Расчет первой по ходу газа конвективной ступени пароперегревателя
Пакет конвективного пароперегревателя выполняется из гладких труб наружным диаметром d = 38 мм с толщиной стенки δ = 5 мм. Поперечный и продольный шаги между трубами выбраны соответственно S1 = 93 мм и S2 = 57 мм /1/. Относительные шаги труб равны Змеевики изготавливаются из аустенитной стали 12Х1МФ. Горизонтальный газоход, в котором располагается первая ступень конвективного пароперегревателя, показан на рисунке 9.
Рисунок 9 – Горизонтальный газоход котла. Число змеевиков, располагаемых по ширине газохода равно
Число заходов в каждом змеевике равно
где Дст = Дпе = 91,67 кг/с – расход пара через рассчитываемую ступень; dвн = d – 2δ = 38 – 2∙5 = 28 мм – внутренний диаметр трубы; wρ = 875 кг/(м2∙с) – массовая скорость пара /1/; nх = 2 – число ходов пара в пределах выходной по пару ступени.
Глубина пакета по ходу газов определяется по формуле
где R = 2∙d = 2∙0,038 = 0,076 м – радиус гибов труб; nпет = 2 – предварительно заданное число петель в пакете змеевиков ступени. lп = /2∙(z – 1)∙S2 + 2∙R/∙nпет + (nпет – 1)∙2∙R = /2∙(4–1)∙0,057 + 2∙0,076/∙2 + (2–1)∙2∙0,076 = 1,14 м. Высота газохода, в котором размещается пакет, определяется следующим образом /1/
где
Поверхность нагрева одной петли пакета змеевиков равна Fпет = π∙d∙z∙2∙hг∙nзм = π ∙ 0,038 ∙ 4 ∙ 2 ∙ 6,489 ∙ 85 = 526,762 м2. Поверхность нагрева 1 к.пе /1/:
Для определения глубины конвективной шахты. Живое сечение для прохода газов в экономайзере /1/:
где:
Wг = 11 м/с – скорость газов в экономайзере /1/;
Глубина конвективной шахты /1/:
Выходное окно горизонтального газохода и глубина конвективной шахты принимается равным Для первой по ходу газов конвективной ступени пароперегревателя уравнение теплового баланса /1/:
где:
где:
Энтальпия пара после пароохладителя /1/:
Энтальпия пара на входе в 1 к.пе:
Приращение энтальпии пара в 1 к.пе:
Тепло, полученное излучением из топки /1/:
где
Уравнение теплового баланса /1/:
Изменение энтальпий продуктов сгорания, обусловленное тепловосприятием всех дополнительных поверхностей, установленных в пределах газохода 1 к.пе:
Приращение энтальпии пара в потолочной поверхности нагрева:
где
Приращение энтальпии пара в скате газохода:
где
Приращение энтальпии пара в боковой поверхности 1 кпе:
где
Суммарная лучевоспринимающая поверхность дополнительных поверхностей нагрева в районе 1 к.пе.:
Энтальпия газов за ступенью /1/:
Температура газов на выходе из 1 к.пе, при
Поверхность нагрева должна быть такой, чтобы обеспечить тепловосприятие
Коэффициент теплопередачи в конвективных гладкотрубных пучках получающих прямое излучение из топки находится по формуле /1/:
где
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке труб 1 к.пе /1/:
где
Площадь живого сечения для прохода газов /1/:
где
Средняя температура газов в пределах 1 к.пе:
Расчетная скорость дымовых газов:
где:
Коэффициент теплопередачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков, Вт/(м2×К) /1/:
где:
Давление пара на входе в 1 к.пе. Давление пара на выходе из 1 к.пе. Температура пара на входе в 1 к.пе /3/:
Температура пара на выходе из 1 к.пе /3/:
Средняя температура и давление пара:
Расчетная скорость пара:
где:
Площадь живого сечения для прохода пара /1/:
Коэффициент теплоотдачи от стенки пару:
где:
Степень черноты объема 1 к.пе при температуре 892,6º С (1115,7 К):
где:
где:
Коэффициент поглощения топочной среды при сжигании твердых топлив /1/:
где
Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания:
