|
(6.34) 155 |
Тепловосприятие поверхности нагрева на 1 кг (м3) топлива Qr, кДж/кг (кДж/м3), определяется по уравнению теплопередачи
QT — kAtF/Bp.
Это тепловосприятие равно теплоте, отдаваемой продуктами сгорания и определяемой по разности энтальпий газов на концах поверхности (по балансу теплоты):
Єб = ф (Н’ — Н" + Аапр Н °рс), (6.35)
Где Н’ и Н"—энтальпии продуктов сгорания на входе и выходе из поверхности нагрева, кДж/кг; Я°рс — теоретическая энтальпия присосанного холодного воздуха, кДж/кг.
При наличии в газоходе, где расположена основная поверхность, дополнительных Ьоверхностей нагрева (например, на стенах газохода) необходимо учесть также ее тепловосприятие (?доп от газового потока. Тогда тепловосприятие основной поверхности составит
Є« = Ф (Я» — Н" + Дапр Я 2РС) — бдоп. (6.35а)
При необходимости определения энтальпии и температуры продуктов сгорания за конвективной поверхностью нагрева при известной температуре и энтальпии продуктов сгорания на входе в поверхность и ее тепловосприятия формула (6.35а) преобразуется:
Я„ = я,_Єб+ЄДоп + да FfO (6 35б)
Ф
По энтальпии Н" с помощью данных таблиц ПЗ и П4 находится температура продуктов сгорания за поверхностью нагрева.
Тепловосприятие рабочей среды в конвективной поверхности на 1 кг ее расхода Ah, кДж/кг, определяется по зависимости
Ah=(6.36)
Где D — расход среды через данную ступень поверхности, кг/с.
При тепловосприятии ступени поверхности как за счет конвективного теплообмена, так и прямого излучения из топки формула (6.36) примет вид
MJO»+O. K (6.36а)
При выполнении конструктивного расчета поверхность нагрева определяется с помощью уравнения теплопередачи
— Вр0« (6.37)
К At
После определения общего размера поверхности нагрева необходимо установить ряд ее конструктивных характеристик. Решение этой задачи зависит от того, какие исходные условия известны или заданы.
ГХри заданном габаритном размере газохода, где располагается поверхность нагрева Ab, м2, и поперечном шаге труб в первом ряду конвективной поверхности і’і, мм, определяется число секций (рядов) трубной поверхности по ее ширине:
Ntt = Afsl -10"3-1, (6.38)
Где а—определяющий размер сечения газохода, вдоль которого размещен раздающий коллектор поверхности, м.
При заданном диаметре труб и полном проходном сечении для пропуска рабочей среды (пара, воды) /р. с, м2, общее число труб, обеспечивающее заданное значение /р с, составляет
Ио=/р. С/(0,785Й?2„), (6.39)
И массовая скорость рабочей среды, кг/(м2 — с)
Wp = D / (0j785d2H). (6.40)
Число труб в одной секции
"Тр =/р. с / (0,785rf2H"c) = Njnc. (6.41)
Рабочая длина прямого горизонтального или вертикального участка трубы
/Р = £-2/3, (6.42)
Где /3 — размер зазора между гибом трубы и стеной газохода, м. Поверхность нагрева одной петли змеевика, м2:
Facr = (2lp + 2nR)nd, (6.43)
Где R — радиус гиба трубы, м; обычно Л = (1,75 + 2,5)d-Ю-3 м.
Количество петель, которые образует змеевик вдоль потока газов,
«пет=^/(^пет"тр«с)- (6.44)
Число ипет принимают либо целым, либо кратным 0,5.
