Расчет пароотводящих труб

Пароотводящие трубы не являются элементом пароперегревателя и располагаются в горизонтальном газоходе после ширм. Задачей расчета пароотводящих труб является определение температуры газов за ними, их тепловосприятия и потока лучистого тепла на последующий конвективный пакет.

Схема пароотводящих труб представлена на рисунке 8

Рисунок 8 – Пароотводящие трубы.

Поверочный расчет подвесных труб выполняется на основании уравнений теплового баланса и теплообмена по известным температуре и энтальпии газов перед трубами, конструктивным характеристикам поверхности нагрева.

Пароотводящие трубы изготавливаются из труб с наружным диаметром и толщиной стенки из стали марки 12Х1МФ. Выбор материала обусловлен тем, что пароотводящие трубы являются несущими для задней стенки топки.

Уравнение теплового баланса для пароотводящих труб с учетом дополнительной поверхности выглядит следующим образом /1/

,

где φ = 0,995 - коэффициент сохранения тепла /2/;

= 11807,8 кДж/кг – энтальпия газов на входе в газоход подвесных труб (на выходе из ширм) при температуре 1020 °С;

11455 кДж/кг – энтальпия газов на выходе из пароотводящих труб, определенная по предварительно заданной температуре продуктов сгорания на выходе =992,5°С;

– тепловосприятие дополнительной перегревательной поверхности в пределах газохода пароотводящих труб.

Газоходом подвесных труб является объем газохода от последнего ряда труб ширм до первого ряда змеевиков конвективного перегревателя.

Тепловосприятие экранов в пределах подвесных труб находится по формуле: /1/

,

где q_отв = 40 кВт/м² – предварительно заданный удельный тепловой поток, поглощаемый дополнительной поверхностью в пределах газохода пароотводящих труб;

Лучевоспринимающая поверхность экранов в пределах пароотводящих труб:

где м²

Угловые коэффициенты x_экр,x_пот, x_ск и x_бок равны единице, так как все поверхности выполняются газоплотными.

м².

.

Тепловосприятие потолочной поверхности нагрева находится по формуле: /1/

– лучевоспринимающая поверхность потолка в пределах пароотводящих труб.

8∙2∙0,8∙1 = 12,8 м².

Тепловосприятие поверхности нагрева ската газохода находится по формуле /1/

,

– лучевоспринимающая поверхность ската газохода в пределах пароотводящих труб.

м².

Тепловосприятие боковой поверхности нагрева между пароотводящими трубами и конвективным перегревателем находится по формуле: /1/

,

– лучевоспринимающая боковая поверхность в пределах пароотводящих труб.

м²,

где - высота газохода во входном сечении пакета змеевиков.

м.

5,64∙1 = 5,64 м².

Суммарная лучевоспринимающая поверхность в пределах газохода пароотводящих труб:

Тепловосприятие дополнительной перегревательной поверхности в пределах газохода пароотводящих труб:

= 2∙23,585+50,32+2∙29,05+2∙22,17= 200 кДж/кг.

Тепловосприятие пароотводящих труб вместе с дополнительной поверхностью равно:

= 0,995∙(11807,8 – 11455 – 200) = 152,04 кДж/кг.

Полученная величина Q_б.отв не должна отличаться более, чем на 5% от значения тепловосприятия, найденного из условий теплообмена, которое определяется по формуле /1/

.

Так как пароотводящие трубы являются испарительной поверхностью, то коэффициент теплопередачи определяется из выражения /1/

k = ψ∙α₁,

где ψ = 0,44 – коэффициент тепловой эффективности, определяемый в зависимости от средней температуры продуктов сгорания 0,5∙(1020 +992,5) = 1006,25 °С /1/.

Для пароотводящих труб коэффициент теплоотдачи от газов к стенке равен /1/

α₁ = ξ∙(α_к + α_л),

ξ = 1 – коэффициент использования поверхности нагрева для пароотводящих труб /1/.

Площадь живого сечения для прохода газов определяется по формуле /1/

f_г = a_т∙h_отв - d∙h_отв∙n_отв,

где h_отв = h_ок = 7,28 м – высота пароотводящих труб;

d = 0,159 м – диаметр подвесных труб.

Количество пароотводящих труб определяется из рекомендации /1/

n_отв = (2 – 3)∙n_{бл.з.экр},

где n_{бл.з.экр} – количество блоков заднего экрана топки.

a_т= a_бл∙ n_{бл.з.экр} + (n_{бл.з.экр} -1)∙S_экр, откуда

шт,

где a_бл – ширина одного топочного блока. Из условия транспортабельности a_бл не должна превышать железнодорожного габарита 3 – 3,25 м.