где:
Коэффициент поглощения лучей частицами золы:
где
Степень черноты потока топочной среды в районе пароотводящих труб /1/:
При определении коэффициента теплоотдачи излучением температура стенки труб принимается равной температуре слоя золовых отложений tз (Tз = tз + 273). Определяем температуру золовых отложений. Для поверхностей нагрева, эффективность теплоотдачи в которых оценивается коэффициентом тепловой эффективности
где
Tз = tз + 273 = 691 + 273 =964 К. Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания для запыленного потока /1/:
При наличии газовых объемов, расположенных перед конвективными пучками, их излучение приближенно учитывается путем увеличения расчетного коэффициента теплоотдачи излучением в межтрубном пространстве
где А = 0,4 – коэффициент при сжигании каменных углей /1/; Т об = 1265,5 °К – температура газов в объеме перед пакетом; lп = 1,14 м - глубина по ходу газов рассчитываемого пакета; lоб = 0,8 м – глубина газового объема;
Коэффициент теплопередачи в конвективных гладкотрубных пучках получающих прямое излучение из топки:
Температурный напор при прямоточном или противоточном движении теплообменивающихся сред определяется как среднелогарифмическая разность температур по формуле (в данном расчете применен прямоток) /1/:
где:
Определяем поверхность нагрева:
Определяем количество петель в пакете:
где
Площадь поверхности нагрева 1 к.пе, определяемая из условий теплообмена, отличается от площади предварительно заданной поверхности нагрева не более чем на ±15%, следовательно расчет можно считать законченным. Тепловосприятие дополнительных поверхностей нагрева по условиям теплообмена:
где
Определяем погрешность:
где
Температура металла 1 к.пе.:
где
Пароперегреватель изготавливают из аустенитной стали 12Х1МФ.
|
и 
,
6,818 м – высота газохода во входном сечении пакета змеевиков;
= 6,818 – 1,14∙tg30° = 6,16 м – высота газохода в выходном сечении.
.
,
– объем топочных газов /2/;
– температура газов на входе в конвективную шахту (предварительно задаемся) /1/; 
/1/;
/1/;
.
.
.
,
– коэффициент сохранения тепла /2/;
- энтальпия газов на входе в 1 к.пе, при температуре топочных газов 992,5 °С /п. 2.4/;
– энтальпия газов на выходе из 1 к.пе, кДж/кг;
– присосы воздуха в газоход 1 к.пе /2/;
кДж/кг – энтальпия присасываемого воздуха при его температуре 30 °С /2/; 
– изменение энтальпий продуктов сгорания, обусловленное тепловосприятием всех дополнительных поверхностей, установленных в пределах газохода ступени, кДж/кг; 
кДж/кг - энтальпия пара на выходе из 1 к.пе при температуре пара 
и давлении 
/2/;
- энтальпия пара на входе в 1 к.пе, кДж/кг;
– тепло, полученное излучением из топки, кДж/кг.
Расчет параметров пара до и после впрыскивающего пароохладителя, в зависимости от принятой тепловой схемы и последовательности расчета, ведется с использованием уравнения теплового баланса для пароохладителя:
,
кг/с - расход пара до пароохладителя;
кДж/кг - энтальпия пара до пароохладителя /п. 2.2/; 
кг/с - количество конденсата, впрыскиваемого в рассчитываемый пароохладитель /п. 2.2/;
кДж/кг - энтальпия впрыскиваемого конденсата при давлении 
и температуре впрыскиваемого конденсата 
; 
кг/с - расход пара после пароохладителя /2/;
.
,
– тепловая нагрузка поверхности в районе выходного окна топки (ширмы) /п. 2.3/;
- площадь выходного окна топки /п. 2.3/;
кДж/кг – тепло, полученное излучением из топки ширмами /п. 2.3/; 
кДж/кг – тепло, полученное излучением из топки пароотводящими трубами /п. 2.4/; 
.
.
.
