книги из ГПНТБ / Грузберг, Я. Ю. Судовые парогенераторы учебник
.pdfКоличество труб в одном ряду
(144)
Расчетную скорость газов определяют по формуле (90); скорость пара wn в трубах принимают 15—25 м/с и, согласно рекомендациям § 34, определяют коэффициент теплопередачи kne от газов к перегре ваемому пару.
Расчетную поверхность нагрева определяют из уравнения тепло, передачи
Que = kneHneAtne, |
(145) |
||
откуда |
|
|
|
Нпе = - ~ Г — - |
О45') |
||
Поверхность нагрева одной петли |
|
||
hUa-- Я dulria» |
(146) |
||
Общее количество петель |
Нп |
|
|
у = |
(147) |
||
- |
|||
^ПА |
Ап |
|
|
|
|
||
Количество петель в одной плоскости |
|
||
_ |
Япе |
(148) |
|
|
|
||
138
Чтобы обеспечить выбранную величину скорости пара в трубах доп, необходимо их разделить на группы и определить количество петель,
включенных параллельно: |
„ |
|
||
|
|
|
= |
( 1 4 9 ) |
ѵ" -4- V |
пе---- средний |
удельный объем пара, |
м3/кг; |
|
где ѵп= — |
|
|||
ѵ" и |
ѵпг — удельные объемы сухого и перегретого пара, м3/кг. |
|||
Количество групп петель |
|
|||
|
|
|
П г Р = ^ . |
( 1 5 0 ) |
|
|
|
ппе |
|
Расчет удобно выполнять в форме, приведенной в табл. VII (см. примерный расчет в приложении).
§38. Расчет и компоновка водяного экономайзера
Вобъем теплового расчета водяного экономайзера входит опреде ление его поверхности нагрева Яв. э, основных конструктивных раз меров и температуры газов на выходе из экономайзера при номиналь ной нагрузке.
Из уравнения теплового баланса пароводяного тракта определяют
тепловой поток, использованный на подогрев воды в экономайзере:
Q b. э = |
( 1х — 1П. в) — ( Q n + Qn)> |
( 1 5 1 ) |
при наличии пароохладителя
Q b . э = D r ( f x |
г п. в) |
( Qsi + Q H + Q o x b )> |
( 1 5 2 ) |
где Qn, QH, Qoxjt — тепловой поток, переданный в топке, пучках ис парительных труб и пароохладителе, Вт.
Из уравнения теплового баланса по водяной стороне экономайзера
Q b . э = А < ( ч . в — t'n. в) |
( 1 5 3 ) |
определяют энтальпию воды за экономайзером
і |
~ і |
В |
-4- |
п |
- |
( 1 5 3 ') |
1Э- В |
|
I |
|
|
В целях повышения надежности работы экономайзера необходимо, чтобы температура воды за экономайзером при номинальной нагрузке
составляла |
*э. „ = |
(25—40) °С. |
Из уравнения теплового баланса по газовой стороне
Qb. э = В р (Ч. п Ч. э) ф |
( 1 5 4 ) |
определяют энтальпию газов за экономайзером:
; _ ; |
Q в. э |
( 1 5 4 ')
фйг
где і3. п — энтальпия газов за пароперегревателем или за последним пучком испарительных труб при внутреннем пароперегревателе, Дж/кг,
139
Выбирают диаметр и шаги труб экономайзера и компонуют схему трубной части с помощью эскиза (рис. 76).
Для водяных экономайзеров применяют трубы диаметром 29 X X 2,5; 38 X 3,0; 44,5 X 3 и 51' X 3,5 мм (меньшие диаметры для глад котрубных и плавниковых, а большие для ребристых). Рекомендуется для гладкотрубных пучков выбирать шаг с таким расчетом, чтобы про свет между трубами составлял не менее 12—18 мм.
Площадь живого сечения |
|
|
Рв.э — (^в. э + 2А |
ггсІі) LB.э, |
(155) |
где z1 = ^ 1-2- + l — количество труб |
в одном ряду. |
|
Расчетную скорость газов вычисляют по формуле (90). По реко мендациям, рассмотренным в § 34, определяют коэффициент тепло передачи kB э и средний температурный напор Д/в. э, а затем вычис ляют поверхность нагрева экономайзера, воспользовавшись уравне нием теплопередачи:
QB.3 = k, . э Я в . э |
Д ^ в . э> |
( 1 5 6 ) |
откуда |
|
|
Q b . э |
|
( 1 5 6 ') |
&В. Э |
э |
|
После определения Я в. э приступают к окончательной компоновке экономайзера. Общее количество рядов труб определяют по формуле
ц = |
( 157) |
|
Я а нь в. э^і |
Расчет водяного экономайзера удобно выполнять в виде табл. IX (см. примерный расчет в приложении).
