III-5. Расчёт хвостовых поверхностей.

Расчёт экономайзера и воздухоподогревателя обычно выполняют по ходу газов, последовательно для всех их участков и ступеней. Направление и последовательность могут не соблюдаться, если выполняется расчёт отдельных ступеней.

Предварительно составляем расчётную схему хвостовых поверхностей нагрева парогенератора и указываем на ней известные до начала расчёта параметры газов, воды и воздуха.

Используя техническую документацию парогенератора, составляем таблицы конструктивных размеров и характеристик его экономайзера и воздухоподогревателя (табл. III-19, III-20).

Таблица III-19.

Конструктивные размеры и характеристики экономайзера.

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Ступень
I	II
	2
Диаметр труб:
- наружный	d	мм
- внутренний	dвн	мм
Расположение труб	-	-	например шахматное
Количество труб в горизонтальном ряду	z1	шт.
Количество горизонтальных рядов труб	z2	шт.
Шаг труб:
- по ширине	s1	мм
- по высоте	s2	мм
Относительный шаг труб:
- поперечный		-
- продольный		-
Площадь поверхности нагрева	Н	м^2
Размеры сечения газохода поперёк движения газов	А	м
Площадь живого сечения для прохода газов	F	м^2
Количество параллельно включённых труб (по воде)	z0	шт.
Площадь живого сечения для прохода воды	f	м^2

Таблица III-20.

Конструктивные размеры и характеристики воздухоподогревателя.

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Ступень
I	II
	2
Диаметр труб:
- наружный	d	мм
- внутренний	dвн	мм
Расположение труб	-	-	например шахматное
Количество ходов по воздуху	n	шт.
Количество труб в ряду поперёк движения воздуха	z1	шт.
Количество труб вдоль движения воздуха	z2	шт.
Шаг труб:
- поперечный	s1	мм
- продольный	s2	мм
Относительный шаг труб:
- поперечный		-
- продольный		-
Количество параллельно включённых труб (по газам)	z0	шт.
Площадь живого сечения для прохода газов	FГ	м^2
Площадь живого сечения для прохода воздуха	FВ	м^2
Ширина сечения воздушного канала	В	м
Средняя высота воздушного канала	h	м
Площадь поверхности нагрева	Н	м^2

Поверочный расчёт отдельного участка или ступени экономайзера и воздухоподогревателя выполняют в следующем порядке:

1. Предварительно задаются температурой газов на том конце рассчитываемого участка, на котором она неизвестна, т.е. до участка (Q¢) и после него (Q²).

2. По предварительно принятой температуре газа, используя формулу (III-70), находят количество теплоты, отданное газами рассчитываемой поверхности (Q_Г).

3. Находят энтальпию воды или воздуха для воздухоподогревателя по уравнению

, (III-77)

где b²_вп - отношение количества воздуха на выходе из рассчитываемой поверхности воздухоподогревателя к теоретически необходимому;

D a _вп - присос воздуха к рассчитываемой поверхности воздухоподогревателя;

J°¢_вп и J°"_вп - энтальпии теоретически необходимого количества воздуха при температуре на входе в рассчитываемую поверхность нагрева и на выходе из неё, кДж/кг (кДж/м³); определяют по температурам воздуха из J-Q таблицы;

Значение b²_вп рассчитывают по формулам:

а) для одноступенчатого и второй ступени двухступенчатого воздухоподогревателя:

b²_вп=a_Т - Da_Т -Da_плу, (III-78)

б) для первой ступени двухступенчатого воздухоподогревателя:

b²_вп=a_Т - Da_Т -Da_плу + Da_IIвп, (III-78а)

где a_Т - коэффициент избытка воздуха в топке;

Da_Т, Da_плу , Da_IIвп - присосы воздуха в топке, пылеприготовительной установке и второй ступени воздухоподогревателя.