,
- лучевоспринимающая поверхность потолка 1 к.пе;
- угловой коэффициент газоплотных экранов /1/;
- удельная тепловая нагрузка пределах 1 к.пе. /1/;
- расстояние от пароотводящих труб до 1 к.пе. /п. 1.1/;
- ширина горизонтального газохода /1/;
;
.
,
- лучевоспринимающая поверхность ската в районе 1 к.пе.;
- угловой коэффициент газоплотных экранов /1/;
- удельная тепловая нагрузка в районе 1 к.пе. /1/;
- угол наклона ската аэродинамического выступа /п.1.1/;
;
.
,
- боковая лучевоспринимающая поверхность в районе 1 к.пе.;
- угловой коэффициент газоплотных экранов /1/;
.
.
:
. 
, т.е.
- коэффициент тепловой эффективности, представляющий собой отношение коэффициентов теплопередачи загрязненных и чистых труб /1/;
- коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к стенке, Вт/(м2×К);
– коэффициенты теплоотдачи от стенки к обогреваемой среде, Вт/(м2×К);
,
– коэффициент использования /1/;
- коэффициент теплопередачи конвекцией, Вт/м2×К;
– коэффициента теплоотдачи излучением в межтрубном пространстве, Вт/м2×К.
,
- ширина газохода /п. 1.1/;
- количество змеевиков по ширине газохода;
- средняя высота 1к.пе;
– наружный диаметр труб;
.
; 
,
- объем продуктов сгорания 1 кг топлива /2/; 
.
,
– номограмма при 
/1/;
- поправка на число рядов труб по ходу газов при 
/1/;
- поправка на геометрическую компоновку пучка при 
и 
/1/;
- поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик от температуры и состава газов 
и 
/1/;
Вт/(м2×К).
МПа;
.
при 
кДж/кг
при 
кДж/кг
,
.
,
кг/с – расход пара через 1 к.пе /2/;
м3/кг – средний удельный объем пара принимается по /3/ при средних значениях давления и температуры 
, 
.
.
,
Вт/(м2×К) – номограмма /1/;
– коэффициент зависимости от диаметра трубы /1/;
.
,
– давление в газоходе 1 к.пе;
– эффективная толщина излучающего слоя ограниченного со всех сторон газового объема на ограждающие поверхности, м;
,
- поперечны шаг;
- продольный шаг;
.
,
- коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания, 1/(м·МПа);
- коэффициент поглощения лучей частицами золы, 1/(м·МПа);
– коэффициент поглощения лучей частицами кокса, 1/(м·МПа).
,
– суммарная объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания /2/;
МПа – давление в объеме /1/;
– средняя температура газов в конвективном перегревателе;
.
,
- концентрация золы в продуктах сгорания /1/;
- концентрация золы принимается в зависимости от вида топлива /1/;
.
.
.
/1/:
,
– средняя температура среды, протекающей в рассчитываемой поверхности; 
Вт/(м2×К) - коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (предварительно задаемся);
- коэффициент теплоотдачи от стенки пару;
- площадь поверхности нагрева;
– количество тепла получаемое 1 к.пе за счет конвекции;
- количество тепла получаемое 1 к.пе за счет излучения из топки;
.
– степень черноты потока газов.
= aл × 
,
.
,
- разность температур там, где она больше (дымовые газы и перегретый пар на входе в 1 к.пе);
- разность температур там, где она меньше (дымовые газы и перегретый пар на выходе из 1 к.пе);
.
.
,
– площадь одной петли;
(принимаем 
).
,
- Суммарная лучевоспринимающая поверхность дополнительных поверхностей нагрева в районе 1 к.пе;
Вт/(м2×К) – коэффициент теплопередачи;
- расчётный расход топлива /2/;
- средняя температура пара в дополнительных поверхностях нагрева (примерно задаемся);
- температурный напор;
,
- приращение энтальпии пара в дополнительных поверхностях нагрева в районе 1 к.пе;
.
,
- температура пара на выходе из 1 к.пе, равная температуре перегретого пара 
0С;
.
