VIII. Поверочно-конструкторский расчёт пароперегревателя

8.1) Целью поверочно-конструкторского расчёта пароперегревателя является определение его поверхности нагрева при известных тепловосприятиях, конструктивных размерах и характеристиках. Тепловосприятие пароперегревателя определено ранее, конструктивные размеры и характеристики поверхности заданы чертежом. Решением уравнения теплопередачи определяют требуемую(расчётную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают её с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.

8.2) По чертежам парового котла составляем эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллимет-ровой бумаге в масштабе 1:25.

8.3) По чертежам и эскизу заполняем таблицу:

Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя

Наименование величин	Обозн.	Раз-ть	Номер ступени по газоходу	Весь п/пер-ль
Наружный диаметр труб	D	м	0,038	0,038	-	0,038
Внутренний диаметр труб	Dвн	м	0,032	0,032	-	0,032
Количество труб в ряду	Z1	-			-
Количество труб по ходу газов	Z2	-			-
Шаг труб: поперечный	S1	м	0,115	0,092	-	0,1035
Шаг труб: продольный	S2	м	0,11	0,10	-	0,118
Относительный шаг: поперечный	S1/d	-	3,02	2,421	-	2,7205
Относительный шаг: продольный	S2/d	-	3,158	3,053	-	3,1055
Расположение труб змеевика	-	-	Коридорное
Характер взаимного течения	-	-	Смешаный ток
Длина трубы змеевика	L	м	26,2	49,6	-	-
Пов-ть, примыкающая к стене	Fст·x	м2	13,72	-	-	13,72
Поверхность нагрева	H		239,3	426,3	-	665,6
Высота газохода на входе	a'	м	4,6	2,7	-	-
Высота газохода на выходе	a"	м	3,6	2,7	-	-
Ширина газохода	b	м	6,7
Площадь живого сечения на входе	F'	м2	24,25	11,52	-
Площадь живого сечения на выходе	F"	м2	17,55	11,52	-
Средняя площадь живого сечения	Fср	м2	20,9	11,52	-	14,136
Средняя эффективная толщина излучающего слоя	Sф	м	-	-	-	0,334
Глубина газового объема до пучка	Lоб	м	0,8	0,64	-	1,44
Глубина пучка	Lп	м		1,9	-	2,9
Количество змеевиков, включенных параллельно по пару	m	шт.
Живое сечение для прохода пара	f	м2	0,058	0,058	-	0,058

8.3.1) Целесообразность разделения пароперегревателя на ступени обычно определяют характкром взаимного движения сред (газов и пара) и размещением между ступенями пароохладителей. Нумерация ступеней ведётся по ходу газа. Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учётом гибов) l_i и числу труб в ряду (поперёк газохода) Z₁.В неё также включается поверхность труб, примыкающих к обмуровке, называемая дополнительной, которую определяют как произведение площади стены (потолка) F_ст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме на основании соотношений S₁/d и е/d причём е/d ≌ r/d

Х=0,76

Таким образом, с учётом особенностей конструкции пароперегревателей поверхность нагрева каждой ступени определяем по формуле:

H_i=π·d_i+Z₁ ⁱ·l_i+F_cTi·x

8.3.2) Глубину газового объёма до пучка каждой ступени и глубину пучка ступени определяют по рекомендациям и чертежу.

8.3.3) Поперечный шаг в пределах каждой ступени не изменяется и поэтому совпадает со средним его значением. По средним значениям шагов для пароперегревателя и среднему диаметру находим эффективную толщину излучающего слоя:

0,9·0,38·(4·0,1035·0,118/(3,1415·0,038)-1)=0,3341

8.3.4) Если диаметры труб первой, второй, третьей ступени не одинаковы, то средний диаметр находим по формуле:

0,038 м

8.3.5) Площадь живого сечения для прохода газов на входе и выходе определяют по формуле:

F_i = a _i·b - d_i·Z₁ⁱ· l_{I пр};

Площадь среднего живого сечения для прохода газов перегревателя в целом получают:

14,13 м²

Площадь среднего живого сечения для прохода пара для каждой ступени пароперегревателя :

8.4) Составляем таблицу исходных данных поверочно-конструкторского теплового расчёта пароперегревателя:

