Конструирование и тепловой расчет экономайзера

Экономайзер выполняется из гладких труб диаметром d = 32 мм с толщиной стенки трубы δ = 4 мм.

Змеевики экономайзера располагаются шахматным порядком параллельно фронту котла.

Относительные поперечный и продольный шаги равны соответственно σ₁ = 3 и σ₂ = 1,56 /1/. Поперечный шаг S₁ = σ₁∙d = 3∙32 = 96 мм и продольный шаг S₂ = σ₂∙d = 1,56∙32 = 50 мм.

Уравнение теплового баланса для экономайзера имеет вид /1/

,

где Д_эк = Д_пе + Д_пр = 91,67 + 0,9167 = 92,58 кг/с – расход воды через экономайзер /2/;

6682 кДж/кг – энтальпия газов на входе в экономайзер при температуре продуктов сгорания 594 °C;

= 3817 кДж/кг – энтальпия газов на выходе из экономайзера при температуре продуктов сгорания = 338 °C;

= 0,02 – присосы воздуха в газоход экономайзера /2/;

H_о.прс = 237,86 кДж/кг – энтальпия присасываемого воздуха /2/.

Для одноступенчатой схемы энтальпия воды на входе в экономайзер равна /1/

,

где h_п.в = 946,45 кДж/кг – энтальпия питательной воды при температуре 220°C;

Д_впр = 4,58 кг/с – суммарное количество впрыскиваемого конденсата;

= 2702 кДж/кг – энтальпия сухого насыщенного пара при давлении p_б = 11,172 МПа;

h_впр = 1371,6 кДж/кг – энтальпия впрыскиваемого собственного конденсата.

Этой энтальпии воды соответствует температура = 234 °C /3/.

Тогда энтальпия воды на выходе из экономайзера определяется следующим образом

Этой энтальпии воды соответствует температура = 297 °C /3/.

Так как температура воды на выходе из экономайзера =297 ⁰С меньше температуры кипения воды (при данном давлении в барабане) t_кип = 319 °С, то экономайзер котла некипящего типа.

Тепловосприятие экономайзера равно

Количество змеевиков определяется следующим образом

Число ниток в одном змеевике определяется по формуле /1/

,

где d_вн = d – 2∙δ = 32 – 2∙4 = 24 мм – внутренний диаметр трубы экономайзера;

n_пот = 2 – число заходов (потоков) воды в экономайзере /1/;

W∙ρ = 600 кг/(м²∙с) – массовая скорость воды в змеевике экономайзера.

Поверхность нагрева одной петли змеевика равна

Живое сечение для прохода газов в экономайзере находится следующим образом

Расчетная скорость дымовых газов, омывающих экономайзер, определяется по формуле

,

где - объем продуктов сгорания 1 кг топлива в газоходе экономайзера /2/;

= 0,5∙(594+338) = 466 °C – средняя температура продуктов сгорания;

Площадь поверхности нагрева экономайзера из условий теплообмена равна

.

Коэффициент теплопередачи k для экономайзера, выполненного из гладких труб, определяется по формуле /1/

,

где ψ = 0,7 – коэффициент тепловой эффективности поверхности нагрева экономайзера при средней температуре = 466 °C /1/.

Приведенный коэффициент теплоотдачи для плавниковых пучков труб равен /1/

,

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при скорости газов W_г = 9,46 м/с, наружном диаметре трубы d = 32 мм, средней температуре = 466 °C, объемной доле водяных паров 0,093, относительных шагах σ₁ = 3 и σ₂ = 1,56 равен

,

где Вт/(м²×К) – номограмный коэффициент /1/;

- поправка на число рядов труб по ходу газов /1/;

- поправка на геометрическую компоновку пучка /1/;

- поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик от температуры и состава газов /1/;

Вт/(м²×К) /1/.

Коэффициент теплоотдачи излучением для запыленного потока находится по формуле /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 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 = 0,093 – объемная доля водяных паров /2/;

r_п = 0,233 – суммарная объемная доля сухих трехатомных газов и водяных паров /2/;

T = + 273 = 466 + 273 = 739 K – абсолютная температура продуктов сгорания;

p = 0,1 МПа – давление в газоходе /1/;

Эффективная толщина излучающего слоя определяется следующим образом /1/

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами определяется по формуле /1/

,

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

0,015 кг/кг – концентрация золы в продуктах сгорания /2/.

= .

= (8,44 + 1,465)∙0,1∙0,143 = 0,142.

.

При определении коэффициента теплоотдачи излучением температура стенки труб принимается равной температуре слоя золовых отложений t_з (T_з = t_з + 273), которая для одноступенчатых экономайзеров при определяется по следующей формуле /1/

t_з = t + Δt_з,

где 0,5∙(234 + 297) = 266 °C – средняя температура воды в экономайзере;

Δt_з = 60 °C – температурная надбавка для нахождения температуры стенки трубы /1/.

t_з = t + Δt_з = 266 + 60 = 326 °C.

T_з = t_з + 273 = 326 + 273 = 599 К.

Так как перед экономайзером расположен газовый объем поворотной камеры, то его излучение приближенно учитывается путем увеличения расчетного коэффициента теплоотдачи излучением в межтрубном пространстве /1/

где A = 0,4 – коэффициент, зависящий от вида сжигаемого топлива /1/;

T_об = T_п.к = 867 К – температура газов в объеме газоповоротной камеры;

4,98 м – глубина газового объема газоповоротной камеры.

Предварительно заданное число петель экономайзера равно n_пет = 8.

Глубина шахматного пакета по ходу газов равна

,

где R=2∙d=2∙0,032=0,064 м.

= 0,7∙103,48 = 72,44 Вт/(м²∙К).

Температурный напор для экономайзера определяется по формуле температурного напора чисто противоточной схемы

,

где 594 – 297 = 297 °C – разность температур сред на том конце поверхности нагрева, где она больше;

338 – 234 = 104 °C – разность температур на другом конце поверхности.

Уточненное число петель равно n_пет = F/F_пет = 2194,76/270,22 = 8,12 ≈ 8

 

Тепловая схема котла в температурах и тепловосприятиях и общий вид котла представлены на рисунках 13 и 14 соответственно.

1 – барабан; 2 – топка; 3 – радиационный пароперегреватель; 4 – ширмы; 5 – первый по ходу газов конвективный пароперегреватель; 6 - второй по ходу газов конвективный пароперегреватель; 7 – потолочный пароперегреватель; 8 – панель ската горизонтального газохода; 9 – боковые панели горизонтального газохода; 10 – пароотводящие трубы; 11 – боковые панели газоповоротной камеры; 12 – экономайзер; 13 – воздухоподогреватель; 14 – горелки; 15 – первый пароохладитель; 16 – второй пароохладитель; 17 – конденсатор.

Рисунок 14 – Эскиз котла