РАСЧЕТ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ

10.1. Расчет трубчатого воздухоподогревателя

С помощью заводских чертежей проектируемого котла выполняется конструктив­ная и компоновочная проработки трубчатого воздухоподогревателя: выбираются диамет­ры d и шаги тру б у. v, (см. рекомендации из табл. 2.2), число потоков по возду ху (см. рис. 10.1), определяют направление движения газов (продольное, вну три тру б) и возду ха (поперечное в шахматном пу чке), размеры поперечного сечения конвективной шахты трубчатого возду хоподогревателя.

После конструктивной проработки осуществляется определение тепловосприятия трубчатого воздухоподогревателя. При этом в первую очередь учитывают количестве ступней возду хоподогревателя, (см. §2.1).

При ку рсовом проектировании поверхности нагрева расположенные в конвективной шахте котельного агрегата и в частности трубчатый воздухоподогреватель рассчитывается констру ктивно, т. е. определяется необходимая теплообменная его поверхность, при этом каждая ступень рассчитывается отдельно.

Тепловосприятие одноступенчатого трубчатого воздухоподогревателя определяется по возду шной стороне, кДж/кг

(Ю.1)

Где Н[,, Н — энтальпии теоретического объема горячего возду ха на выходе из воздухо­подогревателя и холодного возду ха на входе в воздухоподогреватель, кДж/кг, определяе­мые по табл. 4.4 по значениям расчетных температу р горячего возду ха /|[; (см. табл. 1.8) и холодного возду ха / х[; (см. задание на ку рсової! проект) по колонке при Рв = 1; Ргв — от­ношение количества горячего возду ха к теоретически необходимому (см. форму лу’ (3.2)); Давп — присосы возду ха в возду хоподогревателе (см. табл. 3.3).

По уравнению теплового баланса по газовой стороне рассчитывается энтальпия га­зов на входе в воздухоподогреватель, кДж/кг

(Ю.2)

Где От — тепловосприятие воздухоподогревателя, кДж/кг, определяется по формуле (10.1); ф — коэффициент сохранения тепла (см. формулу (5.6)); Н"и = Н — энтальпия га­зов за возду хоподогревателем (у ходящих газов), кДж/кг, определяется по <9 из табл. 4.4 при избытке возду ха в продуктах сгорания за возду хоподогревателем а "п; Н’щх — количе­ство тепла, вносимого присасываемым возду хом, кДж/кг, определяется по табл. 4.4. при

Средней температуре подогреваемого возду ха /с|1 = (/,,, + /.,,. )/2 по колонке для Рв = 1.

По значению энтальпии Н’вп по табл. 4.4. по колонке при а" обратим! интерполя­цией определяют температуру газов на входе в воздухоподогреватель — &’Л|. °С.

Минимальный температурный напор на «горячем» конце воздухоподогревателя, °С

Р=Ки~Ч,- ‘ (Ю. З)

Рис. 10.1. Эскиз трубчатого двухступенчатого двухпоточного возду хоподогревателя: 1 — вход возду ха; 2 — легко заменяемые кубы первой сту пени (холодный пакет); 3 — опорная рама: 4 — второй и третий ходы первой сту пени; 5 — экономайзер первой сту пени; 6 — кубы второй сту пени воздухо­подогревателя; 7 — выход горячего возду ха; 8 — линзовые компенсационные уплотнения; 9 — экономайзер второй сту пени; 10 — конвективный пароперегреватель

Значение Д/|і:і|і должно быть не менее 25-30 °С, в противном случае при слишком низком значении Д/,,:і|і неоправданно возрастает площадь поверхности нагрева. В таком случае не­обходимо снизить температуру подогрева воздуха либо перейти на двухступенчатую ком­поновку поверхности. На данном этапе также рекомендуется выполнять оценю отношения

К = Ттъ ~Гув , (10.4)

Я’ 9і"

Вп вп

Которое для при сжигании газообразного и жидкого топлива составляет 1,15-1,25; при сжигании каменных углей, антрацита — 1,25-1,35; при сжигании бурых углей — 1,35-1,45.

При двухступенчатой компоновке возду хоподогревателя расчет тешговосприятий начинается с первой по воздуху ступени воздухоподогревателя, задавшись температурой воздуха на выходе из первой ступени — /", , °С.

