Расчет водяных экономайзеров

В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении – стальные. При этом в котельных агрегатах горизонталь-ной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвек-тивные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного эко-номайзера. В котельных агрегатах паропрозводительностью более 25 т/ч вер-тикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономай-зера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоко-влажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая уста-новка водяного экономайзера и воздухоподогревателя.

 

При установке только водяного экономайзера рекомендуется такая по-следовательность его расчета:

 

1. По уравнению теплового баланса определить количество теплоты (кДж/кг или кДж/м³), которое должны отдать продукты сгорания при приня-той температуре уходящих газов:

Q	б	= j (I ¢	- I ¢¢	+ D a	эк	I ^o),	(3.46)
	эк	эк		в

 

где I _эк ¢ – энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяет-

 

ся из табл. 2.5 расчетной работы №1 по температуре продуктов сгорания, из-вестной из расчета предыдущей поверхности нагрева, кДж/кг или кДж/м³;

I ¢¢–энтальпия уходящих газов,определяется из табл. 2.5расчетной работы

эк

 

№1 по принятой в начале расчета температуре уходящих газов, кДж/кг или кДж/м³; j – коэффициент сохранения теплоты, определяется по формуле

 

(3.20) расчетной работы №1; D a _эк – присос воздуха в экономайзер, принима-

 

ется по табл. 3.1 расчетной работы №1; I _в ⁰ – энтальпия теоретического коли-

 

чества воздуха, определяется по формуле (3.4) расчетной работы №1.

 

2. Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, вос-принятой водой в водяном экономайзере, определить энтальпию воды после водяного экономайзера (кДж/кг):

	i ¢¢	=	B рQб	+ i ¢	,	(3.47)
	эк			эк
			D + Dпр
где i ¢	–	энтальпия воды на входе в экономайзер, кДж/кг; D –	паропроизво-
эк

дительность котла, кг/с; D_пр – расход продувочной воды, кг/с.

 

По энтальпии воды после экономайзера и давлению ее из таблиц для

воды и водяного пара определить температуру воды после экономайзера t ¢¢.

эк

 

Если полученная температура воды окажется на 20° С ниже температуры при давлении в барабане котла, то для котлов давлением до 2,4 МПа к установке принимают чугунный водяной экономайзер. При несоблюдении указанных условий к установке следует принять стальной змеевиковый водяной эконо-майзер.

 

3. В зависимости от направления движения воды и продуктов сгорания определить температурный напор по уравнению (3.19).

 

4. Выбрать конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера. Для чугунного и стального экономайзера выбирается число труб в ряду с таким расчетом, чтобы скорость продуктов сгорания была в пределах от 6 до 9 м/с при номинальной паропроизводительности котла. Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров ВТИ приве-дены в табл. 3.2. Число труб в ряду для чугунных экономайзеров должно быть не менее 3 и не более 10.

 

Стальные экономайзеры выполняются в виде змеевиков из труб с на-ружным диаметром 28-38 мм (толщина стенки до 4 мм). В промышленных котлах вертикальной ориентации змеевики обычно располагаются парал-лельно фронту котла. Для более компактной компоновки стального эконо-майзера применяют шахматное расположение труб и минимальные относи-тельные шаги S ₁ d и S ₂ d. При этом относительный шаг для однониточных

змеевиков при холодной гибке труб S 2	d =2.
Число параллельно включенных змеевиков в пакете
n 1=	D ×10^6	,	(3.48)
0,785 wrdвн ^2

 

где D – расход воды через экономайзер, кг/с; wr – массовая скорость воды на входе в экономайзер, должна быть 600-800 кг(м²×с); d _вн – внутренний диа-метр трубы, мм.

 

Таблица 3.2 Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров ВТИ и ЦККБ

Эконо-

Характеристика одной трубы

Экономайзер ВТИ

майзер

ЦККБ

Длина, мм

Площадь поверхности нагрева с

2,18

2,95

3,72

4,49

5,50

газовой стороны, м^2

Площадь

живого

сечения

для

0,088

0,120

0,152

0,184

0,21

прохода продуктов сгорания, м^2

5. Определить действительную скорость продуктов сгорания в эконо-

майзере (м/с)

w г

=

ВрVг (Jэк +273)

,

(3.49)

^Fэк

× 273

где B

р

–

расчетный расход топлива, кг/с или м^3/с; V

г

– объем продуктов сго-

 

рания при среднем коэффициенте избытка воздуха, определяется из табл. 2.3 расчетной работы №1; J_эк – среднеарифметическая температура продуктов

сгорания в экономайзере, ° С; F_эк – площадь живого сечения для прохода

продуктов сгорания, м².