Глубина змеевикового пакета по ходу газов при шахматном расположении труб
/п = (4«пет-2)/г + (итр-1)*2. (6.45а)
То же при коридорном расположении труб:
L = (4 «пет — 2) R + 2ипет (птр -1 )S2. (6.456)
Пример 6.32. Определить размер поверхности гладкотруб — ного экономайзера котла, сжигающего мазут. При выполнении расчетов принять: по газовой среде: &’ = 496° С; $" = 375° С; Я’=9533 кДж/кг; Н" = 7087. кДж/кг; cp = 0,99; Q.Aoa = 4,0 кДж/кг;
157
По рабочей среде: /’.= 275° С; h‘ = 1206 кДж/кг; /> = 263,89 кг/с; давление р’ = 29,92 МПа, />" = 29,63 МПа; данные по сжигаемому топливу: /?р= 19,278 кг/с; Fr = 13,25 м3/кг (с учетом рециркуляции газов); гн-о=0,1168; гп = 0,2566; ат = 1,03. Котел газоплотный, давление в газоходе /> = 0,1 МПа.
Предварительно принять конструкцию: живое сечение газохода Fr = 63,7 м2; сечение для прохода воды /, = 0,254 м2; трубы 032 мм с толщиной стенки. 6 мм; число рядов Z2 > 10; расположение труб—коридорное с шагом $і=80мм; $2=42,5 мм; эффективная толщина излучающего объема в пучке труб j=0,228 м; относительный размер предвключенного газового объема /0//п= 1,04; ширина газохода 16 320 мм, глубина 6360 мм.
Решение. 1. Определяем тепловосприятие экономайзера по балансу [см. (6.35)]:
<?б=(9533 — 7087 + 0) — 0,9936 — 4 = 2426 кДж/кг.
2. Приращение энтальпии воды в экономайзере по (6.36)
А| 2426 19,278 „ ;
Ah=——————————— —-—=177,2 кДж/кг.
263,89 ‘ . ^ ‘
3. Энтальпия и температура воды на выходе из экономайзера
H" = h’+АЛ = 1206 + 177,2 =1383,2 кДж/кг.
По таблицам воды и водяного пара при давлении Р" = 29,63 МПа этой энтальпии соответствует температура воды /" = 310° С.
4. Средняя температура продуктов сгорания и воды в поверхности:
0=0,5+ )=0,5(496 + 375) = 435° С (708 К);
7= 0,5 (Ґ +1")=0,5 (275 4- 310) = 292° С.
5. Определяем температурный напор по (6.27) при противоточном взаимном движении сред:
Af6=496 —310 = 186° С;
AfM = 375-275 = 100° С; 186-100 In 186/100
6. Определяем скорость воды на входе в экономайзер по (6.8):
263,89 0,0012546 , „ (
—вдй:—=1-3м/с-
При этом массовая скорость воды
Wp = 263,89/0,254= 1040 кг/(м2 с).
Полученная скорость воды является достаточной для обеспечения бескоррозионного режима и допустимого уровня температуры металла труб.
7. Средняя скорость продуктов сгорания по (6.7)
13,25-19,278-(435+ 273) 1Л . .
Wr=——————————— —————— = 10,4 м/с.
63,7-273 1
8. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением в соответствии с § 6.3:
«.-ад • .,0 ■ К04да’0У10;4-0.032у». =
0,032 V63,25 Ю-6/
= 81,9 • 10~3 кВт/(м2 — К).
Найдем коэффициент теплоотдачи излучением. В соответствии С § 6.2:
|
(.—У’* 708 ) |
/,=292 + 60 = 352° С (625 К); />ns=0,1 0,2566 0,228 = ?= 0,00584 м • МПа; кг = 0,0584 1/(м ■ МПа); &/ю = 0,166; е = 0,151. Тогда по формуле (6.12)
Ал = 5,13 • Ю-11 -0,151 -7083 —
625 708
= 8,5 ■ 10~3 кВт/(м2 • К).
С поправкой на излучение объема перед входом в экономайзер по (6.14)
Сх; = 8,5 • Ш"3 [l +0,3 (^)0,25 • 1,04°’07J =
= 10,9 -10~3 кВт/(м2 • К).
9. Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке по (6.9)
Aj = 1,0(81,9 • 10~3+ 10,9-10"3)=92,8 • ИГ3 кВт/(м2 — К).
10. Коэффициент тепловой эффективности экономайзера по табл. 6.4
^=0,66 + 0,05 = 0,71.