Температу рой воздуха на выходе из первой ступени воздухоподогревателя задают­ся исходя из миниму ма затрат на изготовление воздухоподогревателя и экономайзера. Для получения достаточного температу рного напора на холодном конце экономайзера первой ступени температура возду ха за первой ступенью возду хоподогревателя должна превы­шать температуру питательной воды, °С:

С =гш+(10-15) °С, (10.5)

Где /|||; — температура питательной воды, °С; Я — температура уходящих газов, °С.

Тепловосприятие первой ступени воздухоподогревателя, кДж/кг

(10.6)

Здесь Р"п1 = Ргв + Давп — коэффициент избытка возду ха на выходе из первой ступени воз­духоподогревателя, где (:>п, — отношение количества горячего возду ха к теоретически необ­ходимому (см. форму лу’ (3.2)); Давп — присосы воздуха в возду хоподогревателе (см. табл. 3.3); НВПj — энтальпия возду ха на выходе из первой сту пени воздухоподогревателя, кДж/кг, определяется по табл. 4.4 по принятой температуре возду ха /", по колонке для Рв = 1.

Зная количество тепла, воспринимаемого первой ступенью, можно определить эн­тальпию, кДж/кг, и следовательно температуру газов перед первой ступенью воздухопо­догревателя:

HL =я;п1+^-давпя;с. (10.7)

Ф

Где Овп1 — тепловосприятие первой ступени воздухоподогревателя, кДж/кг, определяется по форму ле (10.6); ф — коэффициент сохранения тепла (см. форму лу — (5.6)); Явп1 = Н — энтальпия газов за первой ступенью воздухоподогревателя (уходящих газов), кДж/кг, оп­ределяется по 3 из табл. 4.4 при избытке возду ха в проду ктах сгорания за возду хопо­догревателем а "п; Н’щх — количество тепла, вносимого в первой ступени воздухоподогре­вателя присасываемым возду хом, кДж/кг, определяется по табл. 4.4. при средней темпера­туре подогреваемого возду ха /с|1 = (/", + )/2 по колонке для Рв = 1.

По значению энтальпии Явп1 по табл. 4.4. по колонке при авэ обратим! интерполя­цией определяют температуру газов на входе в возду хоподогреватель — Лвп1, °С. Далее выполняется расчет температурного напора (по форму ле 10.10) и конструирование соот­ветствующей ступени воздухоподогревателя.

Расчет тепловосприятня и конструирование воздухоподогревателя второй сту пени целесообразно выполнять после расчета водяного экономайзера первой ступени при из­вестных значениях энтальпии и температуры газов на входе в водяної! экономайзер пер­вой сту пени (она же энтальпия газов на выходе из второй сту пени воздухоподогревателя Н’кЛ = И"т.). При этом тепло, воспринятое второй ступенью воздухоподогревателя нахо­дится с возду шной стороны по формуле. кДж/кг:

(Ю.8)

Где НЦ — энтальпии теоретического объема горячего воздуха на выходе из второй ступе­ни возду хоподогревателя, кДж/кг, определяется по табл. 4.4 по значению температуры горячего воздуха /|[; (см. табл. 1.8) по колонке при Рв = 1; Нвп] — энтальпия воздуха на входе во второю ступень воздухоподогревателя (на выходе из первой сту пени), кДж/кг, определяется по табл. 4.4 по принятой температу ре возду ха /", по колонке для Рв = 1.

Энтальпия газов перед второй ступенью воздухоподогревателя в таком слу чае оп­ределяется по уравнению, кДж/кг

Н< н» +Q*nL_Aa яо (1()9)

Вп2 вп2 вп про? v ‘

Ф

Где Овп2 — тепловосприятие второй ступени воздухоподогревателя, кДж/кг, определяется по форму ле (10.8); ср — коэффициент сохранения тепла (см. форму лу (5.6)); Я 7 = Явэ1 — энтальпия газов за второй ступенью воздухоподогревателя (перед первой ступенью водя­ного экономайзера), кДж/кг, определяется по &"п, = Явч1 из табл. 4.4 при избытке возду ха

В продуктах сгорания за возду хоподогревателем а"п2; Н’щк — количество тепла, вносимого во второй ступени воздухоподогревателя присасываемым возду хом, кДж/кг, определяется по табл. 4.4. при средней температуре подогреваемого воздуха fcp2 = (/,,, + /", )/2 по ко­лонке для Рв = 1.