§ 39. Расчет и компоновка воздухоподогревателя
Газовый воздухоподогреватель. В объем теплового расчета возду хоподогревателя входит определение его поверхности нагрева, основ ных конструктивных размеров и уточнение предварительно выбран ной температуры горячего воздуха при номинальной нагрузке.
140
Мощность теплового потока, переданная в воздухоподогревателе, определяют из уравнения теплового баланса по газовой стороне
Q в- п = |
(С- э іух) ф- |
Из уравнения теплового баланса по воздушной стороне
Qb-И= ВраѴ5лсв (tT. B— tx. в)
определяют температуру горячего воздуха tr B и сравнивают ее с тем пературой, принятой при составлении предварительного теплового баланса и тепловом расчете топки:
|
*iТ. В = tt'X . В |
Q b . п |
(158) |
чГй'ЗЫ |
Отклонение tГ. в от принятой величины |
|
|||
допускается до 10° С. |
В противном случае |
|
||
необходимо уточнить тепловой расчет по |
|
|||
верхностей нагрева котла по новому значе |
|
|||
нию trB из формулы (158) и величине QB.т |
|
|||
из уравнения (65). |
|
|
|
|
При мазутном отоплении рекомендуется |
|
|||
применять трубы с наружным диаметром |
|
|||
38 мм. |
Толщина стенки обычно составляет |
|
||
2,0 мм. |
Компоновка воздухоподогревателя |
|
||
показана на рис. 77. |
|
|
|
|
Поперечный шаг труб принимают в пре |
|
|||
делах tx = (1,25ч-4,0) da. |
|
|
||
Минимальное расстояние между |
осями |
|
||
соседних труб в продольном направлении |
|
|||
определяют по формуле |
|
|
||
|
t'2> ѵ > „ - |
-2 / А |
(159) |
|
Площадь живого сечения для прохода газов при использовании вертикального воздухоподогревателя:
Fг = |
n ’d i |
(160) |
zxz2, |
Рис. 77. Компоновка воз духоподогревателя
горизонтального воздухоподогревателя |
|
Fr = (^вп+ 2А —Zi dH) hBn. |
(161) |
Площадь живого сечения для прохода воздуха вычисляют по фор мулам, аналогичным формулам (160) и (161) для газов.
Среднюю скорость воздуха определяют по формуле (113), а среднюю скорость газов — по формуле (90).
Из основного уравнения теплопередачи |
|
||
Qan = ^onA nA n |
(162) |
||
находят поверхность нагрева воздухоподогревателя |
|
||
Я ВП |
Qbii |
(162') |
|
&ВПДСп |
|||
|
|
||
141
Расчет величин kBn и Аівп производят по данным § 34. После оп ределения # вп приступают к окончательной компоновке воздухопо догревателя.
Для вертикального воздухоподогревателя уточняют его расчетную высоту, выбранную из эскиза парогенератора
|
|
hВП |
Н ВП |
|
(163) |
|
|
л d z ^ |
|
||
|
|
|
|
|
|
а для |
горизонтального воздухоподогревателя — количество рядов |
||||
труб по высоте |
|
Н ВП |
|
|
|
|
|
Z2 |
|
(164) |
|
|
|
тт dh^xi^i |
|
||
|
dн I ^вп |
|
|
|
|
где d = |
— средний диаметр трубок, м. |
|
|||
Расчет газового воздухоподогревателя |
целесообразно |
выполнять |
|||
в виде табл. X (см. примерный расчет в |
приложении). |
|
|||
Паровой воздухоподогреватель. Основной величиной, подлежащей |
|||||
определению при |
номинальной нагрузке |
парогенератора, |
является, |
||
как и при расчете газового воздухоподогревателя, поверхность нагрева
Я вп.