Количество теплоты, воспринятое водой в рассчитываемом участке (ступени) экономайзера, кДж/кг (кДж/м³); равно:

Q_эк=D_эк×(i_эк" - i_эк')/В_р, (III-79)

где D_эк - расход воды через рассчитываемый участок (ступень), кг/с;

i_эк' и i_эк" - удельные энтальпии воды на входе и на выходе из участка, кДж/кг.

Расход воды через экономайзер определяют с учётом продувки парогенератора:

D_эк = D + D_пр , (III-80)

где D_пр - рассчитывается или задаётся.

Удельная энтальпия воды на входе в экономайзер (или в его ступень, кДж/кг) вычисляется по формулам:

а) при отсутствии пароохладителя

i_эк¢ = i_пв, (III-81)

б) при наличии пароохладителя

i_эк¢ = i_пв + Di_по×D/D_эк , (III-82)

где Di_по - расчётный съём теплоты в пароохладителе значение, которого известно из расчёта перегревателя.

Значение удельной энтальпии на выходе из экономайзера находят по формуле

i_эк¢ = i_п + Di_по - , (III-83)

где Di_п - удельная энтальпия перегретого пара, кДж/кг;

Q^Т_л - количество лучистой теплоты топки, кДж/кг;

Q_к и Q_пе - количество теплоты, полученное конвекцией испарительными пучками, перегревателями, кДж/м³.

Паросодержание пароводяной смеси на выходе из экономайзера кипящего типа находят по уравнению

, (III-84)

где i_эк² - удельная энтальпия пароводяной смеси на выходе из экономайзера, кДж/кг;

i¢ - удельная энтальпия воды при температуре кипения, кДж/кг;

r – скрытая удельная теплота парообразования, кДж/кг.

4. Для рассчитываемого участка определяют коэффициент теплопередачи К и средний температурный напор.

5. Используя уравнение (III-70), рассчитывают тепловосприятие поверхности в процессе теплообмена Q_Т.

Если значениетепловосприятия Q_Т расходится с количеством теплоты, отданным газами Q_Т, более чем на ±2%, то расчёт считается законченным. При большем расхождении тепловосприятий необходимо принять новое значение температуры газов и расчёт повторить. Окончательными будут те значения температур и энтальпий, которые вошли в формулу (III-70).

Кроме того, расчёт считается законченным и найденные температуры окончательными, если температура уходящих газов отличается от принятой в начале расчёта не более, чем на ±10°С, а температура горячего воздуха - не более чем на ±40°С. Если расхождения больше, то задаются новыми значениями температур уходящих газов и горячего воздуха и повторяют расчёт парогенератора.

При компоновке хвостовых поверхностей “в рассечку” расчёт их считается законченным, если полученная температура отличается от принятой не более, чем на ±10°С и, одновременно невязки между промежуточными значениями температур воду и воздуха также не превышают ±10°С каждая.

При несоблюдении этих условий расчёт экономайзера и воздухоподогревателя необходимо повторить. Если температура горячего воздуха отличается от первоначально принятой больше, чем на ±40°С, следует повторить расчёт парогенератора. При этом, если при повторном расчёте расход топлива изменился не более, чем на 2%, то коэффициенты теплопередачи конвективных поверхностей нагрева пересчитывать не требуется; уточняются только значения температур, температурных напоров и тепловосприятий по всему тракту агрегата.

Расчёты хвостовых поверхностей сводят в таблицы.

Таблица III-21.

