Назначение, схемы пароперегревателей и их расчет

Пароперегреватель (ПП) предназначен для повыш темп-ры влажного насыщ пара и получения перегретого пара. Уст-ка ПП в газоходах КУ позволяет повысить КПД уст., за счёт отбора тепла от дым газов.

По назначению ПП делят на:

1) первичные – в них перегревается пар начального давления;

2) промежуточные – используемые для перегрева частично отработавшего пара;

3) основные – для получения пара с параметрами, необход потребителю.

В зав-ти определяющего способа передачи теплоты от газа к поверхностям нагрева, ПП делят на:

1) конвективные;

2) радиационные;

3) конвективно-радиционные.

По конвективному оформлению ПП делят на:

1) конвективные первичные;

2) ширмовые первичные;

3) потолочные радиационные;

4) конвективные промежуточные;

5) ширмовые промежуточные.

В зав-ти от направл движения пара и продуктов сгорания, ПП делят на:

1) прямоточные 2) противоточная

3) смешанные

Наибольший температурный напор между продуктами сгорания и паром достиг в противоточном ПП => уменьшение необход пов-ти нагрева, что снижает расход металла на изгот ПП. Недостатком явл расположение по ходу движения пара змеевиков в области высоких темп-р дым газов и связанные с этим тяжёлые режимы работы металла.

Условия работы прямоточных ПП лучше, но они имеют температурные напоры ниже => длина и пов-ть нагрева должны быть больше.

Оптимальной схемой явл смешанные ПП.

Первичный конвективный ПП устанавливается обычно в горизонтальном газоходе между топкой и конвективной частью при температуре продуктов сгорания перед ними 1000-1200°С.

При высоких темпер пара возникает необход размещения в топке радиционного или ширмогвого ПП. Радиоц ПП устанавл обычно на потолке топочной камеры. Они работают с большими тепловыми нагрузками.

Ширмовые ПП пердст собой систему трубок, образ плоские пакеты с входным и выходным коллекторами. Пакеты размещ вертик или гориз в верхней части топки с расст м-ду коллекторами 700-1000 мм. Преимущ-ом вертик ширм явл. стекание налипшего на них шлака по мере утолщ-я его слоя. Гориз ширмы примен обычно в прямоточных котлах.

Наибольшее влияние на темп. перегретого пара оказ. нагрузка котла, темп. пит. воды, коэффициент избытка воздуха, шлакование и засорение экранных труб и труб ПП и хар-ки топлива.

Тепловой расчет ПП.

Если после топки нет конвективных пов-ей нагрева, то темп. дым. газов на входе в ПП приним. равной темп-ре дым. газов на выходе из топки, аналогично приним. знач. энтальпий.

Тепловой расчёт начинают с опр-я кол-ва тепла, передаваемого ПП:

Q_пп =D·[(h_пп-h’)+(1-x)r]/B_р

D – паропроизв-ть котлоагрегата;

h_пп –энтальипя перегр пара;

h’- энтальпия насыщ. пара;

х – степень сухости, х=0,97-0,98;

r-теплота порообразования;

В_р-расход топлива.

Тепло переданное ПП:

Q_пп = φ·(h_пп ^‘- h_пп^” + Δαh_пр⁰)

φ=1-q₅/(η_к+ q₅)

φ-коэф. сохранения тепла в ПП

h_пп^’-энтальпия дым г-ов на входе в ПП

h_т= h_пп

h_пп^”- энтальпия дым г-ов на выходе в ПП

∆α – измен. коэф-та избытка в зоне ПП, связанная с присосами воздуха

h_пр⁰ – энтальпия присас-го воздуха

h_пп^”-дает возможность опред средний тем-ый напор в ПП, кот предст в виде след графика:

По известной темп-ре газа и пара можно опред. среднелогарифмический темп-ый напор с учётом взаимной схемы движения теплоносителей:

∆t_ср=(∆t_max-∆t_min)/ln(∆t_max/∆t_min)

∆t_max=Q`_пп - t_пп

∆t_min= Q``_пп – t_н

Уравнение теплопередачи

Q_пп=k·F·Δt_ср/Bр

k – коэф. теплопередачи,

F – пов-ть ПП,

k=1/(1/α₁+1/(2·π·λ)+1/α₂)

α₁, α₂ – коэф-ты теплоотдачи от дымовых газов к внешней пов-ти ПП и от внутр. пов-ти трубок ПП к пару

λ – коэф. теплопров-ти мат-ла труб ПП.

