурный напор для пароперегревателя по формуле:

Где – средний температурный напор для пароперегревателя исходя из предположения, что в нем осуществлен противоток.

– коэффициент пересчета от противоточной схемы к более сложной, определим по номограмме для рассчитываемого пароперегревателя с последовательно- смешанным током имеющего следующие безразмерные параметры:

Где – поверхность нагрева прямоточной ступени пароперегревателя, м²;

Н – суммарная поверхность нагрева пароперегревателя, м².

Средний температурный напор для противотока рассчитаем по формуле:

Где

Определим расчетную поверхность пароперегревателя по уравнению теплопередачи:

Определим невязку между полученным значением расчетной поверхности пароперегревателя и заданной (определенной по чертежу):

Соответственно необходимо добавить количество петель в змеевике пароперегревателя. Рассчитаем количество петель: