Тепловой расчет экономайзера.

Расчету теплообмена в экономайзере должна предшествовать конструктивная и компоновочная проработка поверхности. По заводским чертежам котлоагрегата, поверочный расчет которого выполняется, необходимо определить конструктивные характеристики экономайзера и результаты свести в таблицу. Определить тип экономайзера

Таблица 5.6.

Конструктивные характеристики водяного экономайзера.

Наименование величины	Обозначение	Единицы измерения	Числовые значения
Наружный диаметр и толщина труб		мм
Длина трубы ряда		м
Количество труб в ряду		шт
Расположение труб	шахматное
Характер омывания труб дымовыми газами	Поперечный
Площадь живого сечения для прохода газов		м^2
Площадь живого сечения для прохода воды		м^2
Поверхность нагрева		м^2

Для расчета экономайзера (так же, как и при расчете газоходов котла) необходимо, ориентировочно, задаться двумя значениями температур газов на выходе из экономайзера, но более низкими, чем температура газов на входе в него. Далее по этим значениям следует выполнить два параллельных расчета. Если, в результате расчетов получится равенство при одной из температур, то эта

температура и будет искомой температурой газов на выходе из экономайзера. В противном случае следует находить истинную температуру графически, построив график, подобный графику на рис. 5.5. Если прямые не пересекаются в пределах выбранного интервала температур, то необходимо задаться новыми температурами и повторить расчет.

По найденной истинной температуре газов за экономайзером определяется истинное (уточненное) значение тепловосприятия в экономайзере по уравнению теплового баланса.

Скорость дымовых газов находится для межтрубных промежутков (в ряду труб) по размерам газохода экономайзера (для установки в конвективной шахте - по ее размерам в свету и ) с учетом загромождения газохода трубами (, , ) т.е.:

; (5.25)
где - объем газов, определяемый по среднему значению коэффициента избытка воздуха в газоходе, м³/кг.

- площадь живого сечения для прохода газов, определяется как разность между полной площадью поперечного сечения газохода в свету, проходящему через оси поперечного ряда труб и частью этой площади, занятой трубами; для поперечно омываемых гладкотрубных пучков:

; (5.26)

где a и b – размеры газохода в расчетном сечении, м;

- число труб в ряду, шт.

Расчетная скорость воды определяется по формуле:

; (5.27)
где - расход воды, кг/с;

- удельный объем воды, определяемый по давлению и температуре с помощью таблиц термодинамических свойств воды, м³/кг;

- площадь живого сечения для прохода воды, определяемой по формуле:

; (5.28)
где - число параллельно включенных труб, шт.

При номинальной нагрузке скорость воды в «некипящем» экономайзере не должна быть меньше 0,3 м/с, а в «кипящем» - не

менее 1 м/с. Для удаления воздуха из воды, нагреваемой в экономайзере, она должна перемещаться снизу вверх. Движение газов идет по принципу противотока.

При установке экономайзеров «некипящего» типа, подогревающих питательную воду, необходимо обеспечить ее незакипание, т.е. соблюдают условие:

; (5.29)
где - температура насыщенного пара, соответствующая давлению пара в котле, °С.

Тепловосприятие в водяном экономайзере определяется по уравнениям теплового баланса и теплопередачи, также как и в газоходах котла.

Температура воды на выходе из экономайзера находится из уравнения теплового баланса для нагреваемой воды:

; (5.30)
где - количество воды, проходящей через экономайзер.

Средний температурный напор в экономайзере определяется по формуле для противотока:

(5.31)
где - средняя температура воды в экономайзере, °С:

.

Коэффициент теплопередачи в экономайзере определяется графически при

. (5.32)

Порядок и результаты расчетов должны определятся в виде таблицы (см. табл. 5.7). Затем, на отдельном листе показать график изменения температур теплообменивающихся сред вдоль поверхности экономайзера с указанием конкретных значений температур.

Таблица 5.7.

Тепловой расчет водяного экономайзера.

