Расчет газоповоротной камеры

Целью расчета газоповоротной камеры является определение температуры продуктов сгорания перед первой по ходу газов поверхностью нагрева в конвективной шахте.

Поворотная камера выполняется из газоплотных поверхностей нагрева, выполненных из пароперегревательных (потолок, фронтальная и задняя стенка) и экономайзерных (боковые поверхности) труб, экранирующих стены этой камеры.

Схема газоповоротной камеры представлена на рисунке 11.

Рисунок 11 – Схема газоповоротной камеры.

Тепловосприятие всех поверхностей нагрева в поворотной камере равно /1/

где = 6869,4 кДж/кг – энтальпия продуктов сгорания за второй по ходу газов конвективной ступенью пароперегревателя при температуре = 610 °С;

= 6682 кДж/кг – энтальпия газов перед конвективной шахтой при предварительно заданной температуре продуктов сгорания = 594 °С.

Средняя температура газов равна 0,5∙(610 + 594) = 602 °С.

0,995∙(6869,4 – 6682) =186,66 кДж/кг.

Полученная величина Q_п.к не должна отличаться более, чем на 10% от значения тепловосприятия поворотной камеры, найденного из условий теплообмена.

Общее тепловосприятие поворотной камеры складывается из тепловосприятия пароперегревательной и экономайзерной поверхностей

Тепло, поглощенное перегревательной поверхностью определяется по формуле /1/

где и Δt_пе – коэффициент теплопередачи и температурный напор перегревательной поверхности газоповоротной камеры.

Коэффициент теплоотдачи излучением для перегревательной поверхности равен /1/

,

где a_з – степень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающих поверхностей; для котельных поверхностей нагрева котлов a_з = 0,8 /1/.

Степень черноты потока газов a_п.к определяется по формуле /1/

,

где kps – суммарная оптическая толщина продуктов сгорания; находится по формуле /1/

.

Коэффициент ослабления лучей газовой средой определяется по формуле /1/

,

где = 0,094 – объемная доля водяных паров /2/;

r_п = 0,237 – суммарная объемная доля сухих трехатомных газов и водяных паров /2/;

T = + 273 = 602 + 273 = 875 K – абсолютная температура продуктов сгорания;

p = 0,1 МПа – давление в газоповоротной камере /1/;

Эффективная толщина излучающего слоя определяется по формуле /1/

.

= 8∙4,18 = 33,44 м².

= 8∙0,8 = 6,4 м².

= 8∙(0,8 + 4,18) = 39,84 м².

= 33,44+6,4+39,84 = 79,68 м².

= 4,18∙(0,8 + 4,18) = 20,8 м².

= 2∙20,8 = 41,6 м².

= 8∙4,18 = 33,44 м².

= 33,44 м².

= 79,68+41,6+33,44+33,44 = 188,2 м².

= 8∙20,8 = 166,5 м³.

м.

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами определяется по формуле /1/

,

где A_зл = 0,8 – коэффициент, принимаемый в зависимости от вида топлива /2/;

0,0153 кг/кг – концентрация золы в продуктах сгорания /2/.

= .

= (1,56 + 1,26)∙0,1∙3,18 = 0,899.

.

– абсолютная температура загрязненной наружной поверхности, К.

При определении коэффициента теплоотдачи излучением температура стенки труб принимается равной температуре слоя золовых отложений (), которая определяется следующим образом /1/

,

где t_п.к – средняя температура пара в перегревательной поверхности поворотной камеры;

ε = 0,005 м²∙К/Вт – коэффициент загрязнения поверхности /1/.

Так как у экономайзерной и перегревательной поверхностей нагрева должны быть разные коэффициенты теплопередачи и температурные напоры, то суммарное поглощенное тепло между ними разделится непропорционально их площади. Следовательно, для расчета температуры стенки трубы тепловосприятием каждой поверхности необходимо задаться.

= 118,7 кДж/кг – предварительное тепловосприятие перегревательной поверхности.

Энтальпия пара на входе в газоповоротную камеру

Давление пара в настенных поверхностях нагрева поворотной камеры P_п.к=Р'_1.кпе=10,83 МПа. Этому давлению и энтальпии =2858 кДж/кг соответствует температура t’_п.к= 343 ^◦С.

Энтальпия пара на выходе из газоповоротной камеры:

,

где - суммарное приращение энтальпии пара в поворотной камере:

.