Расчёт экономайзера (первой или второй ступени)

Наименование величин	Обозначение	Расчётная формула или способ определения	Размерность	Результат
	2
Площадь поверхности нагрева ступени	Н	По конструктивным размерам	м^2
Площадь живого сечения для прохода газов	FГ	То же	м^2
Площадь живого сечения для прохода воды	f	То же	м^2
Температура газов на входе в ступень	Q ^¢	Из расчёта перегревателя	°С
Энтальпия газов на входе в ступень	J ^'	То же	кДж/кг
Энтальпия газов на выходе из ступени	J ^"	По J-Q таблице	кДж/кг
Температура газов на выходе из ступени	Q ^"	По выбору	°С
Тепловосприятие ступени (теплота, отданная газами)	Q ^"Г		кДж/кг
Удельная энтальпия воды на выходе из ступени	i"		кДж/кг
Температура воды на выходе из ступени	t"	По таблицам термодинамические свойства пара и воды	°С
Удельная энтальпия воды на входе в ступень	i ^¢	i"-	кДж/кг
Температура воды на входе в ступень	t ^¢	По таблицам термодинамические свойства пара и воды	°С
Средняя температура воды	t	0,5 × (t ^'+ t ^")	°С
Средняя температура газов	Q	0,5 × (Q ^'+ Q ^")	°С
Средняя скорость газов	WГ		м/с
Коэффициент теплопередачи конвекцией	ак	По рис. III-13, 14 (ак = ан× сz×cs×сф)	Вт/(м^2×К)
Эффективная толщина излучающего слоя	S	0,9	м
Суммарная поглощательная способность трёхатомных газов	p×rn×s	p×rn×s	м×МПа
Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами	КГ	По рис. III-8
Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами	Кзл	По рис. III-10
Суммарная оптическая толщина запылённого газового потока	p×k×s	(КГ× rn + Кзл × mзл)×pS	м
Степень черноты газов	а	По рис. III-9	-
Температура загрязнения стенки трубы	tст	t + Dt	°С
Коэффициент теплоотдачи излучением	ал	По рис. III-16 (ал = ан× а )	Вт/(м^2×К)
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке	а1	x × (ак + ал )	Вт/(м^2×К)
Поправка к коэффициенту загрязнения	De	0,002	-
Коэффициент загрязнения	e	По рис. III-22	-
Коэффициент теплопередачи	К		Вт/(м^2×К)
- для чугунных ребристых экономайзеров	К	По рис. III-21	Вт/(м^2×К)
Разность температур между средами:
- наибольшая	Dtб	Q ^' - t"	°С
- наименьшая	Dtм	Q ^" - t¢	°С
Температурный напор	Dt		°С
Тепловосприятие ступени по уравнению теплообмена	QT		кДж/кг
Расхождение расчётных тепловосприятий	DQ	× 100%	%

На рис. III-25 представлена блок-схема алгоритма расчёта экономайзера, который аналогичен расчёту двух предыдущих поверхностей нагрева: фестона и перегревателя. Уточняющий расчёт температуры газов на выходе из ступени (Q²) осуществляется до выполнения условия: расхождение расчётных тепловосприятий DQ £ 2 %. В процессе расчёта учитывается тип экономайзера, влияющий на величину коэффициента теплопередачи.

Таблица III-22.

Значения коэффициентов использования воздухоподогревателей x_вп

Вид топлива	Воздухоподогреватели
трубчатые без промежуточных трубных досок	пластинчатые	чугунные ребристые
нижние ступени	верхние ступени
АШ, фрезерный торф	0,80	0,75	0,85	0,75
Мазут	0,70	0,75	0,60	0,60
Древесное топливо	0,80	0,85	0,70	0,70
Всё остальное топливо	0,85	0,85	0,85	0,80

Примечания: 1. Для трубчатых воздухоподогревателей с промежуточными досками коэффициент x_вп снижается на 0,1 при одной доске и на 0,15 - при двух.

2. Значения коэффициентов использования воздухоподогревателей при сжигании мазута даны для случая, когда температура воздуха на входе в воздухоподогреватель ниже 80°С. Если температура воздуха будет выше 80°С, то значения коэффициентов x_вп при сжигании мазута увеличивается на 0,1.

Рис. III-25. Блок-схема алгоритма расчёта экономайзера

3. При горизонтальном расположении труб воздухоподогревателя значения коэффициентов x_вп уменьшаются на 0,05.

