К радиационно-конвективным поверхностям относятся поверхности нагрева типа ширм, фестонов, пароотводящих труб и котельных пучков, воспринимающих как конвективную теплоту продуктов сгорания, так и радиационную теплоту из топки.
Число секции ширм 2j определяется по зависимости
Zx=ajs1 — 1, (8.1а)
Если расстояние от крайних секций до боковых стен газохода равно расстоянию между секциями (шагу st) и
Если расстояние от крайних секций до боковых стен равно половине шага Sl(2. В формулах (8.1а) и (8.16) а—ширина фронта топки, м.
Число параллельно включенных труб п в секции ширмы (ленте) определяется из условий надежности работы металла по допустимой массовой скорости pw = 800—1100 кг/(м2-с)
П~OJSSd^Zi ри>’ (8’2)
Где ^„—внутренний диаметр трубы, м (обычно для пароперегревателей выбирают трубы наружным диаметром 32, 36, 38, 42 мм с толщиной стенки 4,5 — 7,0 мм); D—расход рабочей среды, проходящий через поверхность, кг/с; пп—число параллельных потоков рабочей среды по ширине газохода (обычно nn= 1 или 2).
Глубина секции ширмы (ленты) с определяется продольным шагом s2, числом параллельно включенных труб п в ширме (секции) и числом ходов ленты в ширме zx вдоль газового потока:
C = [(n-)s2 + d]nx+Ac(zx-),
Где Ас—расстояние между двумя ходами ленты ширмы. Сечение для прохода продуктов сгорания
Fr = ab—zl bdH. (8.3)
При расчете ширм используют следующие поверхности: полная поверхность, м2, определяется как удвоенная площадь плоскости, проходящей через оси труб секции и ограниченной наружными образующими крайних труб,
Fm = 2z1hmc; (8.4)
Расчетная поверхность ширм Fp=Fulx1 где х—угловой коэффициент (рис. П1 приложения);
Лучевоспринимающие поверхности входного и выходного сечений FnBX, F. Bblx (рис. 8.1).
Угловой коэффициент с входного на выходное сечение
|
|
(8.5)
Рис. 8.1. К определению лучевоспри — Нимаюіцих поверхностей входного и выходного сечений ширмовой поверхности пароперегревателя
Эффективная толщина излучающего слоя
|
(8.6) |
Л —-
1 1 1
При расчете фестона следует различать следующие поверхности: полную теплообменную поверхность
F^ = %dziz2hr0, (8.7)
Где zl5 z2—число труб в одном ряду и число рядов по ходу газов; hro—расчетная высота газового окна, в котором находится фестон;
Лучевоспринимающую поверхность, м,
Где —угловой коэффициент фестона; определяется по рис. П1 приложения; при числе труб z2^ 5, *ф=1.
Пример 8.1. Определить размеры расчетных поверхностей радиационно-конвективного пароперегревателя (в виде ширм), расположенного в верхней части топки. Исходные данные: трубы 0 32 мм с толщиной стенки 5 мм; количество секций по ширине газохода 22х число труб в одной секции 30, ширина газохода 13 520 мм, продольный, шаг труб s2 = 35 мм; габаритные размеры поверхности показаны на рис. 8.J2, а размеры секции ширмы на рис. 8.3.
Решение. 1. Определяем расчетную поверхность пароперегревателя. В связи со сложной конфигурацией секции, вызванной наличием трех рядов обвязочных труб по высоте, поверхность нагрева секции определяем по участкам. При относительном продольном шаге труб s2/d— 35/32= 1,09 угловой коэффициент секции по рис. П1 приложения л;=0,98. При определении расчетных размеров секции ширм к линейному размеру по осям труб необходимо добавить размер диаметра d, мм. Тогда по сравнению с рис. 8.3 имеем: верхняя часть секции: сл= 1015 + 32= 1047 мм; первая средняя часть: сл = 945 + 32=977 мм; вторая средняя часть: Сл = 875 + 32=907 мм; нижняя часть: сл = 805 + 32 = 837 мм. Высота нижней части составит 700 + 0,5-32 = 716 мм.
