Тепловой расчет парового котла

ния ширмовой поверхности, (м2×К)/Вт, при сжигании пылевидного твердого топлива при- нимают по рис. 8.8 в зависимости от свойств топлива (склонности к шлакованию) и сред- ней температуры газов, омывающих ширмы; a2 – коэффициент теплоотдачи от стенки к

рабочей среде (пару), Вт/(м2×К), который определяется по рис. 8.9 или по формуле (8.18); Bр – расчетный расход топлива, кг/с; Fшпп – поверхность нагрева ширм (см. формулу

(8.10)), м2; Qшппб – тепловосприятие ширмовой поверхности нагрева, кДж/кг, определяемое по уравнению (8.11); Qшппл – теплота, воспринятая поверхностью нагрева излучением из

топки или из объема газов перед поверхностью нагрева, кДж/кг (см. формулу (8.3)).

При продольном омывании поверхности нагрева однофазным потоком воды, пара докритических параметров, дымовых газов или воздуха коэффициент теплоотдачи a2 ,

Прандтля; λ , nг и Pr для газов и воздуха принимаются соответственно по рис. 8.5, 8.6 и 8.7, для воды и пара по справочнику [7]; dэ – эквивалентный диаметр, м, при течении внутри труб он равен внутреннему диаметру dэ = dвн ; Сt – поправка, учитывает влияние

температурного фактора и зависит от температуры потока. При охлаждении газов и воз- духа, а также при охлаждении и нагреве воды и пара Сt принимается равной единице; Cd

– поправка на форму канала; для часто используемых в котлах теплообменных поверхно- стей поправка принимается равной единице; Cl – поправка на относительную длину, учи-

uп = f (pшппср ,tср ) – средний удельный объем пара, м3/кг, определяемый по средним давле-

© Бойко Е.А. Тепловой расчет парового котла

62

ширм по ширине газохода (см. формулу (8.1); nш – количество параллельно включенных трубок в одной ширме (см. формулу 8.2).

Рис. 8.3. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных

гладкотрубных пучков и ширм

© Бойко Е.А. Тепловой расчет парового котла

63

Рис. 8.4. Поправочные коэффициенты для расчета теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков и ширм (к рис. 8.3)

© Бойко Е.А. Тепловой расчет парового котла

64

Рис. 8.5. Теплопроводность дымовых га- зов ( λг = λM λ ) и воздуха: а – дымовые газы

среднего состава (кривая 1) и воздух (кривая 2); б – поправка на содержание водяных паров

Рис. 8.6. Кинематическая вязкость дымо- вых газов ( νг = νM ν ) и воздуха: а – дымовые

газы среднего состава (кривая 1) и воздух (кри- вая 2); б – поправка на содержание водяных

паров

© Бойко Е.А. Тепловой расчет парового котла

65

среднего состава (кривая 1) и воздух (кривая 2); б – поправка на содержание водяных паров

Рис. 8.8. Коэффициент загрязнения шир- мовых поверхностей нагрева: 1 – для нешла- кующих углей типа экибастузских; 2 – для умеренношлакующих с очисткой поверхно- стей нагрева; 3 – для умеренношлакующих без очистки и сильношлакующих (типа фрезерно- го торфа и канско-ачинских углей) с очисткой; 4 – для сланцев с очисткой

© Бойко Е.А. Тепловой расчет парового котла

66

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания, aл , Вт/(м×К), опреде-

ляется по температуре газов и загрязненной стенки по формулам (8.21, 8.22) или рис. 8.10 для запыленного потока (при учете излучения золы):

где xз – коэффициент излучения стенок лучевоспринимающих поверхностей парового

где ξ – коэффициент использования, принимается по рис. 8.11; s2 – продольный шаг ширм, м; dн – наружный диаметр труб, м; xш – угловой коэффициент ширм, принимается по рис. 6.4. а, кривая 4 (при e = 0).

Коэффициент теплопередачи k , Вт/(м2×К) в ширмах учитывает как лучистый, так и конвективный теплообмен газового потока с поверхностью труб и рассчитывается по фор-

муле

определения расчетной погрешности – δQ .