Наименование величин	Обозн.	Размерность	Величина
Температура газов до пароперегревателя	υ"ф	оС
Температура газов за пароперегревателем	υ"пе	оС
Температура в состоянии насыщения	tн	оС
Температура перегретого пара	tпе	оС
Средний удельный объем пара	υср	м3/кг	0,063
Конвективное восприятие	Qкпе	ккал/кг	1012,47
Объемы газов на выходе из топки при αсрпе	Vг	м3/кг	6,89
Объемная доля водяных паров	rH2O	-	0,0739
Объемная доля трехатомных газов	rRO2	-	0,1435
Концентрация золы в газоходе	μзл	кг/кг	0,033

Средний удельный объём пара находят с использованием по удельным объёмам пара в состоянии насыщения и перегретого пара:

Все остальные величины определены ранее.

8.5) Коэффициент теплопередачи определяют для пароперегревателя в целом по средним значениям необходимых величин из таблиц.

Коэффициент теплопередачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

8.5.1) Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле:

Где aк—коэффициент теплоотдачи конвекцией; a’л—коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; Ψ -- коэффициент тепловой эффективности поверхности; = 1;

Для определения a_к—коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб рассчитаем среднюю скорость газового потока:

8,33 м/с

При поперечном омывании коридорных пучков дымовыми газами коэффициент теплоотдачи конвекцией, отнесённый к полной расчётной поверхности, определяют по номограмме:

a_н=49,545 ккал/м²·ч·^оС

добавочные коэффициенты:

Сz=1

Сф=0,942

Сs=1

a_к = a_н·Сz·Сф·Сs=49,545·1·0,94·1=46,678 ккал/м²·ч·^оС

Для нахождения a_л используем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:

Для незапылённой поверхности k·p·S = k_г·r_n·S·p, где р = 1кгс/ см2; r_n=0.2185

р_n·S = r_n·S = 0.21·0.3341=0.073

По номограмме находим k_г =1.98338 0.134

Для пользования номограммой необходимо знать температуру загрязнённой стенки расчитываемой поверхности нагрева:

T_з = T_пе^ср + (80¸100) =355+95=450 ^оС

По номограмме находим a_н=186 ккал/м²·ч·^оС; Сг =0,947

a_л = a_н×а·с_г = 186· 0,134·0,947=23,747 ккал/м²·ч·^оС;

При расчёте пароперегревателя и экономайзера на величину aл необходимо ввести поправку, связанную с наличием газового объёма, свободного от труб перед этими поверхностями и между отдельными пакетами поверхностей:

Где Т_к -- температура газов в объёме камеры, (К); l_об и l_п -- соответственно суммарная глубина пучка и суммарная глубина газового объёма до пучка, м;

755 К

1,44 м

2,9 м

32,25

1· (32,25+46,678)=78,93 ккал/м²·ч·^оС;

8.5.2) Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару в пароперегревателе определяют по номограмме, при среднем значении давлений, температур и скорости пара:

0,063 · 75000/(3600·0,058)=22,804 м/с

При этой скорости пара С_d =0,98 a_н =1035,68 ккал/м²·ч·^оС

a_л = a_н·С_d = 1035,68·0,9802=1015,18 ккал/м²·ч·^оС

8.5.3) Коэффициент теплоотдачи:

0,65·78,9303·1015,18/(78,9303+1015,18)=47,603 ккал/м²·ч·^оС

8.5.4) Температурный напор:

1000-445=555^оС

596-255=341^оС

1,62

температурный напор с данной точностью можно найти так:

Поправочный коэффициент y определяют по номограмме и по безразмерным параметрам:

(1000-596)/(445-255)=2,12

(445-255)/(1000-255)=0,25

Не учитываем

По R и Р (A) находим Ψ=0,995

Если Δt_б/Δt_м < 1,7, то Δt, то Δt_прт ищем как среднее арифметическое,

иначе как среднее логарифмическое: Δt_прт = 448 ^оС

Δt_т = Δt_прт · Ψ =448·0,841=445,76 ^оС

8.6) Определим расчётную поверхность:

(1012·10696,6)/(47,603·445,76)=510 м²

Невязка^:

(510-665,6) ·100% /510=-30%

Невязка > 2% вносим конструктивные изменения.

Определим необходимое количество петель, измененных в конструкции пароперегревателя:

=-1,96

n=2