Блок-схема алгоритма расчёта воздухоподогревателя представлена на рис. III-26. Итерационный процесс расчёта аналогичен расчёту трёх предыдущих поверхностей нагрева: фестона, перегревателя, экономайзера. Предварительно заданная температура газов на выходе из ступени (Q²) последовательно уточняется до тех пор, пока расхождение расчётных тепловосприятий не будет DQ £ 2 %.

Таблица III-23.

Расчёт воздухоподогревателя (первой или второй ступени)

Наименование величин	Обозначение	Расчётная формула или способ определения	Размерность	Результат
	2
Диаметр и толщина стенок труб	d × s	По конструктивным размерам	мм
Относительный шаг труб:
- поперечный		То же	-
- продольный		То же	-
Количество рядов труб	z2	То же	шт.
Количество ходов по воздуху	n	То же	-
Площадь живого сечения для прохода газов	FГ	То же	м^2
Площадь живого сечения для прохода воздуха	FВ	То же	м^2
Площадь поверхности нагрева	Н	То же	м^2
Температура газов на выходе из ступени	Q ^"	По заданию (Q ^" = Qух)	°С
Энтальпия газов на выходе из ступени	J ^"	По J - Q таблице (по результатам расчёта)	кДж/кг
Температура воздуха на входе в ступень	t ^¢	По выбору	°С
Энтальпия теоретически необходимого холодного воздуха на входе в ступень		По J-Q таблице	кДж/кг
Температура воды на выходе из ступени	t"	По выбору	°С
Энтальпия теоретического количества воздуха на выходе из ступени		По J-Q таблице	кДж/кг
Коэффициент избытка воздуха на выходе из воздухоподогревателя	b²	1+DaВП - aплу	-
Тепловосприятие ступени	Q	(b² + )´ ´( - )	кДж/кг
Средняя температура воздуха в ступени	t	0,5 × (t ^'+ t ^")	°С
Энтальпия теоретического количества воздуха при средней температуре		По J-Q таблице	кДж/кг
Энтальпия газов на входе в ступень	J ^'	J ^" + - Da×	кДж/кг
Температура газов на входе в ступень	Q ^¢	По J-Q таблице	°С
Средняя температура газов	Q	0,5 × (Q ^'+ Q ^")	°С
Средняя скорость газов	WГ		м/с
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке	а1	По рис. III-15 (а1 = ан× сL× сф)	Вт/(м^2×К)
Средняя скорость воздуха	WВ		м/с
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке	а2	По рис. III-14 (а2= ан× сz×cs×сф)	Вт/(м^2×К)
Коэффициент использования поверхности нагрева	К		Вт/(м^2×К)
Разность температур между средами:
- наибольшая	Dtб	Q ^" - t¢	°С
- наименьшая	Dtм	Q ^' - t"	°С
Температурный напор при противотоке	Dtпрт		°С
Перепад температур:
- наибольший	tб	Q ^' - Q ^"	°С
- наименьший	tм	t" - t¢	°С
Параметр Р	Р		-
Параметр R	R	tб /tм	-
Коэффициент перехода к другой схеме	f	Рис. III-20	-
Температурный перепад	Dt	f × Dtпрт	°С
Тепловосприятие ступени по уравнению теплообмена	QT		кДж/кг
Расхождение расчётных тепловосприятий	DQ	× 100	%

Расчётная невязка теплового баланса парогенератора.

В результате теплового расчёта определяют температуру уходящих газов, а при наличии воздухоподогревателя - температуру горячего воздуха.

Если расчётная температура уходящих газов отличается от принятой в начале расчёта не более чем на ±10°С, а температура горячего воздуха не более чем на ±40°С, то расчёт теплообмена в парогенераторе считается законченным и найденные температуры будут окончательными.

Рис. III-26. Блок- схема алгоритма расчёта воздухоподогревателя.