По уравнению теплового баланса по воздушной стороне
Q |
= В |
р |
аі/®лс (t |
— t |
) |
^•вп |
|
0 в \ г. в |
|
х . в ) |
определяют необходимую мощность теплового потока для подогрева воздуха до заданной температуры. Конечную температуру горячего воздуха выбирают по зависимости
|
|
tr. в = U— h t’ |
(165) |
||
где |
ts — температура конденсации греющего пара; |
|
|||
|
A t — температурный перепад, принимается равным 9—12° С при |
||||
|
прямотоке и .6—8° С при противотоке. |
|
|||
|
Из уравнения теплового баланса |
по паровой стороне |
|
||
|
|
QBu = Dn ( i u - n |
(166) |
||
определяют требуемый расход греющего пара |
|
||||
|
|
Dn = ц ^ Ѵ . |
(166') |
||
|
|
|
In— I |
|
|
где |
in — энтальпия |
греющего пара, Дж/кг; |
|
||
|
V — энтальпия |
конденсата. |
|
|
|
|
Из уравнения теплопередачи |
|
|
|
|
|
|
<2вп = квпНвп AtBTl |
|
||
определяют необходимую поверхность нагрева |
|
||||
|
|
гг _ |
Qen |
|
|
|
|
П вп — |
, |
д , |
|
|
|
|
«вп а і ВП |
|
|
142
Величина А/вп рассчитывается по формуле (115) в зависимости от выбранной схемы воздухоподогревателя (прямоток или противо ток). Коэффициент теплопередачи квп может быть рассчитан по фор муле (112), в которой принимают:
— коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке трубы, Вт/(м2-°С); а 2 — коэффициент теплоотдачи от ребри стой поверхности труб к нагреваемому воздуху, Вт/(м2-°С).
Площадь живого сечения для прохода воздуха определяется с уче том загромождения его ребристыми трубами, по формуле
F |
= L |
b |
|
d |
2(hp-d) |
6p |
|
|
||
1- |
|
|
|
|
|
|||||
1 |
В |
^ В П ^ В П |
|
tx |
и + б |
|
|
|||
|
|
|
|
|
tx |
|
|
|
||
где bB |
поперечный |
и продольный размеры пучка ребристых |
||||||||
|
тРУб: |
Ьвп < |
(1,0 — 1,2) |
м и LB |
( 1 . |
1,4) м; |
||||
d — диаметр |
труб, принимают d — (22—25) |
X 2 мм; |
||||||||
tx — поперечный шаг, tr — d |
|- (15 -г- 20) мм; |
|||||||||
/гр — высота ребра, hp = |
40 |
50 мм; |
|
|
||||||
бр — толщина ребра, бр = |
1,5 -ь 2,0 мм; |
|
|
|||||||
и — расстояние |
между ребрами, |
и = 4 |
10 |
мм. |
||||||
§ 40. Расчет и компоновка пароохладителя
Расчет сводится к определению необходимой поверхности охлаж дения.
По уравнению теплового баланса
Qc/хл ^охл (^пе “Кхл) |
(167) |
определяем мощность теплового потока, переданного в пароохлади тель. Из уравнения теплопередачи
|
С о х л = &ОХЛ# |
о х л ( * п ■— Q |
|
|
|
( 1 6 8 ) |
||
находим необходимую поверхность пароохладителя |
|
|
||||||
|
Нохл |
|
Сохл |
|
|
|
|
(169) |
|
|
! (^П |
^s) |
|
|
|
||
Здесь |
|
|
|
|
|
|
||
£>охл — количество охлажденного пара, |
кг/с; |
|
||||||
|
t’ng, і'охл — энтальпия перегретого и |
охлажденного |
пара, |
|||||
|
Дж/кг; |
|
|
|
|
|
|
|
|
&охл — коэффициент теплопередачи, |
Вт/(м2-°С); |
|
|||||
|
/п — средняя температура в пароохладителе, опреде |
|||||||
tne, |
ляется по формуле |
/п = 0,5 |
(/пе + /охл); |
пара |
||||
/охл, ts — температура |
перегретого, |
охлажденного |
||||||
|
и кипения, °С; |
|
|
|
|
|
||
|
kОХЛ |
|
а.1а2% |
|
|
|
|
(170) |
|
(«і + а2) >- + |
аіа20 ’ |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
а г, а 2 — коэффициенты теплоотдачи |
соответственно от |
||||||
|
пара к стенке и от стенки |
к |
кипящей |
воде, |
||||
|
Вт/(м2- °С); |
|
|
|
|
|
|
|
|
X — коэффициент |
теплопроводности |
стали, |
X = |
||||
=58 Вт/(м2 • °С);
б— толщина стенки трубок пароохладителя, м.