Количество труб по ширине топки /п. 1.1/ шт.

Количество труб в одном блоке:

шт.

Так как задний экран топки состоит из трех блоков, то принимаем решение: количество труб в каждом из двух крайних блоков 34 штуки, в среднем блоке – 32 трубы.

Число пароотводящих труб /1/:

шт.

Шаг между пароотводящими трубами:

.

Относительный шаг между пароотводящими трубами:

.

Площадь пароотводящих труб /1/:

Площадь живого сечения для прохода газов равна

f_г = a_т∙h_отв - d∙h_отв∙n_отв = 8∙7,28 – 0,159∙7,28∙9 = 47,822 м².

Расчетная скорость дымовых газов определяется по формуле /1/

,

где =7,454 м³/кг – объем продуктов сгорания в пределах подвесных труб.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией для пароотводящих труб равен /1/

,

где: – номограмма /1/при ;

– поправочный коэффициент, учитывающий число рядов труб по ходу газов;

- поправка на геометрическую компоновку пучка /1/;

- поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик от температуры и состава газов и /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 = a_отв 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 = 0,096 – объемная доля водяных паров /2/;

r_п = 0,242 – суммарная объемная доля сухих трехатомных газов и водяных паров /2/;

T = + 273 = 1006,25 + 273 = 1279,25 K – абсолютная температура продуктов сгорания;

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

Эффективная толщина излучающего слоя для ширм определяется следующим образом /1/

,

где V – объем излучающего слоя, м³;

F_ст – площадь ограждающих поверхностей, м².

= 32,728+2∙5,64+2∙6+8∙(7,542+2∙0,8/cos30^◦+6,818+2∙0,8) = 198,47 м².

 

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами определяется по формуле /1/

,

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

0,0156 кг/кг - концентрация золы в продуктах сгорания /2/.

= .

= (1,742 + 1,025)∙0,1∙1,666 = 0,461

.

T_з = t_з + 273 – абсолютная температура загрязненной наружной поверхности, К.

Температура слоя золовых отложений определяется следующим образом /1/

,

где t = 319 °С – температура пароводяной смеси при давлении в барабане Р_б = 11,172 МПа;

α₁ =155,4 Вт/(м²∙К) – предварительно заданный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы.

 

Для испарительной поверхности величина 1/α₂ исключается /1/.

Количество тепла, полученное подвесными трубами излучением из топки, равно /1/

,

где Σx_р.отв = 0,28 – сумма угловых коэффициентов пароотводящих труб, принимаемая в зависимости от поперечного относительного шага σ₁ = 5,03 /1/.

T_з = t_з + 273 = 772,6 + 273 = 1045,6 К.

 

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке равен

α₁ = ξ∙(α_к + α_л) = 1∙(35,91 + 119,5) = 155,4 Вт/(м²∙К).

Разность заданной величины α₁ и полученной α₁ составляет величину 0%.

Коэффициент теплопередачи равен:

k = ψ∙α₁ = 0,44∙155,4 = 68,38 Вт/(м²∙К)

Температурный напор определяется по формуле:

,

где 1020 –319 = 701 °С – разность температур сред на том конце поверхности нагрева, где она больше при рассмотрении данной схемы как прямоточной;

992,5 – 319 = 673,5 °С – разность температур на другом конце поверхности.

Определяем погрешность:

.

Количество тепла, определяемое из уравнения теплового баланса пароотводящих труб, отличается от количества тепла, определяемого из условий теплообмена не больше чем на ±5%, следовательно поверочный расчет пароотводящих труб закончен.

 

Тепловосприятие дополнительных поверхностей нагрева

,

где - суммарная лучевоспринимающая поверхность пароотводящих труб;

∆t = υ_ср – t_ср = 1006,25 – 360 = 646,25 ^○C - средняя температура стенки труб дополнительных поверхностей нагрева;

t_ср = 360^○С - примерная средняя температура пара и пароводяной смеси в дополнительных поверхностях.

Определяем погрешность:

,

где - приращение энтальпии пара в дополнительных поверхностях нагрева пароотводящих труб;

%.

Количество тепла, полученное дополнительными поверхностями нагрева, находящихся в объеме газохода пароотводящих труб, за счет охлаждения газов , отличается от количества тепла, определенного условиями теплообмена меньше, чем 10%, следовательно, расчет дополнительных поверхностей нагрева считается законченным.