Общее кол-во змеевиков ПП должно быть таким, чтобы скорость пара внутри трубок была равна 15-25 м/с, при этом скорость:

Wп=4·D·υ/(πd²_вн·z)

υ – уд. объём пара

z – кол-во параллельных змеевиков

Уд. объём пара опр-ют по средней темп-ре пара в ПП t_српп=(t_пп-t_н)/2

Для опр-я α, необход. знать скорость движения газов в межтрубном пространстве

W=Bр·Vг·(Θср+273)/(Fг*273)

Vг – расход прод. сгорания

Θср – среднеарифм. тем-ра дым газов в ПП

Fг – среднее живое сечение

Fг=ab-zld_н

a-высота газохода

b-ширина газохода

l-длина труб в газоходе по высоте

d_н-нар диаметр

z – кол-во секций в газоходе

Определяем коэффициент теплоотдачи от дым. газов к пов-ти труб ПП

α₁=ζ·(α_к-α_л)

ζ – коэф. использ. пов-ти ПП, учитывает застойную зону

α_к – конвект. сост-ая, учитыв-ая долю тепла, отдаваемого путём конвекции

α_л – лучистая сост-ая, учитыв-ая теплоотдачу излучением

α_к=0,206·C_z·λг/dн· (Wг·dн/ν)^0,64

C_z – поправка на число рядов труб по ходу газа, при кол-ве рядов>10 C_z=1, при меньшем значении – выбир. по справоч.

λг – коэф. теплопр-ти дым. газов

ν – коэф. кинематической вязкости дым. газов при средней темп-ре дым. газов

α_л=5,67·10^-8·((а_з+1)/2)·а_г·Т³·(1-(Т₃/Т)^3,6)/(1- Т₃/Т)

а_з – степень черноты загрязнённых стенок лучевосриним. пов-ей. Для ПП а_з=0,8

а_г – степень черноты газового потока при темп-ре Тср=273+ Θср

Т₃ – темп. загряз. пов-ти

Степень черноты газового потока опр-ся исходя из эффективной толщины излучающего слоя, опред. по ф-ле:

S=0,9·dн·(4/π·S₁·S₂/dн²-1)

S₁,S₂ – соотв. поперечный и продольный шаг труб

Определи S по номограмме опред-ют а_з.

При сжигании газообр. Топлива Т₃=273+t

t – ср. темп-ра пара в ПП

При сжигании тв. и жидкого топлива

Т₃=273+t+(ε/α_П)·Bр·Qпп/F

ε – коэф. загрязнения пов-ти

α_П= α₂ – коэф. теплоотдачи от внутр. пов-ти труб ПП к пару

α₂=0,0268·λ_П/dвн·(Wп·dвн/νп)^0,8·Pr^0,4

λ_П, νп – соотв. коэф-ты теплопр-ти и кинемат. вязкости пара

λ, ν и Pr опр-ся по ср. темп-ре пара в ПП

Wп – скор. движ. пара в трубах ПП

Определяем общую длину ПП: l=F/(π·dн)

задавшись кол-вом змеевиков z, определяем длину каждого змеевика

lзм=l/z

Опред-ем число труб в одном змеевике

z_зм=lзм/а а – высота газохода.

Величина z_зм опред. в большую сторону. При этом необход. учит., что ввод и вывод пара производится с одной стороны газохода => кол-во труб в змеевике должно быть чётным