143
Пароохладители выполняют из труб диаметром 38 х 3 мм, 32 х X 3 мм и 29 X 2,5 мм. Общая длина труб пароохладителя
/охл |
Н охл |
(171) |
|
я ^охл |
|||
|
|
||
где йохл — средний диаметр трубок. |
|
||
Тепловая нагрузка поверхности пароохладителя |
|
||
Ч |
Qoxn |
(172) |
|
|
|||
Н охл
Расчет пароохладителя удобно выполнить в табличной форме (см. табл. XI приложения).
§ 41. Сведение теплового баланса по результатам расчета
Окончательный тепловой баланс определяет количественную оценку результатов теплового расчета парогенератора при номинальной на
грузке по |
величинам полной паропроизводительности D K и к. |
п. д. |
|
г]к и уточняет основные характеристики парогенератора. |
|
||
Мощность теплового потока, переданного поверхностям нагрева |
|||
парогенератора для получения пара, |
|
|
|
|
Q k ~ Qn + Qu + Q ne + Q b. Э + Qoxn- |
( 1 7 3 ) |
|
Полная |
паропроизводительность |
парогенератора: |
|
|
DK= -9jsr - ß s s. , |
(174) |
|
|
(*x |
*n. в) |
|
Расхождение между полученной паропроизводительностью и за данной допускается 0,5 — 1% только в сторону увеличения; нижний
предел — для |
парогенераторов большой |
производительности |
(22— |
||||
28 |
кг/с), а |
верхний — для |
парогенераторов малой |
производитель |
|||
ности (3—4 |
кг/с). |
|
|
|
|
||
|
Энтальпия |
перегретого пара |
|
|
|
||
|
|
|
Іпе = Іх + -Т ^ - |
, |
|
(175) |
|
где |
£пар — коэффициент, |
показывающий, |
какая доля |
общего |
коли |
||
чества вырабатываемого парогенератором пара протекает через паро перегреватель.
По таблицам перегретого пара находим действительную темпера туру перегретого пара, которую может обеспечить пароперегреватель,
и |
сравниваем ее с заданной. Расхождение допускается в пределах |
+ |
5° С. |
Температура горячего воздуха
Q b ii |
(176) |
|
Ѵ С с , |
||
|
144
Расхождение между полученным значением температуры горячего воздуха и принятым допускается в пределах (5—8) °С.
Коэффициент полезного действия котла
Qk Qo |
(177) |
|
b bQI |
||
|
Расхождение между расчетным и заданным значениями допускается
0,3 — 0,5%.
По полученному из теплового расчета котла гух определяют из диаграммы і— t температуру уходящих газов и сравнивают ее с при нятой в предварительном расчете. Расхождение допускается (8—Ю)°С.
Потери теплоты с уходящими газами
1 0 0 ( ( у х |
Q Т |
Q x . В |
Q ф ) |
( к -
Öjj
Потери теплоты от химичёской неполноты сгорания qs берут та кими, какими были они приняты в предварительном балансе.
Потери теплоты в окружающую среду определяют как остаточный член теплового баланса:
Чъ = 100— (т]к+ (72 + (7з).
Баланс по теплу
'Чк ~Т ~h Уз Q& — 100%.
Важной характеристикой является тепловосприятие 1 м2 лучевос-
принимающей поверхности нагрева qn — — . Этой характеристикой
Ид
пользуются главным образом при расчете парогенератора на пере грузку.
§ 42. Расчет парогенераторов, работающих на режимах, отличных от проектно-расчетного.
Тепловой расчет утилизационных парогенераторов
Проектно-расчетным принято называть режим работы парогене ратора с номинальной нагрузкой, соответствующей режиму полного хода судна. Тепловой расчет парогенератора на режимах, отличных от проектно-расчетного, выполняют для того, чтобы проследить за изменением основных характеристик, определяющих его надежность и экономичность. При этом последовательность расчета такая же, что и для проектно-расчетного режима. Некоторые величины, необхо димые в расчете, выбирают предварительно в зависимости от режима работы. Такими величинами являются к. п. д. парогенератора, темпе ратура перегретого пара, температура воды за экономайзером и тем пература горячего воздуха.
Тепловой расчет парогенератора выполняют обычно для трех на грузок: стояночной, номинальной и форсированной, что составляет соответственно около 25, 100 и 125% от номинальной его нагрузки по топливу.
6 Я. Ю. Грузберг |
145 |
В соответствии с режимом задаются значениями коэффициента избытка воздуха, потерями химической неполноты сгорания и произ водят расчет горения, по данным которого строят диаграмму і—t.