|
Усь труд’ потолочного пере — гребателя |
|
35*29= =1015 *——— |
|
200 /2500 |
|
I |
|
I |
|
2600 |
|
2380 |
|
2380 |
|
Рис. 8.2. Габаритные размеры Ширмового пароперегревателя (к примеру 8.1) |
|
Са Сэ £ |
|
35*27=915 |
|
9¥5 |
|
I |
|
35*25=875 |
|
875 |
|
Са § |
|
|
|
"8 |
|
¥0*23=920 |
|
1960 |
Рис. 8.3. Размеры секции Ширмового пароперегревателя (к примеру 8.1)
Размеры плоскости секции определяются по первому ходу ленты и затем удваиваются. Часть плоскости труб между двумя ходами ленты находят отдельно и прибавляют к поверхности ленты. Размер «зазора» между ходами ленты Ас=350 —32 = 318 мм. Поверхность обвязочных труб (горизонтальные участки) определяют по полупериметру трубы. В заключение удваивают размер полученной поверхности (секция имеет двусторонний обогрев газами) и умножают на число секций, входящих в ширмовую поверхность.
Исходя из этого, получаем
Fm = [1,047 • 3,3 + (0,977 + 0,907) • 1,5 + 0,837 • 0,716 + 0,5 х х 3,14 • 0,032 • (0,907 + 0,977 +1,047)] ■ 2 • 0,98 • 2 • 22’+ 0,318 • 0,952 х х 0,98 • 2 • 22 + 0,5 • 3,14 • 0,032 • 0,318 ■ 2 • 22 = 621 м2.
2. Определяем сечение для прохода рабочей среды. Внутренний диаметр труб dm = 32-10 = 22 мм; /ш=0,785-0,0222-30-22 = =0,251 м2.
3. Находим сечение для прохода газов. Радиационно-кон — вективный пароперегреватель по рис. 8.2 имеет участки с различным омыванием газами — поперечным и продольным. Для участка поперечного омывания
Fr. non = 6,5 • 13,52-0,032 • 22 • 6,5 = 83,3 м2.
Для участка продольного омывания
Fr прд = 5,18 • 13,52 -0,032 • 2,38 • 22 = 68,36 м2.
4. Относительные шаги труб:
Средний поперечный шаг равен J1=a/(z1 + 1) = 13 520/(22 + +1) = 588 мм, тогда
С?! = 588/32 = 18,38; ст2 = 35/32 = 1,094.
5, Эффективная толщина излучающего слоя по (8.6)
0,795 м.
1 1 1
7Д) +2^38 + 0,588
6. Угловой коэффициент с входного на выходное сечение ширм по (8.5)
2 + 1-^-=0,122. 0,588
7. Поверхность входного и выходного газовых окон (см. рис. 8.2):
^.„ = (7,0 + 2,38)-13,52 = 126,8 м2; ^л. ВЫх = 6,5-13,52 = 87,9 м2.
8. Поверхность нагрева, омываемая продольно и поперечно:
F =F ^=621-7,0 6,5 = 444 м2-
1 ш. прд ш T 7 Q M ‘
Ш *
F =F —F =621—44 4 = 576 6 M2
1 ш. поп ш ш. прд 1 ‘"j-T J I 1V1 .
Пример 8.2. Для котла паропроизводительностью D = 277,78 кг/с выбрать количество секций ширмового пароперегревателя zlt поперечный шаг и количество труб в каждой секции. При проведении расчетов принять допустимую массовую скорость 1000 кг/(м2 — с), трубы 0 32 мм с толщиной стенки 6 мм и продольным шагом S2 = 35 мм. Учесть, что по условиям транспортировки глубина секций в осях труб должна быть не более 3000 мм; радиус гиба внутренней трубы принять 135 мм. Расход пара через пароперегреватель с учетом работы впрыскивающих пароохладителей, установленных после него, должен составлять 93% номинальной паропроизводительности. Ширина газохода в районе ширмового пароперегревателя 16 000 мм.
Решение. 1. Определяем необходимое сечение для прохода пара. Расход пара через пароперегреватель Dm = 277,78 • 0,93 = = 258,33 кг/с; /п = Яш/(ри>)п = 258,33/1000 = 0,258 м2.
2. Определяем количество труб в секции. Максимальная
3000-135-2
Ширина одного хода в секции ————- ——— =1365 мм. При шаге
Труб s2 = 35mm количество труб пс = (1365/35) +1 =40 шт. 200
3. Определяем количество секций zv =0,258/(0,785- 0,022 х х 40) = 20,6 шт. Принимаем Zl = 20 шт.
