Расчет водяного экономайзера

В промышленных котлах с рабочим давлением до 2.2МПа чаще всего устанавливаются чугунные некипящие водяные экономайзеры. При установке только водяного экономайзера последовательность его расчета следующая:

1. По уравнению теплового баланса определяется количество теплоты, кДж/кг, кДж/м³, которое должны отдать воде продукты сгорания при принятой ранее температуре уходящих газов,

 

, (8.1)

 

где - энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется по диаграмме по температуре продуктов сгорания, известной из расчета предыдущей поверхности нагрева, кДж/кг или кДж/м³; - энтальпия уходящих газов, определяется по диаграмме по принятой ранее температуре уходящих газов, кДж/кг, кДж/м³; - коэффициент сохранения теплоты; - присос воздуха в экономайзере, принимается по таблице 3.2; - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при 30^оС.

2. По тепловосприятию водяного экономайзера определяем энтальпию воды после экономайзера, кДж/кг

 

, (8.2)

 

где - энтальпия воды на входе в экономайзер, кДж/кг; - паропроизводительность парогенератора, кг/с; - расход продувочной воды, кг/с.

По энтальпии воды после экономайзера по таблицам воды и водяного пара определяется температура воды после экономайзера . Если полученная температура воды окажется на 40 ^оС ниже температуры насыщения при давлении в барабане котла (при наличии автоматики, регулирующей температуру подогрева воды в экономайзере, эта разность может быть снижена до 20 ^оС) то для парогенераторов давлением до 2,2 МПа может быть установлен чугунный экономайзер. Если указанные выше условия не выполняются следует устанавливать стальной экономайзер.

3. В зависимости от направления воды и продуктов сгорания по уравнению 7.3 определяется температурный напор.

4. Выбираются конструктивные характеристики принятого к установке водяного экономайзера. Для чугунных и стальных экономайзеров выбирается число труб в ряду с таким расчетом, чтобы скорость продуктов сгорания была в пределах от 6 до 9 м/с при номинальной производительности парогенератора. Не рекомендуется устанавливать менее 3 и более 10 труб в ряду. Для стальных экономайзеров число параллельно включенных змеевиков должно быть выбрано таким образом, чтобы скорость воды в некипящей части экономайзера была не менее 0,3 м/с, а в кипящей – не менее 1 м/с. Принимать скорость воды более 1,5 м/с не рекомендуется.

5. Определяется действительная скорость продуктов сгорания в экономайзере, м/с

 

(8.3)

 

где - расчетный расход топлива, кг/с или м³/с; - объем продуктов сгорания при среднем коэффициенте избытка воздуха в экономайзере, определяется из таблицы 3.3. - среднеарифметическая температура продуктов сгорания в экономайзере, ^оС; F_эк = f - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м².

6. Определяется коэффициент теплопередачи. Для чугунных экономайзеров коэффициент теплопередачи определяется по номограмме, приведенной на рис.8.1. при сжигании мазута коэффициент теплопередачи, определенный по номограмме, снижается на 25%. Для стальных водяных экономайзеров коэффициент теплопередачи определяется как для конвективных поверхностей (см. раздел 6). Коэффициент теплопередачи чугунных экономайзеров определяется по номограмме рис.8.1.

 

Рис.8.1. Коэффициент теплопередачи для чугунных экономайзеров

 

7. Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера, м²

 

. (8.2)

 

8. По полученной площади поверхности нагрева экономайзера устанавливаются его конструктивные характеристики.

Для чугунных экономайзеров определяется общее число труб и число вертикальных рядов по формулам:

 

, (8.3)

, (8.4)

где Н_тр- площадь поверхности нагрева одной трубы, м²; - предварительно принятое число труб в горизонтальном ряду. Живое сечение для прохода газов f и площадь поверхности нагрева Н_тр одной трубы конструкции ВТИ приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1.

Длина трубы, м	Поверхность нагрева с газовой стороны, Нтр, м^2	Живое сечение для прохода газов, f, м^2
2,0	2,95	0,12
3,0	4,49	0,184

Для стального экономайзера определяется длина каждого змеевика, число петель и полная высота пакетов экономайзера:

 

; (8.5)

; (8.6)

, (8.7)

 

где - длина змеевика, м; - наружный диаметр труб экономайзера, м; - полное число труб экономайзера, включенных параллельно; - число петель; - длина пакета экономайзера, м; - высота пакетов экономайзера, м; - шаг петли экономайзера, м; - шаг между рядами труб по ходу газов, м.

9. После завершения расчета водяного экономайзера определяется невязка теплового баланса, которая не должна превышать 0,5% от :

 

. (8.8)

 

Невязка теплового баланса

 

, (8.9)

 

где , , , - определенные ранее при расчетах тепловосприятия лучевоспринимающих поверхностей, конвективных пучков, пароперегревателя и водяного экономайзера.