Расчет конвективных пароперегревателей промышленных котлоагрегатов

В промышленных парогенераторах обычно устанавливаются конвективные пароперегреватели. Парогенераторы низкого давления вырабатывают пар с перегревом до 250 ^оС, в промышленных энергетических котлах с давлением 4,0 МПа температура перегретого пара 440 ^оС. Они имеют поверхностный или впрыскивающий пароохладитель, установленный в рассечку. Схемы включения пароперегревателей показаны на рис.7.1.

Расчет конвективных пароперегревателей, имеющих поверхностный или впрыскивающий пароохладитель, установленный в рассечку, как показано на рис.7.1, производится по частям.

Сначала рассчитывается первая по ходу продуктов сгорания ступень. Расчет производится в следующей последовательности:

 

Рис.7.1. Схемы конвективных пароперегревателей: а – противоточная; б – прямоточная без пароохладителя; в – с последовательно-смешанным током без пароохладителя; г – с последовательно-смешанным током и пароохладителе, установленным в рассечку

1 – барабан котла; 2 – коллектор перегретого пара; 3 – змеевик пароперегревателя; 4 – поверхностный или впрыскивающий пароохладитель; I, II – части пароперегревателя по движению продуктов сгорания

 

1. По имеющимся чертежам определить поверхность нагрева первой части пароперегревателя, относительные поперечный и продольный шаги труб (, ), характер расположения труб (коридорное или шахматное), живые сечения для прохода продуктов сгорания и пара.

2. Выбираются основные расчетные параметры: температуру продуктов сгорания на входе в пароперегреватель , давление, температуру и энтальпию перегретого пара. Задаться тепловосприятием пароохладителя = 60 85 кДж/кг.

3. Задаться двумя значениями температуры продуктов сгорания после первой ступени пароперегревателя. В дальнейшем расчет выполняется для двух принятых температур.

4. Для двух принятых температур продуктов сгорания по уравнению 6.6 определить тепловосприятие ступени пароперегревателя.

5. Вычисляется энтальпия пара на выходе из пароохладителя, приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте воспринятой паром, кДж/кг:

 

(7.1)

где - энтальпия перегретого пара, кДж/кг; - расчетный расход топлива, кг/с, м³/с, - расход пара, кг/с; - тепловосприятие ступени пароперегревателя, кДж/кг, кДж/м³.

6. Из таблиц для перегретого пара по значениям энтальпии найти температуру пара после пароохладителя.

7. Определяется температурный напор. При последовательно-смешанном токе (рис.7.1, в и первая ступень пароперегревателя, показанного на рис.7.1, г) температурный напор определяется по уравнению

 

, (7.2)

 

где - температурный напор при противотоке, определяется по уравнению

 

; (7.3)

 

- коэффициент пересчета от противоточной схемы к последовательно-смешанной, определяется по номограмме, рис.7.2.

 

Рис.7.2. Номограмма для определения температурного напора при последовательно-смешанном токе продуктов сгорания и пара

 

При прямотоке температурный напор определяется по уравнению (7.3).

Для пользования номограммой, показанной на рис.7.2 вычисляются безразмерные, определяющие параметры:

 

(7.4)

 

; (7.5)

, (7.6)

 

где - площадь поверхности нагрева, в которой осуществляется прямоток, м²; - ; - площадь полной поверхности нагрева рассчитываемой ступени пароперегревателя, м²; - температура продуктов сгорания на входе и выходе в рассчитываемую ступень пароперегревателя, ^оС; и - температура пара на входе и выходе рассчитываемой части поверхности нагрева пароперегревателя, ^оС.

8.Определяется средняя скорость продуктов сгорания в газоходе пароперегревателя, м/с

 

(7.7)

 

9. Определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией. При поперечном омывании коридорных и шахматных пучков труб коэффициент теплоотдачи определяется по формуле (6.10).

10. Вычисляется расчетная скорость пара в змеевиках пароперегревателя, м/с

 

, (7.8)

 

где - расход пара в кг/с; - средний удельный объем пара, (определяется по таблицам водяного пара по среднеарифметических давлении и температуре пара в рассчитываемой ступени пароперегревателя); - площадь живого сечения пароперегревателя, м².

11. Определяется коэффициент теплоотдачи от стенки пару, Вт/(м²К)

 

, (7.9)

 

где - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме на рис.7.3, по средним значениям скорости, давления и температуры пара в рассчитываемой ступени пароперегревателя; - поправочный коэффициент, определяемый по рис.7.3.

12. Определяется степень черноты газового потока, в соответствии с п.8 раздела 6.

13. Вычисляется температура стенки труб пароперегревателя, которая принимается при сжигании твердого и жидкого топлива равной температуре наружного слоя золовых отложений на трубах, ^оС

 

, (7.10)

 

где - среднеарифметическое значение температуры пара в рассчитываемой ступени пароперегревателя, ^оС; - коэффициент загрязнения, м² К/Вт (для пароперегревателей с коридорным и шахматным расположением труб при сжигании жидкого топлива принимается = 0,00257; для пароперегревателей с коридорным расположением труб при сжигании твердых топлив = 0,0043).

