книги из ГПНТБ / Грузберг, Я. Ю. Судовые парогенераторы учебник

Среднюю разность температур для прямотока или противотока определяют как среднелогарифмическую разность температур:

2,31g М б ’

Д^м

где Аг'б и АtM— большая и меньшая разности температур теплообменивающихся сред, °С.

Рис. 70. Схемы изменения температуры при прямотоке и противотоке

Подставив значения в формулу (116), получим

128

(1160

Рис. 72. .Номограмма для определения коэффициента пере­ хода при перекрестном токе

/ — однократный перекрест; 2 — двукратный перекрест; 3 — трехкрат­ ный перекрест; 4 — четырехкратный перекрест

Если часть поверхности нагрева включена по прямотоку, а часть по противотоку и соблюдается условие Д£прям > 0,92 М прот, то средняя разность температур

129

где А^прям и А/прот — средние разности температур, вычисленные по заданным начальным и конечным температурам теплообменивающихся сред для случаев прямотока и противотока.

В зависимости от конструктивной компоновки поверхности нагрева возможны одно-, двух- и трехкратный перекрестный ток (рис. 71). Цифрами указано количество перекрестных токов. Для перекрестного тока теплообменивающихся сред температурный напор вычисляют по

Рис. 73. Номограмма для определения коэффициента перехода при последовательно-смешанном токе

Для схем последовательно-смешанного тока величину коэффици­ ента перехода ф определяют по номограмме, приведенной на рис. 73, в зависимости от трех безразмерных определяющих параметров:

где # прям и Я — поверхность нагрева прямоточного участка и пол­ ная, м2;

%х и т 2 — полные разности температур теплообменивающихся сред, °С.

130

Г л а в а X I

ТЕПЛОВОЙ ра с ч ет ВОДОТРУБНЫХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

§ 35. Компоновка и методика расчета парогенератора

Задание на тепловой расчет. Компоновка и тепловой расчет паро­ генератора взаимно связаны и должны быть выполнены в соответствии с техническим заданием на расчет парогенератора.

Основными, исходными данными для теплового расчета водотруб­ ного парогенератора являются:

требуемая паропроизводительность парогенератора D, кг/с; в том числе количество охлажденного пара £)охл, кг/с;

параметры перегретого пара за стопорным клапаном пароперегре­ вателя: 1) давление рпе, МН/м2; 2) температура /пе, °С;

температура охлажденного пара /охл, °С; температура питательной воды /п. в, °С; температура холодного воздуха /х. в, °С;

коэффициент полезного действия парогенератора при полной на­ грузке г|п, %; марка мазута.

Определение основных конструктивных элементов парогенератора. Перед выполнением теплового расчета необходимо определить основ­ ные конструктивные элементы и выполнить общую компоновку паро­ генератора. Компоновка производится с одновременным вычерчива­ нием теоретического чертежа. Для составления чертежа необходимо в первую очередь определить объем топки, а затем, выбрав размер коллекторов, разместить их на чертеже и приступить к построению трубной части конвективной поверхности нагрева.

Наиболее рациональной формой сечения топочной камеры является цилиндрическая, к которой и стараются приближаться при проекти­ ровании современных судовых парогенераторов.

Топочный объем

(119)

Линейный размер топки в первом приближении может быть найден по формуле

( 120)

Площадь топочного фронта

( 121)

Площадь сечения фурмы вычисляют по формуле

хаѴ^Вф

(1 2 2 )

131

где т — температурная поправка, учитывающая объемное расшире-

273 4- 1

ние воздуха: т = -----— ;

273

Вф — расход мазута форсункой, кг/с; №ф — скорость воздуха в фурме, принимаемая равной 20—40 м/с.

Расстояние между центрами фурм соседних форсунок принимают равным 2 с?ф, а от центра форсунок до труб испарительного пучка — не менее 0,5 с?ф + (400 -ъ- 500) мм.

Диаметр пароводяного коллектора выбирают по нагрузкам паро­ вого пространства и зеркала испарения, которые зависят от давления пара и паропроизводительности парогенератора, отнесенной к 1 м3 объема парового пространства или к 1 м2 площади зеркала испарения. Нагрузка парового объема составляет

тельно уточняется после размещения трубной системы.

