Поверочно-конструкторский расчёт конвективных поверхностей нагрева

Этот расчет предполагает определение тепловосприятий пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя и сведение теплового баланса парового котла.

При выполнении курсового проекта в целях уменьшения ошибок и связанных с ними пересчетов до проведения поверочно-конструкторских расчетов пароперегревателя, экономайзера и воздухоподогревателя целесообразно определить тепловосприятия этих поверхностей по уравнениям теплового баланса и свести тепловой баланс по паровому котлу в целом.

Тепловосприятия пароперегревателя и воздухоподогревателя определяют по уравнениям теплового баланса рабочего тела (пара, воздуха), а тепловосприятие экономайзера - по уравнению теплового баланса теплоносителя (продуктов сгорания).

1.2.1 Тепловосприятие пароперегревателя по фор­муле:

,кДж/кг, (кДж/м³), (84)

где D_пе - паропроизводительность котла, кг/с;

i_пе, i_н - соответственно энтальпии перегретого и сухого насыщенного пара, кДж/кг.

По таблицам термодинамического состояния пара (8) i_пе определяют по заданным температуре t_пе и давлению р_пе перегретого пара;

i_н - по давлению пара в барабане Pб;

- съём тепла в пароохладителе, служащем для регулирования температуры перегретого пара, кДж/кг,

- расчётный расход топлива (см. Раздел I)

В рассматриваемых паровых котлах установлены пароохладители поверхностного типа, для которых при выполнении курсового проекта рекомендуется принимать

= 10¸20 кДж/кг.

Тепло, воспринимаемое пароперегревателем за счёт излучения факела топки, принимаем для упрощения расчётов равным нулю (Qˆпе=0), а угловой коэффициент фестона – =1.

В этом случае полное тепловосприятие пароперегревателя численно совпадает с тепловосприятием конвекции, кДж/кг, (кДж/м³):

. (85)

Для газохода пароперегревателя уравнение теплового баланса теплоносителя (дымовых газов) имеет вид:

. (86)

Это уравнение решают, относительно искомой энтальпии газов за пароперегревателем, кДж/кг (кДж/м³):

, (87)

где - окончательное значение энтальпии газов за фестоном кДж/кг, (кДж/м³);

j - из раздела IV;

, - из раздела I.

Полученное значение энтальпии газов за пароперегревателем позволяет определить по табл. 4 для коэффициента избытка воздуха за перегревателем температуру дымовых газов за ним . Величины и используют в дальнейших расчетах.

1.2.2. Тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по уравнению теплового баланса рабочего тела (воздуха), т.к. температура горячего воздуха (после воздухоподогревателя) задана. Тепловосприятие воздухоподогревателя зависит от схемы подогрева воздуха, В случае предварительного подогрева воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, за счет рециркуляции части горячего воздуха (рис.9,а) тепловосприятие воздухоподогревателя равно:

(88)

При отсутствии рециркуляции горячего воздуха, если предварительный подогрев воздуха до воздухоподогревателя осуществляется в калорифере (рис.9,б), а также в случае отсутствия предварительного подогрева воздуха (рис.9.в), когда , кДж/кг тепловосприятие воздухоподогревателя определяют по формуле, кДж/кг, (кДж/м³)

(89)

В уравнениях 88 и 89:

– энтальпия теоретического объема горячего воздуха (по табл. 4 при ), должна совпадать с принятый ее значением в формуле 41 кДж/кг, (кДж/м³);

Рисунок 9 – К определению тепловосприятия воздухоподогревателя

- то же холодного воздуха, при = 30 °С определяют по формуле 23 и сравнивают с ее значением в формуле 41;

- энтальпии теоретического объема воздуха перед воздухоподогревателем, подогретого за счет подачи (рециркуляции) части горячего воздуха к дутьевому вентилятору или в специально установленных калориферах, кДж/кг, (кДж/м³); величину определяют по табл. 4 и температуре воздуха , °С, перед воздухоподогревателем, которую принимают по рекомендациям табл. 20 при отсутствии предварительного подогрева воздуха до воздухоподогревателя принимают = ;

- отношение объема воздуха за воздухоподогревателем к теоретически необходимому (определяют по данным табл. 1 и табл. 1.1)

; (90)

- отношение объема рециркуляции в воздухоподогревателе горячего воздуха к теоретически необходимому:

, (91)

где присос воздуха принимают из табл. 1 или 2.

Температура воздуха перед воздухоподогревателем должна предотвращать конденсацию водяных паров из газового потока на стенки труб и тем самым защищать воздухоподогреватель от низкотемпературной коррозии. Подогрев воздуха перед воздухоподогревателем за счет рециркуляции части горячего воздуха экономически целесообразен с 30 до 70 °С. Более высокий подогрев (до 80¸100 °С) осуществляют в калориферах.

Таблица 20.

Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель

Топливо	, ºС
Твёрдое, маловлажное, если Wp<20%
Твёрдое, умеренно влажное, если Wp= 20-40 %	45-50
Твёрдое влажное, если W p>40 %	50-60
Природный газ
Мазут малосернистый, когда Sp < 0,5 %
Мазут сернистый, когда Sp = 0,5-2,0 %	50-70
Мазут высокосернистый, когда Sp > 2,0 %	80-100

Тепловосприятие воздухоподогревателя по теплоносителю (по продуктам сгорания) имеет вид, кДж/кг, (кДж/м3):

(92)

где - энтальпия газов за водяным экономайзером (искомая величина), кДж/кг, (кДж/м3);

- энтальпия уходящих газов (определяют по табл. 4 для заданной температуры уходящих газов J_ух); численное значение в уравнениях 17 и 25 должно быть одинаково кДж/кг, (кДж/м3);

- энтальпия теоре­тического объема воздуха (определяется по табл.4 и температуре присасываемого воздуха , который через неплотности поверхности перетекает с воздушной стороны на газовую за счет разности статических давлений), кДж/кг, (кДж/м³).

Уравнение 92 решают относительно , кДж/кг, (кДж/м³):

. (93)

По табл. 4 для коэффициента избытка, воздуха за водяным экономайзером и известной определяют температуру газов за водяным экономайзером . Величины и используют в дальнейшем расчете.

1.2.3. Тепловосприятие водяного экономайзера определяют по уравнений теплового баланса теплоносителя (дымовых газов):

. (94)

1.3.Определяют невязку теплового баланса парового котла по формуле:

. (95)

Тепловосприятия поверхностей нагрева берут из уравнений теплового баланса: по формуле 83, по формуле 86, по формуле 94. КПД парового котла потери тепла , потери тепла от механической неполноты сгорания q₄, по данным разделов I и II.

Определение тепловосприятий поверхностей нагрева, граничных энтальпий и температур газов считают правильными, если невязка:

ΔQ^б£0,5· (Q^р_р/100), кДж/кг, (кДж/м³). (96)

т.е. не превышает 0,5 % от располагаемого тепла рабочего топлива.

В противном случае в расчетах допущена ошибка. Для того чтобы найти и устранить ошибку, прежде всего, проверяют правильность расчета энтальпий I_ух, I⁰_гв, I⁰_хв, и полезного тепловыделения в топке Q_т формуле 40, а также отсутствие арифметических ошибок при определении тепловосприятий поверхностей по балансу и энтальпий газов за каждой поверхностью I^"_гi (она должна совпадать с энтальпией газов перед следующей поверхностью I'г(i+1)).