 

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания: при установке чугунного водяного экономайзера

^Fэк ^= ^z 1 ^Fтр ^;		(3.50)
при установке стального водяного экономайзера
^Fэк	= ab - z 1 ld,		(3.51)
где Fтр –	площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания одной
трубы, берется из табл. 3.2; z 1	–	число труб в ряду; a и b – размеры газохо-
да, м; l – длина змеевика, м; d	–	наружный диаметр труб, м.

 

6. Определить коэффициент теплопередачи. Для чугунных экономайзе-ров коэффициент теплопередачи K = K _нc_n определяется с помощью номо-

граммы рис. 3.9.

 

Для стальных водяных экономайзеров при сжигании газа и мазута (шахматные и коридорные пучки), а также для коридорных пучков при сжи-гании твердого топлива коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К),

K = ya 1,

(3.52)

где y – коэффициент тепловой эффективности, для газа и мазута принимает-ся по табл. 3.1; a ₁ – коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стен-ке труб, определяется по формуле (3.16).

 

Коэффициент теплоотдачи конвекций, входящий в формулу (3.16), оп-ределяется, как указано в п. 7 раздела 3.1, а коэффициент теплоотдачи a _л,

 

учитывающий передачу теплоты излучением, подсчитывается в соответствии с пп. 8-9 раздела 3.1. При этом температура загрязненной стенки водяного

экономайзера определяется по формуле
t з = t + D t,	(3.53)

 

где t – средняя температура охлаждающей среды, принимается равной полу-сумме температур воды на входе в экономайзер и на выходе из него, ^оС; D t при температуре продуктов сгорания J > 400 °C и сжигании жидких топлив принимается равным 60°C, а при J £ 400 °C – равным 25° С. При сжигании газа для обоих случаев D t = 25 ° С.

 

Рис. 3.9. Коэффициент теплопередачи для чугунных экономайзеров.

 

7. Определить площадь поверхности нагрева водяного экономайзера

(м^2)
H эк =	10^3	× Q	б	B	р	.	(3.54)
		K D t

 

8. По полученной поверхности нагрева экономайзера окончательно ус-тановить его конструктивные характеристики. Для чугунного экономайзера определить общее число труб и число рядов по формулам:

n = H эк H тр;	(3.55)
m = n z 1,	(3.56)

где H _тр – площадь поверхности нагрева одной трубы, м²; z ₁ – принятое чис-

 

ло труб в ряду.

 

Для стального экономайзера определить длину каждого змеевика (м), число петель и полную высоту пакетов экономайзера (м):

^lэм	=		^Н эк	;	(3.57)
	pdz
			a ¢;
^z пет	= lэм	(3.58)
^h ' эк	^= ^z пет ^S пет ^,	(3.59)

где d – наружный диаметр труб экономайзера, м; z – полное число труб экономайзера, включенных параллельно; a ¢ – длина пакета экономайзера, м; S _пет =2 S ₂–шаг петли экономайзера,м; S ₂–расстояние между осями со-

 

седних рядов труб по ходу продуктов сгорания, м.

9. Определить невязку теплового баланса (кДж/кг или кДж/м³)

D Q = Q р^рhбр -(Qл	+ Qк	^+ ^Qпе	+ Qэк)(1-	q 4	),	(3.60)
где Qл, Qк, Qпе, Qэк –	количества теплоты, воспринятые лучевосприни-

 

мающими поверхностями топки, котельными пучками, пароперегревателем и экономайзером; в формулу подставляют значения, определенные из уравне-ния баланса.

 

При правильном расчете невязка не должна превышать 0,5% Q _р^р.

 

 

 

				Приложения
		Расчетные характеристики некоторых жидких топлив
					Состав рабочей массы топлива,
Топливо	Марка топлива		W ^р	A ^р		^Sор + к	C ^р	H ^р
	Малосернистый		3,0	0,05		0,3	84,65	11,7
Мазут	Сернистый		3,0	0,10		1,4	83,80	11,2
	Высокосернистый		3,0	0,10		2,8	83,00	10,4

 

 

Расчетные характеристики природных газов

 

Состав газа по объему, %

 

Газопровод					^C 5 ^H 12
	CH 4	^C 2 ^H 6	^C 3 ^H 8	^C 4 ^H 10	и более	N
					тяжелые
Саратов– Москва	84,5	3,8	1,9	0,9	0,3	7,
Саратов– Горький	91,9	2,1	1,3	0,4	0,1	3,
Ставрополь– Москва
1-я нитка	93,8	2,0	0,8	0,3	0.1	2,
2-я нитка	92,8	2,8	0,9	0,4	0,1	2,
3-я нитка	91,2	3,9	1,2	0,5	0,1	2,
Серпухов– Ленинград	89,7	5,2	1,7	0,5	0,1	2,
Гоголево– Полтава	85,8	0,2	0,1	0,1		13,