Температурный напор в трубчатом воздухоподогревателе определяют как для про — тивоточной схемы движения газов и воздуха, но с учетом поправочного коэффициента |/ на перекрестное движение сред, °С:

АГвп=х,АГщ^ (10.10)

Где Д/[[|Л — среднелогарифмический температурный напор, °С, определенный для противо — точной схемы движения теплоносителей (см. формулы (9.6) и (9.7)); |/ — поправочный ко­эффициент, зависящий от числа перекрестных ходов возду ха. Рекомендуется принимать следу ющим: |/ = 0,85 — для двух ходов воздуха; |/ = 0,9 — для трех ходов воздуха; |/ = 0,95 — для четырех ходов возду ха; |/ = 1,0 — для числа ходов воздуха равное и больше пяти.

Для определения коэффициента теплопередачи квп принимают скорость газов сог = 9-12 м/с, а скорость воздуха сов = 4,5-7 м/с.

Полное число труб воздухоподогревателя для прохода газов составит:

BV (& + 273)

Z = р г V ф————— -. (10.11)

Тр 273со Г

Гвп

Где Вр — расчетный расход топлива, кг/с; V — объем газов, м7кг. принимается из табл. 4.1 по колонке для возду хоподогревателя (при а"и ); &с|1 = (&’Л| + )/2 — средняя температу — pa газов в воздухоподогревателе, °С; — внутренне сечение трубы для прохода газа в трубчатого воздухоподогревателе, м2

/вгп=0,785<;, (10.12)

Где с/вн — внутренний диаметр труб, м.

Размеры трубчатого воздухоподогревателя в плане определяются выбранными ша­гами труб и v. Тогда при известном размере ширины корпу са трубчатого возду хопо­догревателя, принимаемом} обычно равным ширине фронта котла (топки) — /у, определя­ется число труб в одном ряду по ширине воздухоподогревателя

Г| = —— 1. (10.13)

Зная общее число труб z, включенных параллельно по газам и число тру б в ряду г, можно определить число рядов тру б по глу бине конвективной шахты

(10.14)

Тогда полная глубина трубной поверхности (по ширине конвективной шахты)

Aw=z2s2. (10.15)

При дву х-четырех поточном выполнении трубчатого воздухоподогревателя (см. рис. 2.5) трубная поверхность разделяется соответственно на 2-4 пакета, между которыми соз­даются вну тренние раздающие воздушные короба, каждый из которых размером по ширине Аак = 1,3-1,4 м (двухпоточный вариант) и Аак = 0,7-1,0 м (трех-четырехпоточный вари­ант). Тогда общая ширина трубчатого воздухоподогревателя составит:

«вп=%+(«п01-1)Аак, (10.16)

Где ппт — число потоков возду ха в трубчатом возду хоподогревателе. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенки a j,

Вт/(м — К)

Можно наити по рис.

10.2 и 10.3 по скорости газов сог и вну треннему диаметру тру б с/вн или по форму ле (8.18), где X — теплопроводность газов, Вт/(мК); v — кинематическая вязкость газов, м2/с; Рг — число Прандтля для газов, принимаются соответственно по рис. 8.5, 8.6 и 8.7 по средней температуре газов Эс|, = + Г )/2. °С.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому возду ху а,,

Вт/(м — К)

Можно

Найти по рис. 10.4 и 10.5 по скорости воздуха сов и наружному диметру тру б dH или по форму ле (10.17)

Xj^ciy-6

Рг "ГС. (10.17)

V

Н V в

Где. vb, Ргв — теплопроводность, Вт/(м К), кинематическая вязкость, м2/с и число Прандтля для возду ха (и газов) (принимаются по рис. 8.5-8.7); С. — поправка на число поперечных рядов тру б по ходу газов; при г, < 10 и Ст;< 3,0 С. = 3,12z"-u:’ -2,5 ; при г, < 10 и CTj > 3,0 С_ = 4z"’02 -3,2; при г; > 10 С_ = 1; Cs — поправка на компоновку пучка, определяется в зависимости от поперечного шага CTj = у jd и параметра

С, -1

(Ю.18)

A2 -1

Рис. 10.2. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при продольном омывании для возду ха и дымовых тазов: при охлаждении дымовых тазов ак =анС.1[С1: при нагревании воздуха