11. Коэффициент теплопередачи (по табл. 6.2)
£=0,71 • 92,810~3 = 65,9-Ю’3 кВт/(м2 К).
12. Расчетная поверхность нагрева ступени экономайзера по (6.37)
„ 19,278-2426 — 2 5106 м.
65,9-138,6
При заданных размерах сечения газохода и расположении раздающих коллекторов вдоль фронта число параллельных секций по (6.38) составляет
<=16 320/80-1 = 203 шт.
С учетом увеличения зазора между крайними секциями и стеной принимаем четное число секций «с = 202 шт.
При заданном сечении для прохода воды /в = 0,254 м2 число труб в секции по (6.41)
Птр = 0,254/(0,785 -202 -202-10 "6) = 4.
13. Поверхность одной петли по (6.43) при /р = 6,36-2 0,08 = 6,2 м
FneT=(2 • 6,2 + 2 • 3,14 • 0,06) • 3,14 • 0,032 = 1,284 м2.
Количество петель по ходу газов по (6.44)
«пет = 5106 /(1,284 — 4 — 202) = 4,9.
Принимаем лпет = 5, тогда полная глубина змеевикового пакета по (6.456)
/„ = (4-5-2)-0,06 + 2-5(4-1)0,042 = 2,34 м.
Поскольку /п > 1,4 м, поверхность выполняется в виде двух пакетов по ходу газов /п1 = 1,36 м (три петли) и /п2 = 0,86 м (две петли) с разъемом между ними 0,8 м.
Пример 6.33. Определить необходимую поверхность нагрева ступени мембранного экономайзера в котле, сжигающем мазут. При выполнении расчета принять:
Газовый поток: = 609° С; Э" = 312° С; Я’= 10743 кДж/кг; Я " = 5288 кДж/кг; Qaon= 105 кДж/кг; рабочая среда: *’ = 254° С; H‘ = 1104 кДж/кг; D = 186,11 кг/с; р" = 15,8 МПа; взаимное движение сред—противоток; конструктивные данные: FM/F=0,817;
= 0,398; расход топлива и тепловая эффективность: J? p = 14,528 кг/с; ф = 0,9971. Размеры газохода—фронт а = 18,0 м; глубина b = 3,32 м; удельный объем продуктов сгорания VT = 11,84*м3/кг; поперечный шаг ^ =85 мм; продольный шаг S2 = 45 мм.
Решение. 1. Определяем тепловосприятие экономайзера по балансу по (6.32):
Q6 = (10 743 — 5288) • 0,9971 -105 = 5334 кДж/кг.
2. Приращение энтальпии воды в экономайзере по (6.36)
Д 1 5334 -14,528 „ ,
—шГП———————————- ==416’4 кДж/кГ-
3. Энтальпия и температура воды на выходе из экономайзера
H"=h‘+ Ah = 1104+416,4= 1520,4 кДж/кг.
При р = 15,8 МПа по таблицам воды и водяного пара температура воды /" = 330° С.
4. Средняя температура продуктов сгорания и воды в поверхности:
9=0,5 (609 + 312) = 460° С (733 К);
7= 0,5 (254+ 330) = 292° С.
5. Температурный напор в ступени
(609 — 330Н312-254)
In 279/58 ‘
6. В соответствии с примером 6.27 средний коэффициент теплопередачи в мембранном экономайзере кср = = 63,62 40" 3 кВт/(м2 • К).
7. Расчетная поверхность нагрева мембранного экономайзера по (6.73)
63,62 — Ю-3 -140,7
8. Определяем поверхность оребренной (мембранной) части:
/rM = /r(FM/F) = 8657-0,817 = 7077 м2.
9. Определяем поверхность труб в ступени экономайзера: в мембранной части
Np=FM{Fl*/Fu) = 7077-0,398 = 2817 м2;
В гладкотрубной части
Frn = F—FM = 8657 — 7077 = 1580 м2;
Суммарная в мембранном экономайзере
FTp = 2817+ 1580 = 4397 м2.