© Бойко Е.А. Тепловой расчет парового котла

67

Рис. 8.9. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при продольном омывании для перегретого пара α2 = αнCd

© Бойко Е.А. Тепловой расчет парового котла

68

Рис. 8.10. Коэффициент теплоотдачи излучением: для запыленного потока дымовых газов

αл = αнaш ; для незапыленного потока αл = αнaшСг

©Бойко Е.А. Тепловой расчет парового котла

69

Рис. 8.11. Коэффициент использова-

ния ширмовой поверхности нагрева

Расчет поверхности считается законченным, если δQ ≤ 2 %, при этом окончатель- ными считаются температуры и тепловосприятия, вошедшие в уравнения баланса.

Если полученное расхождение между Qшппб и Qшппт превышает допустимую по- грешность расчетов, то необходимо выполнить расчет второго приближения, задавшись новым значением температуры газов за ширмами. При Qшппб > Qшппт необходимо увеличить температуру ϑ′ш′ по сравнению с ранее заданной температурой на выходе из ширм, если

дение между обоими значениями тепловосприятий Qшппб и Qшппт окажется больше указан- ного предела δQ , истинная температура может быть найдена методом линейной интерпо-

ляции (экстраполяции) по значениям, полученным в первом и втором приближении.

При аналитической интерполяции расчетная конечная температура газов на выходе из ширм ( ϑ′ш′ ) определяется из равенства

Здесь индексы 1 и 2 относятся соответственно к первому и второму приближениям. На- хождение искомой температуры ϑ′ш′ возможно также путем графической интерполяции.

По завершению расчета ширмовой поверхности нагрева находят энтальпию пара на выходе из пароперегревателя

9. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНОГО ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ

При курсовом проектировании парового котла считается методически правильным выполнять тепловой расчет конвективного пароперегревателя конструктивным методом с определением необходимых теплообменных поверхностей при номинальной производи- тельности и принятых показателях экономичности и надежности работы.

Проектирование конвективного пароперегревателя начинают с эскизной проработ- ки поверхности с выбором конструктивных характеристик: диаметра труб поверхности нагрева пароперегревателя, поперечного и продольного шагов, числа труб, их расположе- ния, габаритов газохода, площадей проходных сечений, эффективной толщины излучаю-

© Бойко Е.А. Тепловой расчет парового котла

70

щего слоя. Рекомендуемые значение некоторых конструктивных характеристик различ- ных по исполнению конвективных пароперегревателей представлены в табл. 2.2.

Составление компоновочной схемы и схемы движения сред в проектируемом па- роперегревателе (по типу рис. 7.2): размещение пароперегревателя в газовом тракте котла, взаимное движение сред, число их ходов, наличие пароохладителей выполняется с помо- щью заводских проектных материалов (чертежей) и в строгом соответствии с заданием на проектирование.

Пароперегреватели горизонтального газохода (см. рис. 9.1) имеют коридорное рас- положение труб, что ослабляет наружные загрязнения, пароперегреватели конвективной шахты чаще всего имеют шахматное расположение (интенсифицируется теплообмен).

12bкпп bкпп

Рис. 9.1. Эскиз конвективного пароперегревателя, расположенного в горизонтальном газохо- де: 1 – входной коллектор; 2 – выходной коллектор; 3 – пакет конвективного пароперегревателя; 4

– узел крепления (подвеска); 5 – паросборный коллектор

По выбранному поперечному шагу труб s1 и ширине газохода bт , которая равна

ширине топки рассчитывается число труб пароперегревателя в ряду

Пароперегреватели котельных агрегатов средней и большой мощности и высоких параметров имеют несколько ступеней с приращением энтальпии в каждой на 250–420 кДж/кг и перемешиванием пара за каждой ступенью. Для регулирования температуры пе- регрева пароперегреватели оснащаются пароохладителями, как правило впрыскивающего типа. Наличие пароохладителя отражается на величине поверхности нагрева пароперегре- вателя: чем больше принята величина впрыска Dвпр , тем больше будет его поверхность

нагрева.

Количество тепла, воспринятого в конвективном пароперегревателе, кДж/кг

где Qкппл – переизлучение теплоты из топки, кДж/кг, принимаем, что вся энергия излуче-

© Бойко Е.А. Тепловой расчет парового котла