При сжигании газообразного топлива температура загрязненной стенки труб пароперегревателя, ^оС

 

, (7.11)

 

где - среднеарифметическое значение температуры пара в рассчитываемой ступени пароперегревателя.

 

 

 

Рис.7.3. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки трубы к перегретому пару при продольном омывании змеевиков пароперегревателя

 

14. Определяется коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²К). Для запыленного потока (при сжигании твердых топлив)

 

(7.12)

 

Для незапыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива)

 

(7.13)

 

где - коэффициент теплоотдачи излучением, определяемый по номограмме рис.6.4; - поправка, вводимая при отсутствии золовых частиц в продуктах сгорания (рис.6.4); - степень черноты продуктов сгорания.

15. Определяется коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке труб пароперегревателя, Вт/(м²К),

 

(7.14)

 

где - коэффициент использования (для поперечно омываемых труб конвективных пароперегревателей =1); - коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева (см. п.7, раздел 6).

16. Определяется коэффициент теплопередачи. Для шах-матных и коридорных пучков труб при сжигании газа и мазута, а также для коридорных пучков при сжигании твердого топлива, Вт/(м² К),

 

(7.15)

 

где - коэффициент тепловой эффективности, при коридорном расположении труб и сжигании твердых топлив определяется по таблице 6.1; при сжигании газа принимается = 0,85, при сжигании мазута с значение определяется по таблице 6.2.

17. Определяется тепловосприятие пароперегревателя, кДж/кг, кДж/м³,

 

. (7.16)

 

18. По принятым ранее двум значениям температуры и полученным значениям Q_т и Q_б производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после ступени пароперегревателя (см. рис.6.5).

19. По найденной температуре и уравнению 6.6 определяется Q_б, а из уравнения 7.1 – энтальпию пара на выходе из пароохладителя . На этом расчет первой ступени пароперегревателя заканчивается.

Расчет второй ступени пароперегревателя, имеющего пароохладитель, включенный в рассечку, или расчет пароперегревателя без пароохладителей производится в следующей последовательности.

1.По чертежам определяется поверхность нагрева всего пароперегревателя или рассчитываемой второй ступени, относительные шаги труб и , характер расположения труб, площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания и пара.

2. Выбираются основные расчетные параметры: температура продуктов сгорания перед пароперегревателем или его ступенью, определенная предыдущим расчетом, давление, температура и энтальпия перегретого пара после второй части пароперегревателя

 

. (7.17)

 

3. Из таблиц перегретого пара по величине и давлению пара определяется температура после второй части пароперегревателя.

4.Определяется тепловосприятие пароперегревателя, кДж/кг, кДж/м³:

при расчете пароперегревателя без пароохладителя

 

(7.18)

 

при расчете второй ступени пароперегревателя с поверхностным пароохладителем

 

(7.19)

 

 

при расчете второй ступени пароперегревателя с впрыскивающим пароохладителем

 

(7.20)

 

где - энтальпия перегретого пара, кДж/кг; - энтальпия пара после второй части пароперегревателя, кДж/кг; - расход перегретого пара, кг/с; - расчетный расход топлива, кг/с, м³/с; - расход охлаждающей воды на впрыскивающий пароохладитель, кг/с.

Расход воды на впрыскивающий пароохладитель, кг/с

 

, (7.21)

 

где - энтальпия воды, подаваемой в пароохладитель (при впрыскивании собственного конденсата определяется по таблицам воды и водяного пара по давлению в конденсаторе).

5. Из уравнения теплового баланса определяется энтальпия продуктов сгорания после пароперегревателя или его второй части, кДж/кг, кДж/м³

 

, (7.22)

 

где - энтальпия продуктов сгорания перед пароперегревателем, определяется по диаграмме по их температуре и коэффициенту избытка воздуха перед пароперегревателем; - присос воздуха в пароперегреватель; - коэффициент сохранения теплоты; - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при 30 ^оС; - тепловосприятие пароперегревателя или его ступени.

По величине по диаграмме при коэффициенте избытка воздуха после пароперегревателя определяется температура продуктов сгорания после пароперегревателя.

6. При расчете второй ступени пароперегревателя коэффициент теплопередачи принимать равным коэффициенту теплопередачи, рассчитанному для первой ступени. В остальных случаях расчет коэффициента теплопередачи выполнять в последовательности, описанной при расчете первой ступени пароперегревателя.

7. В зависимости от схемы взаимного движения продуктов сгорания и пара определяется температурный напор: при противотоке и прямотоке по уравнению 7.3, а при последовательно-смешанном токе по уравнению 7.2.

8. Из уравнения теплопередачи определяется тепловосприятие пароперегревателя, кДж/кг, кДж/м³

 

. (7.23)

 

9. Производится сравнение тепловосприятий пароперегревателя, определенных по уравнению теплопередачи и теплового баланса Q_т и Q_пе, %

 

(7.24)

 

Если расхождение между Q_т и Q_пе составляет не более 2% (при отсутствии пароохладителя – не более 3%) расчет пароперегревателя считается оконченным. В противном случае требуется определить необходимую поверхность нагрева всего пароперегревателя или его второй ступени, м²

 

. (7.25)