Диаметр водяного коллектора равен примерно половине диаметра пароводяного, но не менее 500 мм. Уточнив диаметр, проверяют воз­ можность размещения труб испарительного пучка на 3/4 длины верх­ ней полуокружности коллектора. Далее выбирают диаметр и шаг труб испарительной поверхности нагрева. Для улучшения циркуля­ ции первый притопочный ряд и боковой экран выполняют большего диаметра, чем остальные ряды.

Методика теплового расчета парогенератора. Тепловой расчет со­ стоит из двух частей: начальной и основной.

Начальная часть расчета включает: определение количества не­ обходимого для горения воздуха, объема и энтальпии продуктов сго­ рания; построение диаграммы і—1\ составление предварительного теп­ лового баланса; определение секундного расхода топлива, начальной энтальпии газов и основных конструктивных элементов парогенера­ тора, характеризующих его общую компоновку.

132

Восновную часть теплового расчета входит расчет теплопередачи

втопке, а также расчет конвективной и хвостовых поверхностей на­ грева, определение паропроизводительности и составление оконча­ тельного теплового баланса парогенератора.

Объем воздуха и продуктов горения вычисляют по формулам и ре­ комендациям, приведенным в гл,- VII. Эти расчеты удобно выполнить

вформе табл. I, приведенной в приложении.

Пользуясь табл. 2 (стр. 100) и табл. I, определяют энтальпию про­ дуктов сгорания по форме табл. II (см. приложение). По данным табл. II приступают к построению диаграммы і—t.

Составление предварительного теплового баланса и определение расхода топлива производят по рекомендациям и формулам гл. VIII. Эти предварительные расчеты удобно выполнить в форме табл. III (см. примерный расчет в приложении).

Для определения основных конструктивных элементов парогене­ ратора пользуются формой табл. IV (см. приложение).

При выполнении основной части расчета необходимо определить поверхность нагрева отдельных элементов парогенератора, чтобы вы­ чертить его трубную часть. Решить эту задачу можно, распределив тепло, передаваемое в парогенераторе, по отдельным поверхностям нагрева.

Полный тепловой поток, полезно использованный в парогенераторе,

На основании уравнения теплового баланса тепловой поток, пере­ данный продуктами сгорания поверхности нагрева пароводяного тракта, составит

г'з э — энтальпия газов за поверхностью нагрева последнего эле­ мента пароводяного тракта, т. е. за водяным экономайзе­ ром, Дж/кг.

Из уравнений (58) и (126) получают зависимость для энтальпии га­

Согласноосновному уравнению теплового балансамощность теп­ лового потока, переданнаягазами поверхности нагрева водяного эко­ номайзера, составляет

133

Из уравнений (128) и (129) определяют энтальпию газов перед во­ дяным экономайзером:

Мощность теплового потока, необходимая для перегрева пара до заданной температуры, определяют из выражения теплового баланса

Из уравнений (131) и (132) определяют энтальпию газов перед па­ роперегревателем:

Мощность теплового потока, необходимая для подогрева воздуха до заданной температуры, равна:

Уравнение теплового баланса по газовой стороне:

мой, определяют для принятого коэффициента избытка воздуха тем­

компоновки конвективных поверхностей нагрева.

Задавшись температурой газов на выходе из топки /3 т или полу­ чив ее путем расчета, определяют по диаграмме і— t энтальпию газов

qx = 75ІО3 Вт/м2 — при внешнем пароперегревателе.

134

Выбрав диаметры трубок и шаги, определяют число рядов, коли­ чество труб в одном ряду и компонуют поверхности нагрева. Таким же образом компонуют и остальные элементы.

Окончательный тепловой расчет производят в следующем порядке: рассчитывают топку, испарительную поверхность нагрева, паропере­ греватель, экономайзер и воздухоподогреватель. При наличии внут­ реннего пароперегревателя расчет испарительной поверхности нагрева разбивают на две части: расчет испарительного пучка до пароперегре­ вателя и за ним.

По результатам расчета составляют окончательный тепловой ба­ ланс в соответствии с § 41 настоящей главы.

§ 36. Расчет испарительных поверхностей нагрева

Расчет теплообмена в топке. Порядок расчета теплообмена в топке подробно изложен в § 34. Расчет удобно выполнять по форме табл.Ѵ (см. примерный расчет в приложении).