«к =<х нс;с,

При охлаждении дымовых газов и воздуха

Ак = анСфС[, Вт / (м2 • К) При нагревании воздуха

Ак =анСіС,,Вт/(м2К)

О 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Температура потока, °С

Температ

20 30 40 50 60

Гра стенки, °С

100 200 300 400 Температура воздуха °С

Az

500

Рис. 10.3. Поправки для определения коэффициента теплоотдачи при продольном омывании для воздуха и дымовых газов (к рис. 10.2)

120 «н 110 100 90 80 70 60 50 45 40 35 ЗО 25

Скорость газов (воздуха) w, м/с

Рис. 10.4. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных глад — котрубных пучков ак = ан(

Температура потока, °С

Рис. 10.5. Поправочные коэффициенты для определения коэффициента теплоотдачи конвекци­ей при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков (к рис. 10.4)

(10.19)

С’, — средний относительный диагональный шаг труб, 0,1 < срп <1,7 (‘ = 0,34qvJ ; при 1,7 < срп < 4,5 : для с, <3 Сs = 0,275ср°’5: для с, >3 Сs = 0,34ср°1.

Коэффициент теплопередачи в воздухоподогревателе, Вт/(м2-К)

К =а’а: , (10.20) OCj + ou

Где <2, — коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятня по­верхности нагрева вследствие неравномерности ее омывания газами. Для трубчатых воз­духоподогревателей

(Ю-21)

Значение Е, п составляет: для мазута — 0,85, для остальных топлив — 0,9, для второй («горя­чей») сту пени — 0,75 (антрацит и торф) и 0,9 — бурые угли. Значение АЕ, = 0,1-0,15 — для двух — (трех-) ходового воздухоподогревателя с одной (двумя) промежу точными трубными досками; АЕ, = 0,05 — в остальных случаях.

Поверхность нагрева воздухоподогревателя, м2

В О

F = (10.22)

ККп

После определения площади поверхности нагрева возду хоподогревателя FBn, м2 по среднему диаметру труб d находят необходимую полную высоту возду хоподогре­вателя, м

К =-г5— (Ю-23)

Где z — полное число труб воздухоподогревателя для прохода газов (см. формулу (10.11).

Далее определяют высоту одного хода воздухоподогревателя (для одного пото­ка), м

В В V°(tB + 27з) К = Л (10-24)

2731 x-z, а ко п

1 н / в пот

Где Ґ = (/’л| + )/2 — средняя температу ра воздуха в воздухоподогревателе, °С; ппот — число потоков воздуха (при однопоточной схеме /?пот = 1; при двухпоточной /?пот = 2; при четырехпоточной 77пот = 4); х — характерный размер стороны подвода воздуха в воздухо­подогреватель, м. Если воздух подведен к воздухоподогревателю с боковой стороны х = авп, если с задней либо с передней х = Ьт. Число ходов воздуха

-ход = • (10.25)

К

Число ходов должно быть целым. Нецелое число округляют до ближайшего целого и производят уточнение скорости воздуха и коэффициента теплопередачи, если изменение скорости воздуха оказалось больше 10 %. Нужное решение полу чают вариацией шага труб v или скорости воздуха. В целях уменьшения размера поверхности FBn желательно
иметь число поперечных ходов воздуха z = 4 — 6. Высота одного хода не должна пре­вышать /?х = 3-4 м.

Высота трубчатого воздухоподогревателя, м:

/? — h z +У/7-, (10.26)

ВП X ХОД / І oo? v ‘

Где /?о5 — высота ремонтного разрыва между соседними пакетами (по ходу газов) возду хо­подогревателя (разрыв выполняется, как правило, между первым и вторым ( по воздуху) ходами для облегчения смены интенсивно корродирующего куба первого хода). Далее разрывы предусматриваются после двух или нескольких ходов с учетом возможной длины труб, используемых для трубчатого воздухопогревателя (до 9 м) Высота разрыва — 600- 1200 мм.

Возду хоподогреватель набирается из отдельных кубов, размеры которых должны удовлетворять требованию железнодорожного габарита.

Для трубчатых воздухоподогревателей и других поверхностей в конвективной шахте, при сжигании твердых топлив, дающих плотные отложения, должна быть преду ­смотрена дробевая очистка.