Температуры рабочих тел — пара, воды и воздуха,— полученные в результате расчета, сравнивают с принятыми значениями; темпера туры перегретого пара, питательной воды за экономайзером и воздуха за воздухоподогревателем не должны отличаться от принятых более чем на 8— 10° С.
В заключение составляют окончательный тепловой баланс и вы числяют к. п. д. парогенератора. Расхождение между принятой и рас четной его величинами не должно превышать 0,5%. В противном слу чае необходимо задаться новым значением к. п. д. и повторить расчет во втором приближении.
Тепловой расчет утилизационных парогенераторов с достаточной точностью можно выполнить по упрощенным формулам, определяю щим мощность теплового потока:
отданной отработавшими газами
Q = b3N3( l — 0,01<7s) (2 V c h - 2 Vctyx) Вт;
воспринятой поверхностью нагрева
Q = k AtH,
необходимой для получения заданной паропроизводительности,
Q = D (i — іпв). |
|
|
|
|
||
В этих формулах: |
|
|
|
|
|
|
Ьэ — удельный расход топлива, кг/(Вт-ч); |
|
|
||||
N 3 — эксплуатационная |
эффективная |
мощность |
двига |
|||
теля, работающего на расчетный |
парогенератор, |
|||||
Вт; |
|
|
|
|
|
|
'LVct1, 2Ѵс/ух — энтальпия отработавших газов |
на |
1 кг |
топлива |
|||
соответственно |
при |
температуре газов |
на |
входе |
||
в парогенератор |
tx и уходящих |
/ух, Дж/кг; |
|
|||
і, гпв — соответственно |
энтальпия пара, |
вырабатываемого |
||||
парогенератором, и поступающей в него питатель ной воды, Дж/кг.
Коэффициент теплопередачи следует принимать с учетом загряз нений по формуле
k = la K Вт/(м2-°С),
где ак — коэффициент теплоотдачи конвекцией, определяемый обыч
ным путем (см. § 33), Вт/(м2-°С); |
|
£ — коэффициент загрязнения, принимается | = 0,6 |
0,65. |
При плотном расположении трубных пучков рекомендуется при нимать £ = 0,5 -=- 0,55.
Коэффициент полезного действия парогенератора определяется по формуле
■м — ^ 0 *пв)
кb3N 32 V cti
146
Для определения величины 2Ѵс необходимо знать коэффициент избытка воздуха а, элементарный состав топлива и температуру от работавших газов tyx.
Для выполнения ориентировочных расчетов утилизационных па рогенераторов обычно принимают:
коэффициент избытка воздуха а = 2; температура газов для двухтактных двигателей внутреннего сго
рания t± = 300° С, а для четырехтактных ДВС = 400° С. Средний элементарный состав топлива:
Сг = 86%, Нг = 13%, остальные Ог, Sr, Nr.
При этих условиях можно принять
ЕѴс?^36,3 кДж/(кг-°С).
Паропроизводительность парогенератора определяют по формуле
„ |
3 6 , 3 6 э Л Г э ( 1 - 0 , 0 1 ?в) ( * 1 - / у х ) |
|
D = |
-------------- ;— ;------------- |
-— кг/с. |
* -- *пв
Величина потери во внешнюю среду qb зависит от размеров парогене ратора и качества его изоляции и составляет 4—5%.
Удельная паропроизводительность парогенератора при qb = 5% может быть определена по формуле
d —■0,0345 —311 |
кг/(Вт-ч). |
I — *пв
Зависимость удельной паропроизводительности парогенератора от параметров вырабатываемого пара и типа двигателей внутреннего сгорания при tyx = 4 + 50° С и /пв = ts представлены графиком на рис. 23.
Глава XII
АЭРОДИНАМИКА ВОЗДУХОГАЗОПРОВОДОВ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ.
ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОДЫ И ПАРОВОДЯНОЙ с м е с и
В ПАРОГЕНЕРАТОРЕ
§ 43. Способы создания тяги
Горение топлива немыслимо без правильной организации подвода к нему воздуха и непрерывного отвода газов из парогенератора. Ха рактер и скорость движения воздуха и газов играют важную роль в рабочем процессе парогенератора и, в частности, в теплообмене, Движение воздуха и газов обеспечивается при наличии разности ме жду статическим давлением воздуха, поступающего для дутья, и ста тическим давлением уходящих дымовых газов. Сила, созданная раз ностью статических давлений воздуха и д ы м о в ы х г а з о в , н а з ы в а е т с я
тягой.
6* |
147 |