11 Рассчет экономайзера

Задачей расчета экономайзера является определение температуры газов за ним, его тепловосприятия.

11.1 Конструктивные характеристики экономайзера:

расположение труб – шахматное;

диаметр труб d = 28 мм;

толщина труб δ = 2,5 мм;

количество труб в ряду z₁ = 21;

количество труб в змеевике z₂ = 66;

глубина газохода а = 2,71 м;

ширина газохода b =1,5 м;

поперечный шаг – S₁ = 70 мм;

продольный шаг – S₂ = 50 мм;

относительный поперечный шаг труб ;

относительный продольный шаг труб ;

длина труб: l=3 м.

11.2 Температура на входе в экономайзер равна температуре на выходе из второго и третьего котельного пучка = 401ºC (T'_эк =674 K), при которой энтальпия газов на входе в экономайзер по табл. 3.1 равна Н'_эк = 7149,9 кДж/кг.

Температуру на выходе из экономайзера принимаем равной = 150ºC (T"_эк = 423K), при которой энтальпия газов на выходе из экономайзера по табл. 3.1 равна Н"_эк = 2846,4 кДж/кг.

Средняя температура газов в экономайзере [1, п.7-17]:

ºС (Т_эк = 548,5 К)

11.3 Поверочный расчет экономайзера выполняется на основании уравнений теплового баланса и теплообмена по известным температуре и энтальпии газов перед экономайзером, конструктивным характеристикам поверхности нагрева [1,п.7-02]:

Q_б^эк = φ∙( H'_эк - H"_эк + Δα∙Н_0.прс) , кДж/кг;

, кДж/кг,

где

Н_эк – расчетная поверхность экономайзера, м²;

z – число труб экономайзера;

d – диаметр труб экономайзера, м;

ℓ - длина труб экономайзера, м.

k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

Δt - температурный напор, ºС.

11.3.1 Тепло, отданное газами экономайзеру:

Q_б^эк = φ∙( H'_эк - H"_эк) = 0,985∙( 7149,9 – 2846,4) =5027,13 кДж/кг.

11.3.2 Определим тепловосприятие экономайзера по уравнению теплопередачи.

11.3.2.1 Расчетную поверхность экономайзера определяем по [2, стр.134, ф.(8.3)]:

Н_эк = z₁∙ z₂∙π∙d∙ℓ;

Н_эк = 21∙66∙3,14∙0,028∙3 = 365 м².

2. Температурный напор:

При P_б=1,4 МПа, t_н=195,05 ºС;

Δt= - t_н, где

Δt=275,5-195,05 =80,45ºС

11.3.2.3 Для гладкотрубных экономайзеров тепловым сопротивлением с внутренней стороны можно пренебречь и коэффициент теплопередачи определяется по [1, п.7-08]:

, Вт/(м²∙К).

Коэффициент тепловой эффективности ψ определяется по [1,стр.71,рис.7.16]; ψ = 0,78.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от скорости и температуры потока, диаметра и расположения труб в пучке, вида поверхности (гладкая или оребренная) и характера ее омывания (поперечное, продольное или косое), физических свойств омывающей среды.

Расчетная скорость дымовых газов [1, п.7-15]:

, м/с,

где V_г^н – объем продуктов сгорания 1 кг топлива; определяем по табл. 1;

В_р – расчетный расход топлива, кг/с;

F_г – площадь живого сечения для прохода газов, м².

Расчет площади живого сечения для прохода газов ведем по [1,п. 7-16]:

F_г = a∙b – z₁∙ℓ∙d = 2,71∙1,5 – 3∙0,028∙21 = 2,3 м^2.

Тогда

м/с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков определяется по [2, стр.178, ф.(11.28)]:

α_к = α_н∙C_z∙C_s∙C_ф , Вт/(м²∙К) ,

где

C_z – поправка на число рядов труб по ходу газа, [1,стр.221, номограмма 7];

C_z = 1;

C_s – поправка на геометрическую компоновку пучка, [1,стр.221, номограмма 7]; C_s = 1;

C_ф – поправка, учитывающая влияние изменения физических характеристик, [1,стр.221, номограмма 7]; C_ф = 1,04;

α_н – номограммный коэффициент теплоотдачи, [1,стр.220, номограмма 7];

α_н = 54 Вт/(м²∙К).

α_к = 54∙1∙1∙1,04 = 56,16 Вт/(м²∙К).

Коэффициент теплопередачи равен:

Вт/(м²∙К).

Таким образом, величина тепловосприятия экономайзера, рассчитываемая по уравнению теплообмена, будет равна:

кДж/кг.

11.3.3 Расхождение между значением тепловосприятия и значением тепловосприятия составляет [3, п.7.3]:

%.

Полученное расхождение тепловосприятий превышает допустимое (2 %), поэтому необходимо изменить расчетную поверхность экономайзера.

11.3.4 Определим достаточную поверхность нагрева:

Н_р = ∙ / ;

Н_р = ∙ ∙ / =836 м².

11.3.5 Определим число рядов, которые необходимо добавить для увеличения расчетной поверхности экономайзера:

= (Н_р - Н_эк)/ n∙π∙d∙ℓ_зм;

=(836 – 365)/ 21∙3,14∙0,028∙3=85.

11.3.6 Тогда расхождение между значением тепловосприятия и значением тепловосприятия будет составлять:

%.

Температура после прохождения экономайзера равна = 150 ºC.

На основании данного расчета можно сделать вывод, что при заданном топливе и при заданных параметрах котла расхождение между значением тепловосприятия и значением тепловосприятия составляет больше 2%, поэтому было принято конструктивное предложение - увеличили поверхность нагрева экономайзера с 365 м² до 836 м² (добавили 85 рядов). Тогда расчетная невязка теплового баланса котельного агрегата не превышает 0,5 % от Q_р, то есть баланс сходится.