Наименование рассчитываемой величины	Обозначение	Единицы измерения	Расчетная формула	Результат при
Температура дымовых газов перед экономайзером		°С	Из расчета
Энтальпия дымовых газов перед экономайзером		кДж/кг	таблица
Температура дымовых газов за экономайзером		°С	Задаемся
Энтальпия дымовых газов за экономайзером		кДж/кг	таблица
Тепловосприятие в водянном экономайзере по уравнению теплового баланса		кВт
Количество питательной воды, проходящей через экономайзер		кг/с	По заданию
Температура питательной воды перед экономайзером		°С	По заданию
Температура воды на выходе из экономайзера		°С
Перепад температур между температурой насыщения и температурой воды на выходе из экономайзера	-	°С
Средняя температура воды в экономайзере		°С
Средний температурный напор		°С
Средняя температура дымовых газов		°С
Скорость дымовых газов в экономайзере		м/с
Расчетная скорость воды в экономайзере		м/с
Коэффициент теплопередачи в водяном экономайзере		Вт/м^2*К	Номограмма
Тепловосприятие водяного экономайзера по уравнению теплопередачи		кВт
Невязка тепловосприятия экономайзера		%
Истинная температура дымовых газов на выходе из экономайзера		°С
Истинное значение энтальпии газов за экономайзером		кДж/кг
Истинное тепловосприятие в экономайзере		кВт

5.5 Тепловой расчет воздухоподогревателя

Перед расчетом воздухоподогревателя по чертежам рассчитываемого котла составляется эскиз воздухоподогревателя в масштабе с указанием направления движения сред и определяются конструктивные характеристики.

Таблица 5.8

Конструктивные характеристики воздухоподогревателя

Наименование величины	обозначение	Единицы измерения	Числовые значения
Количество пакетов Количество ходов: воздуха газа		шт.   шт. шт.
Количество труб в одном ряду Количество труб в воздухоподогревателе Длина труб Диаметр труб и толщина стенки Шаг труб: Вдоль потока Поперек	Z Z   L	шт.   шт. м. мм.   мм. мм.
Расположение труб (шахматн., коридорн.) Глубина газохода Ширина газохода Сечение для прохода газов воздуха Поверхность нагрева воздухоподогревателя	a в	м. м.

В воздухоподогревателях обычно дымовые газы проходят внутри труб, а воздух омывает их снаружи поперечным током.

Тепловой расчет воздухоподогревателя также выполняется методом последовательных приближений, т.е. необходимо задаться двумя значениями температуры газов на выходе из воздухоподогревателя и выполнить два параллельных расчета. Если в процессе расчета значений совпадут при одной из температур, то эта температура и принимается за истинную температуру уходящих газов.

В случае, когда невязка расчета тепловосприятия будет <= 2%, истинная температура уходящих газов находится путем графической интерполяции (см. рис. 5.5).

По найденному значению уточняются тепловое восприятие по уравнению теплового баланса действительная температура горячеговоздуха на выходе из воздухоподогревателя.

Когда невязка расчета будет > 2% следует повторить расчет в той же

Последовательности при других значениях .

Результаты расчета помещаются в таблицу (см. табл. 5.9).

При расчете воздухоподогревателя использовались ниже приведенные зависимости.

Тепловосприятие по уравнению теплового баланса находится по формуле

Из выражения, определяющего количество тепла, необходимое для нагрева воздуха,

(5.33)

Находится температура воздуха на выходе из воздухоподогревателя

где - коэффициент избытка воздуха в топке;

- теоретически необходимый объем воздуха, м³/кг;

- объемная теплоемкость воздуха (принять = 1,33 );

Средний температурный напор теплообменивающихся сред находится по формуле противотока

где = - средняя температура воздуха в воздухоподогревателе, определяемая как полусумма температур воздуха на входе в воздухоподогреватель и на выходе из него.

Скорость воздуха в межтрубном пространстве воздухоподогревателя находится по формуле

(5.34)

где - теоретически необходимый объем воздуха, м³/кг;

Для определения скорости газов в трубах используется зависимость

(5.35)

где - живое сечение для прохода газов, определяемое по формуле

Z -общее количество труб в воздухоподогревателе, шт.;

- внутренний диаметр труб, м.

Скорость движения дымовых газов должна быть в пределах 10-12 м/с. но не менее 8м/с, чтобы избежать загрязнения поверх­ности труб.

Скорость движения воздуха не должна превышать 4,5-6 м/с, в противном случае возрастает сопротивление воздухоподогревателя на воздушной стороне.

Коэффициент теплопередачи воздухоподогревателя находится по формуле

- коэффициент теплоотдачи от газов к стенке., опреде­ляемый по номограмме на рис. 5.7, с учетом скорости газов, ,

- коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху, определяемым по номограмме на рис. 5.1 с учетом скорости воздуха, .

Далее следует определить тепловосприятие в воздухоподогревателе по уравнению теплопередачи

Во избежание возникновения коррозии труб воздухоподогрева­теля в его холодной части минимальная температура стенки металла должна составлять = 115-120°С

Рекомендуется [4]определять для трубчатого воздухоподогревателя по формуле

(5.37)

где - температура воздуха на входе в воздухоподогреватель

°С (задается в условии к выполнению проекта);

-предварительно выбранная температура уходящих газов, °С.