Расчет конвективной испарительной поверхности нагрева. Для

выполнения теплового расчета поверхности нагрева испарительных труб необходимо выбрать диаметр труб, относительное их располо­ жение (шахматное или коридорное), поперечный и продольный шаги и произвести их компоновку в пучки. В судовых парогенераторах наиболее приемлемым является шахматное расположение труб. Для судовых парогенераторов с мазутным отоплением применяют трубы диаметром 44,5 X 3,5; 44,5 X 3,0 и 29 X 2,5, 25 X 2,5 мм.

От величины шага труб зависят интенсивность теплообмена и ус­ ловия очистки наружной поверхности труб от сажи и золы. Для паро­ генераторов с мазутным отоплением рекомендуются следующие шаго­ вые отношения:

для первых рядов труб диаметром 44,5 X 3,0 мм

где tx, t%— поперечный и продольный шаги труб, мм.

Выбрав основные геометрические параметры пучка испарительных труб, приступают к тепловому расчету. Теплообмен в конвективном пучке испарительных труб рассчитывают по формулам, приведенным в § 33 и 34.

Расчет сводится к определению температуры газов за расчетным пучком и мощности теплового потока, переданного его поверхности нагрева, путем совместного решения уравнения теплового баланса:

(138)

135

At — средняя логарифмическая разность температур, °С. Уравнения (138) и (139) решают либо графически, либо методом

последовательных приближений. Для графического решения задаются тремя значениями температуры газов за расчетным пучком труб tx и соответственно им по і— t диаграмме определяют три значения эн­ тальпии газов іх. По принятым трем значениям tt определяют также три значения коэффициента тепло­ передачи k и температурного на­

пора At.

Три значения температур газов tx за расчетным пучком удобно выбрать с ,интервалом 100° С и в зависимости от компоновки испарительного пучка.

Для первого пучка, расположен­ ного перед пароперегревателем, зна­ чения 7Х следует принимать в зави­ симости от заданной температуры пе­ регретого пара. Чтобы искомая темпе­ ратура газов находилась в области интерполяции, принимают tx = 1000, 900, 800°С.

Наивыгоднейшее значение температуры газов за вторым пучком испарительных труб, расположенным перед экономайзером, находится

где ts — температура кипения воды в парогенераторе, °С.

При наличии водяного экономайзера и воздухоподогревателя при­ нимают tlx равным 300, 400, 500° С.

Подставив значения i, k, At в уравнения (138) и (139), определяют

нат мощность теплового потока. Точка пересечения построенных кри­ вых определяет искомые значения <2и и 7, (7j, 7" и 7," — промежу­ точные величины).

Если две построенные кривые не пересекаются, то их необходимо продолжить до пересечения и определить, проектируя на ось 7, новое значение температуры за пучком: она не должна отличаться более чем на 50° С от температуры, согласно которой рассчитывают коэффи­ циент теплопередачи. При большем расхождении необходимо по этой температуре повторить расчет, включая определение коэффициента теплопередачи и температурного напора.

Расчет конвективной испарительной поверхности нагрева удобно выполнить в форме табл. VI и VIII (см. приложение).

136

§ 37. Расчет и компоновка пароперегревателя

Для теплового расчета пароперегревателя необходимо прежде всего определить мощность теплового потока, которая должна быть передана его поверхности нагрева для достижения заданной темпера­

трубной части пароперегревателя, определяют коэффициент тепло­ передачи, среднюю логарифмическую разность температур и вычис­ ляют расчетную поверхность пароперегревателя, после чего произво­ дят окончательную компоновку его поверхности нагрева.

Из уравнения теплового баланса по газовой стороне

Выбирают диаметр и шаги труб пароперегревателя и с помощью эскиза парогенератора определяют размеры пучка и площадь живого сечения для прохода газов. Для парогенератора с мазутным отопле­ нием рекомендуется трубный пучок пароперегревателя выполнять из труб диаметром 20 X 2,0; 22 X 2,0; 25 X 2,5 и 29 X 2,5 мм со сле­ дующими шагами: поперечный tx = (1,28— 1,4) dn\ продольный /2 = (1,32 — 1,5) da (dH— наружный диаметр труб).

Коллектор пароперегревателя принимают внутренним диаметром не менее 450 мм. Компоновка пароперегревателя приведена на рис. 75.

137