По расчётной температуре уходящих газов уточняют потерю теплоты с уходящими газами Q_УХ, КПД генератора h_ПГ и расход топлива В_р. Затем по расчётному значению температуры горячего воздуха уточняют полезное тепловыделение в топке Q_T (формула III-49) и тепловосприятие лучевоспринимающих поверхностей топки Q^T_л (формула III-67).

После уточнения балансовых величин составляют сводную таблицу теплового расчёта парогенератора (табл. III-24), куда заносят те параметры газов и тепловосприятий конвективных поверхностей нагрева, которые вошли в уравнение (III-70), определяющее количество теплоты, отданное газами.

По данным сводной таблицы находят расчётную невязку теплового баланса парогенератора, (табл. III-25) кДж/кг (кДж/м)

, (III-85)

где , Q_К, Q_ПЕ, Q_ЭК - количество теплоты, воспринимаемое поверхностями нагрева топки, фестона, испарительных пучков, перегревателя и экономайзера, соответственно, кДж/кг (кДж/м³).

Значение невязки не должно превышать 0,5% от .

Блок- схема алгоритма расчёта невязки представлена на рис. III-27.

На основании исходных данных, в качестве которых служат ранее полученные результаты расчёта по отдельным поверхностям нагрева, осуществляется последовательный расчёт относительной невязки парогенератора. Если относительная невязка не превышает 0,5%, расчёт парогенератора заканчивается с выдачей итоговой таблицы III-25. В противном случае выдаются рекомендации о необходимости анализа полученных результатов и повторного перерасчёта отдельных поверхностей нагрева или всего парогенератора в целом.

Таблица III-24.

Сводная таблица теплового расчёта парогенератора.

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Расчётное значение
	2
Тепловой баланс
Располагаемая теплота топлива		кДж/кг (кДж/м^3)
Температура уходящих газов	QУХ	°С
Потери теплоты с уходящими газами	q2	%
КПД парогенератора	hПГ
Расход топлива	ВР
Топка
Температура подогрева воздуха	tГ.В.	°С
Теплота, вносимая воздухом	QВ	кДж/кг (кДж/м^3)
Полезное тепловыделение	QТ	кДж/кг (кДж/м^3)
Температура газов на выходе		°С
Тепловосприятие		кДж/кг (кДж/м^3)
Энтальпия газов на выходе		кДж/кг (кДж/м^3)
Фестон, испарительные пучки, перегреватель, экономайзер и воздухоподогреватель (отдельно для каждой поверхности нагрева)
Температура газов
- на входе	Q¢	°С
- на выходе	Q²	°С
Энтальпия газов
- на входе	J¢	кДж/кг (кДж/м^3)
- на выходе	J²	кДж/кг (кДж/м^3)
Тепловосприятие поверхности нагрева	Q	кДж/кг (кДж/м^3)

Таблица III-25.

Расчёт невязки парогенератора.

Наименование величин	Обозначение	Расчётная формула или способ определения	Размерность	Результат
	2
Расчётная температура горячего воздуха	tГ.В.	Из расчёта воздухоподогревателя	°С
Энтальпия горячего воздуха при расчётной температуре		То же	кДж/кг (кДж/м^3)
Количество теплоты, вносимое в топку воздухом	QВ		кДж/кг (кДж/м^3)
Полезное тепловыделение в топке	QТ		кДж/кг (кДж/м^3)
Лучистое тепловосприятие топки			кДж/кг (кДж/м^3)
Расчётная невязка теплового баланса	DQ		кДж/кг (кДж/м^3)
Относительная невязка		× 100	%

Пример поверочного расчёта котельного агрегата, работающего на твёрдом топливе, газе или мазуте без использования ПК приведён в литературе /11/.

Рис. III-27. Блок- схема алгоритма расчёта невязки парогенератора

Дата добавления: 2015-12-07