При во всех случаях наблюдается интенсивная коррозия поверхности нагрева. Если не удовлетворяет тре­бованиям надежной эксплуатации, необходимо несколько увеличить выбранные и .

Минимальный температурный напор перед воздухоподогревателем (разность температур между газами на входе в воздухоподогреватель

и горячим воздухом) принимается = 30°

После завершения расчетов и определения истинного значения температуры уходящих газов необходимо найти истинное значение тепловосприятия и действительную температуры горячего воздуха а также построить график изменения температур газов и воздуха вдоль поверхности воздухоподогревателя с указа­нием конкретных температур сред на входе и на выходе.

Таблица 5.8.

Тепловой расчет воздухоподогревателя.

Наименование рассчитываемой величины	Обозначение	Единицы измерения	Расчетная формула или источник определения	Результат при	Результаты расчетов при
Температура воздуха на входе в воздухоподогревателя		°С	Условие выполнения проекта
Температура дымовых газов на входе в воздухоподогреватель		°С	Из расчета экономайзера
Энтальпия дымовых газов на входе в воздухоподогреватель		кДж/кг	Диаграмма
Температура дымовых газов на выходе из воздухоподогревателя		°С	Задаемся
Энтальпия дымовых газов на выходе из воздухоподогревателя		кДж/кг	Диаграмма
Тепловосприятие в воздухоподогревателе по уравнению теплового баланса		кВт
Температура воздуха на выходе из воздухоподогревателя		°С
Средняя температура воздуха		°С
Средняя температура дымовых газов		°С
Минимальный температурный напор(разность температур между газами на входе в воздухоподогреватель и горячим вощдухом		°С
Минимальная температура поверхности трубок воздухоподогревателя		°С
Средний температурный напор		°С
Скорость воздуха		м/с
Скорость дымовых газов		-“-
Коэффициент от газов к стенке		Вт/м^2*К	Номограмма на рис. 5.7
Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху		Вт/м^2*К	Номограмма на рис.5.1
Коэффициент теплопередачи		Вт/м^2*К
Тепловосприятие в воздухоподогревателе по уравнению теплопередачи		кВт
Невязка тепловосприятия воздухоподогревателя		%

5.6 Проверка правильности теплового расчета котлоагрегата

Расчет котла в целом считается законченным, если температура уходящих газов , полученная расчетом отличается от принятой в начале расчета (при определении и ) не более чем на 10°С, а температура горячего воздуха – не более чем на 40°С. Далее уточняются потери теплоты с уходящими газами, к.п.д. котлоагрегата и расход топлива (по полученной температуре уходящих газов). Если

(5.38)

Уточняются температуры газов, температурные напоры и тепловосприятия.

Если >10°С или >40°С повторяется расчет всего котла.

Правильность окончательного распределения тепловосприятий проверяется тепловым балансом котла, который составляется в строгом соответствии с компоновкой рассчитываемого котла.

Невязка теплового баланса котла определяется следующим образом

(5.39)

(5.40)

где - расчетная располагаемая теплота, кДж/кг;

потери с механической неполнотой сгорания,%;

- КПД котлоагрегата;

- количество теплоты, излучаемое объемом газов топки, кДж/кг;

- количество теплоты, воспринятой теплообменными поверхностями, кДж/кг;

(5.41)

где , , - количество теплоты, воспринятой котельными пучками, пароперегревателем и водяным экономайзером, кДж/кг.

Уравнение (5.39) включает в себя тепловосприятие всех теплообменных поверхностей(кроме воздухоподогревателя).

Невыполнение условия (5.40), т.е. превышение невязки значения 0,5% , требует пересчета теплового баланса котла для устранения погрешностей расчета.

Если в результате уточнения общего баланса менялись тепловосприятия отдельных поверхностей, то необходимо проверить с помощью уравнений

(5.42),(5.43)

Соответствие приращения энтальпий рабочей среды и тепловосприятия для каждой рассчитываемой поверхности нагрева.

В уравнениях (5.42) и (5.43):

- теплота, отданная дымовым газам, приравниваемая к теплоте, воспринимаемой водой, паром или воздухом, кДж/кг;

Д – расход рабочей среды через рассчитываемую поверхность, кг/с;

- расчетный расход сжигаемого топлива, кг/с;

и - энтальпия среды на входе в поверхность и на выходе из нее, кДж/кг

- теплота, полученная поверхностью излучения из топки.

Составление теплового баланса и определение его невязки является важным этапом расчета котлоагрегата, так как только при получении допустимой невязки считается выполнение теплового расчета котла правильным, а сам тепловой расчет завершенным.

Дата добавления: 2015-07-26