Изменение энтальпий продуктов сгорания, обусловленное тепловосприятием всех настенных поверхностей, установленных в пределах газохода поворотной камеры:

.

Тепловосприятие потолочной поверхности нагрева:

,

где м² - лучевоспринимающая поверхность потолка;

- угловой коэффициент газоплотных экранов /1/;

- удельная тепловая нагрузка в пределах поворотной камеры /1/;

.

Приращение энтальпии пара в потолочной поверхности нагрева:

Тепловосприятие задней стенки поворотной камеры:

,

где м² - лучевоспринимающая поверхность задней стенки;

- угловой коэффициент газоплотных экранов /1/;

- удельная тепловая нагрузка в пределах поворотной камеры /1/;

.

Приращение энтальпии пара в задней стенки поворотной камеры:

Тепловосприятие фронтальной стенки поворотной камеры:

,

где м² - лучевоспринимающая поверхность фронтальной стенки;

- угловой коэффициент газоплотных экранов /1/;

- удельная тепловая нагрузка в пределах поворотной камеры /1/;

.

Приращение энтальпии пара во фронтальной стенки поворотной камеры:

Суммарное приращение энтальпии пара в поворотной камере:

Энтальпия пара на выходе из газоповоротной камеры:

Давление пара в настенных поверхностях нагрева поворотной камеры P_п.к=Р'_1.кпе=10,83 МПа. Этому давлению и энтальпии =2873 кДж/кг соответствует температура t’_п.к= 346 ^◦С.

Средняя температура пара в газоповоротной камере

; = 0,01956 м³/кг.

Площадь живого сечения для прохода пара определяется по формуле

,

d_вн.пот = 0,038 м – внутренний диаметр труб потолочного пароперегревателя.

Число труб, включенных параллельно по пару, определяется следующим образом

z = a_т/S,

где S = 0,058 м – шаг между трубами;

z = a_т/S = 8/0,058 = 137,93≈137 шт.

Расчетная скорость пара в трубах равна

При внутреннем диаметре труб d_вн = 30 мм, среднем давлении p_п.к = 10,83 МПа, средней температуре t_п.к = 344,5 °С и скорости пара W_п = 17,6 м/с коэффициент теплоотдачи от стенки к пару равен ,

где a_н = 3700 Вт/(м²×К) – коэффициент теплоотдачи конвекцией при продольном омывании перегретого пара /1/;

– коэффициент, пропорциональный диаметру трубы /1/;

Вт/(м²∙К) /1/.

424,8 + 273 = 697,8 К.

Температурный напор для перегревательной поверхности газоповоротной камеры равен:

Температурный напор при прямоточном или противоточном движении теплообменивающихся сред определяется как среднелогарифмическая разность температур по формуле (в данном расчете применен противоток) /1/:

,

где: - разность температур там, где она больше (дымовые газы и перегретый пар на входе во 2 к.пе);

- разность температур там, где она меньше (дымовые газы и перегретый пар на выходе из 2 к.пе);

.

 

Определяем погрешность:

.

Тепло, поглощенное экономайзерной поверхностью определяется по формуле /1/

где и Δt_эк – коэффициент теплопередачи и температурный напор экономайзерной поверхности газоповоротной камеры.

Коэффициент теплоотдачи излучением для экономайзерной поверхности равен /1/

,

где – абсолютная температура загрязненной наружной поверхности, К.

При определении коэффициента теплоотдачи излучением температура стенки труб принимается равной температуре слоя золовых отложений (), которая определяется следующим образом /1/

,

где t = 319 °С – средняя температура среды в экономайзерной поверхности поворотной камеры, принимаемая равной температуре кипения при давлении в барабане p_б = 11,172 МПа.

Величина 1/α₂ для данной поверхности нагрева не учитывается.

= 65,7 кДж/кг – предварительное тепловосприятие экономайзерной поверхности.

399,7 + 273 = 672,7 К.

Температурный напор при прямоточном или противоточном движении теплообменивающихся сред определяется как среднелогарифмическая разность температур по формуле (в данном расчете применен противоток) /1/:

,

где: - разность температур там, где она больше (дымовые газы и перегретый пар на входе в поворотную камеру);

- разность температур там, где она меньше (дымовые газы и перегретый пар на выходе из поворотной камеры);

.

Определяем погрешность:

.

Суммарное тепловосприятие газоповоротной камеры равно

119,45+65,66 = 185,1 кДж/кг.

Определяем погрешность:

.