10. Выполним расчет геометрических характеристик экономайзера. Принимаем в соответствии с рекомендациями [1 ] массовую скорость воды в экономайзере w р = 700 кг/(м2 • с). При этом необходимое сечение для прохода воды
/,=Z)/wр= 186,11/700= 0,266 м2.
10-2065
Так как по условию задачи ^ = 28 ■ 4 мм, то число параллельно включенных труб по (6.39)
П0 = 0,266/(0,785 • 0,022) = 846.
Определяем сечение для прохода газов и его скорость: при /3 = 0,07 м 1Х = 3,32 — 0,07 = 3,25 м.
Сечение для прохода газов по (6.3)
Fr = 18,0 • 3,32 -210- 3,25 ■ 0,028 = 40,65 м2.
Скорость газов в пакете экономайзера по (6.7)
11,84-14,53(460,5 + 273) и’г =—————— = 11,36 м/с.
273-40,65 ‘
ЗАДАЧИ
Задача 6.31. Найти температуру продуктов сгорания за экономайзером с шахматным расположением труб. При решении принять: 9′ = 357° С; Н’ = 6972 кДж/кг; До„р=0,02; Я®, = 257,5 кДж/кг; ф = 0,9972; =22,278 кг/с; »"н2о = 0,072; гп = 0,219; щл = 0,0146 кг/кг; Fr=8,48 м3/кг; сжигаемое топливо — нерюнгринский уголь СС; тип мельниц—молотковая; очистка труб экономайзера— дробью; рабочая среда- /’=250° С; А’ = 1086,5 кДж/кг; Х>= 186,11 кг/с; движение среды — противоточное. Конструктивные характеристики: /„ = 0,188 м2; F, = 73,3 м2; F= 6972 м2; трубы 028 мм с толщиной стенки 4 мм; шаги труб 5! = 85 мм; S2 = 44 мм; 5=0,128 м; отношение /0//п= 1,0.
Принять Є, = 4,47 м2 -К/кВт и энтальпия газов при температурах 9 = 400, 300 и 200е С соответственно Я =5078,6; 3755,6 и 2407,2 кДж/кг.
Задача 6.32. Как изменится температура продуктов сгорания за экономайзером, если коэффициент загрязнения Є, увеличится с 4,47 до 6,19 м2 — К/кВт? При решении задачи принять необходимые данные из задачи 6.3, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке ах принять постоянным и- к= 77,8 • 10_3 кВт/(м2 К).
Задача 6.33. Определить необходимую расчетную поверхность нагрева первой ступени промежуточного пароперегревателя, расположенной в опускном газоходе и очищаемой дробью. При выполнении расчетов принять: по газовой среде: 9’= 697° С; 9" = 496° С; Н’ = 13 746 кДж/кг; 7Н"= 9533 кДж/кг; Бдоп = 327 кДж/кг; Дапр = 0; <р = 0,9936; Вр = 19,278 кг/с; Уг = 13,25 м3/кг; гн2о = 0,1168; гп = 0,2566; сжигаемое топливо—мазут, избыток воздуха за топкой а,<1,03; по рабочей среде: />=216,11 кг/с; = 310° С; А’ =2982,3 кДж/кг; />’ = 4,12 МПа; р" = 4,07 МПа; предварительные конструктивные данные: Fj= 0,975 м2; Fr = 49,2 м2; трубы 050 мм с толщиной стенки 4 мм, расположение труб — коридорное с шагами Sj = 92 и г2 = 80 Mm; Z^ 10; S=0,195; /<>//„=2,284. 162
Задача 6.34. Как изменится необходимая поверхность нагрева, если приращение энтальпии пара в выходной ступени промежуточного пароперегревателя увеличится с ДЛ= 157,3 кДж/кг (задача 6.33) до АЛ = 200 кДж/кг? Энтальпии продуктов сгорания принять при температурах 9 = 900, 800 и 700° С соответственно Нг= 7268,3; 6380,7; 5505,6 кДж/кг. Коэффициент теплопередачи принять по задаче 6.33 А:=68,9-10_3 кДж/(м2-К), данные по топливу и воде также лринять по задаче 6.33.