 

 

Дашава– Киев	98,9	0,3	0,1	0,1		0,
Рудки– Минск– Вильнюс	95,6	0,7	0,4	0,2	0,2	2,
Угерско– Львов, Угерско– Гнездичи–	98,5	0,2	0,1			1,
Киев
Брянск– Москва	92,8	3,9	1,1	0,4	0,1	1,
Шебелинка– Днепропетровск	92,8	3,9	1,0	0,4	0,3	1,
Шебелинка– Брянск– Москва	94,1	3,1	0,6	0,2	0,8	1,
Кумертау– Ишимбай– Магнитогорск	81,7	5,3	2,9	0,9	0,3	8,
Промысловка– Астрахань	97,1	0,3	0,1			2,
Газли– Коган	95,4	2,6	0,3	0,2	0,2	1,
Джаркак– Ташкент	95,5	2,7	0,4	0,2	0,1	1,
Газли– Коган– Ташкент	94,0	2,8	0,4	0.3	0,1	2,
Ставрополь– Невинномысск– Грозный	98,2	0,4	0,1	0,1		1,
Саушино– Лог– Волгоград	96,1	0,7	0,1	0,1		2,
Коробки– Лог– Волгоград	93,2	1,9	0,8	0,3	0,1	3,
Карадаг– Тбилиси– Ереван	93,9	3,1	1,1	0,3	0,1	1.
Бухара– Урал	94,9	3,2	0,4	0,1	0,1	0,
Урицк– Сторожовка	91,9	2,4	1,1	0,8	0,1	3,
Линево– Кологривовка– Вольск	93,2	2,6	1,2	0,7	–	2,
Средняя Азия– Центр	93,8	3,6	0,7	0,2	0,4	0,
Уренгой– Помары– Ужгород	98,4	0,1	–	–	–	1,2

Список литературы

 

1. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проек-тирование: Учеб. пособ. для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1989.

 

2. Эстеркин Р.И. Промышленные парогенерирующие установки.

 

3. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки: Учебник для техникумов. – 2- е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1985.

 

4. Котлы малой, средней мощности и топочные устройства. Каталог справочник. – М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1972.

 

5. Щеголев М.М., Гусев Ю.Л., Иванова М.С Котельные установки (учебник для вузов). – М.: Изд-во литературы по строительству, 1966.

 

6. Браунс Э.Г. Проектирование промышленной котельной установки.

 

7. Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности. – М.: Энергия, 1966.

8. Гинзбург-Шик Л.Д. Современные котлоагрегаты.

 

9. Корнеичев А.И. Конспект лекций по курсу «Энергетические уста-новки».

 

10. Зарудный Л.Б. Расчет и конструирование парогенераторов энерго-технологических схем химической промышленности.

 

11. Липов Ю.М. Компоновка и тепловой расчет парогенераторов. 12. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. Под

ред. Кузнецова.

 

13. Клюев А.Н., Малая Э.М. Теплоснабжение от тепловых сетей ТЭЦ и районных котельных.

 

14. Лебедев П.Д. Теплоиспользующие установки промышленных пред-приятий.

 

15. Потрошков В.А. Теплотехника. Сборник задач по курсу «Тепловые установки».

 

16. Тихонов В.Н., Добровинский Р.Ю. Тепловой расчет котельных агре-гатов ДКВР (методические указания по курсовому проектированию для студентов заочного факультета). Свердловск., 1972.

 

17. Шестаков Б.И. Методические указания по тепловому расчету ко-тельных агрегатов.

 

18. Панькевич В.В. Тепловой расчет топочных камер и радиационных поверхностей нагрева парогенераторов.

 

19. Павлов И.И., Федоров М.Н. Котельные установки и тепловые сети. Учебник для техникумов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат,

 

1977.

 

Содержание

 

Введение..................................................................................................................................... 2

1. Назначение, технические данные и устройство котлов ДКВР....................... 3

 

2. Расчет топочных камер................................................................................................... 6

2.1. Определение геометрических характеристик топок....................................... 6

 

2.2. Расчет однокамерных топок..................................................................................... 8

3. Расчет конвективных поверхностей нагрева....................................................... 17

 

3.1. Расчет конвективных пучков котла..................................................................... 17

3.2. Расчет конвективных пароперегревателей....................................................... 29

 

3.3. Расчет водяных экономайзеров............................................................................ 36

Приложения............................................................................................................................ 41

Список литературы............................................................................................................. 43