Таким образом, радиационно-конвективный ширмовый пароперегреватель должен иметь 20 секций с количеством труб в каждой 40 шт., при этом массовая скорость пара составит (pw)n= 1000(20,6/20)= 1028 кг/(м2 с).
4. Поперечный шаг секций ширм в газоходе по (8.16)
16000/20 = 800 мм.
Пример 8.3. В паровом котле имеется двухрядный фестон, образованный трубами заднего экрана топочной камеры, ширина которой 18,0 м. Определить расчетные геометрические характеристики фестона, его поверхность нагрева, если задано: диаметр труб 60 мм; толщина стенки 6 мм; расположение труб—коридорное с шагами = 140 и S2 = 250 мм; высота труб фестона 6,5 м.
Решение. 1. Определяем поверхность нагрева фестона по (8.7). Количество труб в одном ряду
Итр=(18 000/140)- 1 = 127,5 шт. Принимаем итр= 128 шт.; 3,14 • 0,060 • 128 ■ 2 • 6,5 = 313,5 м2.
2. Определяем лучевоспринимающую поверхность нагрева фестона. Угловой коэффициент двухрадного фестона при Sl/D= 140/60 = 2,33. По рис. П1 приложения (кривая 5) для первого ряда х1 = 0,54. Для двухрядного фестона хф=Jq + (1 — Xt) Jct = 0,54+(1 — 0,54) ■ 0,54= 0,788.
По (8.8) находим
Fj, ф= 18,0-6,5-0,788 = 92,2 м2.
3. Сечение для прохода газов по (6.3)
FT= 18,0-6,5-128-6,5-0,060 = 67,1 м2.
4. Относительные шаги труб в фестоне:
Crt = 140/60 = 2,33; ст2 = 250/60 = 4,17.
5. Эффективная толщина излучающего слоя в фестоне по (6.6)
|
|
ЗАДАЧИ
Задача 8.1. Рассчитать геометрические характеристики ступени радиаци — онно-конвективного пароперегревателя Т-образного профиля котла для блока 800 МВт, расположенного в переходном газоходе. Радиационно-конвективный пароперегреватель имеет два хода пара: сначала пар проходит секции в средней части газохода (половина ширины), а затем крайние секции. Общее количество секций по ширине одного газохода 40 шт., каждая секция состоит из 18 труб диаметром 42 мм с толщияой стенки 7 мм, расположенных с продольным шагом S2 = 45 мм. Ширина газохода 30,44 м. Основные размеры секции в одной части газохода приведены за рис. 8.4.
Рис. 8.4. Размеры секции Ширмового пароперегревателя (к задаче 8.1)
Задача 8.2. Какова будет поверхнрсть нагрева, сечения для прохода пара, эффективная толщина излучающего слоя в радиационно — конвективном пароперегревателе котла паро — производительностью D — 86,11 кг/с при использовании труб различных диаметров: 0 32 мм с толщиной стенки 5 мм; 0 36 мм с толщиной стенки 6 мм и 0 38 мм с толщиной стенки 6 мм? Принять, что при ширине газохода 18 ООО мм расстояние между секциями 720 мм, зазоры между трубами 3 мм. Поверхность нагрева считать упрощенно — без учета поверхности дистанционирующих труб; радиус гиба внутренней трубы во всех вариантах принять 135 мм. Количество труб в секции 20 шт., высота секции 7000 мм.
Задача 8.3. Какие необходимо применить трубы, чтобы уменьшить поверхность нагрева радиационно-конвективного пароперегревателя примерно в 1,5 —1,6 раза? Сколько и каких размеров будут секции ширм? В исходном варианте 56 секций глубиной 3800 мм из труб 0 32 мм с толщиной стенки 6 мм, радиус гиба внутренней трубы 135 мм. Ширина газохода 31,0 м. Указание: при решении задачи рассмотреть диаметры труб 36, 38, 42 мм с зазором между трубами 3 мм, толщину стенок принять кратной 0,5 мм, выполнить условие равнопроч — ности — постоянство отношения толщины стенки 8 к наружному диаметру 6/*/=Const.
Задача 8.4. При различных глубинах секций радиационно-конвективного пароперегревателя с выбрать шаг между секциями Su при котором угловой коэффициент с входного на выходное <рш будет равен 0,10. Принять глубину секций 2,0 и 3,0 м.