Поверочно-конструкторский расчет пароперегревателя

2.1. Целью поверочно-конструкторского расчета пароперегревателя является определение расчетной 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 (расчетную) величину поверхности нагрева пароперегревателя, сравнивают ее с заданной по чертежу и принимают решение о внесении конструктивных изменений в поверхность.

2.2. По чертежам парового котла составляют эскиз пароперегревателя в двух проекциях на миллиметровой бумаге в масштабе 1:25 или 1:50 (по согласованию с руководителем) и схему движения пара. На эскизе указывают все конструктивные размеры поверхности. Пример эскиза приведен на рис. 10

2.2.1. По чертежам, эскизу и данным из таблицы 4 в приложении составляют табл.21 конструктивных размеров и характеристик пароперегревателя, определяют фактические (по чертежу) поверхности нагрева, площади живых сечений для прохода газов и пара как для отдельных ступеней поверхности, так и в целом для всего пароперегревателя. Целесообразность разделения пароперегревателя на ступени обычно определяют характером взаимного движения сред (газов и пара) и размещением между ступенями пароохладителей. Нумерация ступеней в указаниях ведется по ходу газа. Поверхность нагрева для каждой ступени пароперегревателя определяют по наружному диаметру труб, полной длине змеевика (с учетом гибов) l_i и числу труб в ряду (поперек газохода) z₁ . В нее включают также поверхность труб, приникающих к обмуровке, называемую дополнительной, которую определяют как произведение площади стены F_ст, занятой этими трубами, на угловой коэффициент х, определяемый по номограмме 1 (рис.7 в приложении) на основании соотношений S₁/dи e/d, причем e/d≈t/d=0,5.

Таким образом, с учетом особенностей конструкции пароперегре­вателей поверхность нагрева каждой ступени определяют по формуле

F_iпе=z₁ⁱ·d_i·p·l_i + Fст_i·x, (97)

Рисунок 10 – Эскиз пароперегревателя парового котла Е-35-40

2.2.2. Глубину газового объема до пучка каждой ступени l_iоб и глубину пучка ступени l_iп определяют по рекомендациям раздела III.

Поперечный шаг в пределах каждой ступени пароперегревателей на рис. 10 не изменяется и потому совпадает со средним его значением.

Средний продольный шаг для каждой ступени определяют расчетом по формуле:

S₂ⁱ=l_iп/(zⁱ-1), (98)

Средние шаги (поперечный или продольный) для пароперегревателя в целом определяют по формуле:

S_i^ср=(S'·F_1пе+S_i"·F_2пе)/(F_1пе+F_2пе), (99)

По средним значениям шагов для пароперегревателя в целом S₁^ср и S₂^ср и среднему диаметру d^ср рассчитывают эффективную толщину излучающего слоя S, м. (раздел III).

2.2.3. Нередко в первой и второй ступенях пароперегревателя диаметры труб не одинаковы. Тогда определяют средний диаметр (наружный и внутренний) труб для пароперегревателя в целом по формуле:

d^ср=(F_1пе+F_2пе)/(F_1пе/d₁+F_2пе/d₂), (100)

По средним значениям шагов и диаметров находятих средние относительные значения для перегревателя в целом.

Таблица 21.

Конструктивные размеры и характеристики пароперегревателя по чертежам и данным из табл. 4 в приложении.

2.2.4. Площадь живого сечения для прохода газов при поперечном омывании газами пароперегревателя определяют на входе и выходе для каждой ступени (рис.10), а затем их усредняют. Если сечение входа F_вх и F_вых отличаются не более чем на 25%, то средние площадь сечения находят как среднеарифметическое, если же отличаются более чем на 25%, то усредняют по формуле 77 (раздел IV)

Площадь живого сечения на входе и выходе определяют по формуле:

F_i= a_i·b – z₁ⁱ·d_i·l_iпр, (101)

гдеa_i- высота газохода на входе в ступень и на выходе из нее, принимаемая в плоскости, проходящей через оси первого и последнего ряда труб м.; l_iпр- длина проекции первого или последнего ряда труб на соответствующую (входную или выходную) плоскость сечения, м. Необходимо иметь в виду, что l_1пр£ a_i; b - ширина газохода (между обмуровкой боковых стен), м.; z₁ⁱ - число труб в ряду для рассматриваемого сечения; d_i - наружный диаметр труб соответствующей ступени, м.

Площадь среднего живого сечения для прохода газов перегревателя в целом получают усреднением живых сечений ступеней по формуле (м²):

F^ср=(F₁+ F₂)/[(F'₁/F₁^ср)+(F'₂/F₂^ср)], (102)

Площадь среднего живого сечения для прохода пара для каждой ступени определяют по формуле (м²):

f_i = m_i·p· d² _{i вн}/4, (103)

Среднее его значение f^ср для перегревателя в целом рассчитывают по формуле, аналогичной (102).

2.3. Составляют таблицу исходных данных для поверочно-конструкторского теплового расчета пароперегревателя (табл. 22).

Средний удельный объем пара находят с использованием [1, 8] по удельным объемам пара в состоянии насыщенияυ_н при давлении в барабане Р_б и перегретого пара υ_пе при его температуреt_пеи давлении после пароперегревателяР_пепо формуле

υ_ср=( υ_н + υ_пе)/2, (104)

Все остальные величины были определены в предыдущих разделах.

2.3.1. Коэффициент теплопередачи определяют для перегрева­теля в целом по средним значениям необходимых величин из табл. 21,22 в соответствии с указаниями раздела III.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для всех схем пароперегревателей определяют по формуле (61), соответствующим номограммам и поправкам на l_об и l_п, рекомендованным в разделе III; средняя температура газов J=( J"_ф + J"_пе)/2.

Таблица 22.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к паруa₂ определяют по рекомендациям раздела III при средних значениях давления(Р_б+Р_пе/2),температуры (t_б+t_пе/2) и скорости пара w_п^ср:

w_п^ср= υ_ср·D_пе/f^ср, (105)

2.3.2. Температурный напор определяют в целом для всего пароперегревателя (раздел III).

Рекомендуемый в курсовом проекте метод определения среднего температурного напора для перегревателя в целом значительно сок­ращает объем расчетов (по сравнению с расчетом по ступеням), а вносимая при этом погрешность (в основном, за счет изменения тем­пературы пара в пароохладителе, установленном между ступенями) не оказывает серьезного влияния на результат теплового расчета.

Таким образом, на границах поверхности перегревателя в целом определяют больший и меньший температурные напоры (.как для чистого противотока) Δt'=J"_ф- t_пе и Δt"=J"_пе- t_н. Из значений Δt' и Δt" выбирают большие и меньшиеΔt_б' и Δt'_м и ведут расчет по формулам раздела III.

Поправочный коэффициент Ψ определяют по номограмме12 рис. 21 в приложении. В пароперегревателях с последовательно смешанным током (рис.10) Ψ определяют из номограммы 12 по безразмерным параметрамA, P, R. Указанные параметры рассчитывают по формулам:

A=F_прм/F, (106)

P=( t_пе- t_н)/(J"_ф-t_н), (107)

R=(J"_ф- J"_пе)/(t_пе- t_н), (108)

где F_прм — поверхность нагрева прямоточной ступени пароперегревателя, м²;

F — суммарная поверхность нагрева пароперегревателя, м².

2.4. Определяют расчетную поверхность пароперегревателя по уравнений теплопередачи (раздел III):

F_пе^р=Q_пе^к·B_р/K·Δt, (109)

и сравнивают с исходной поверхностью, изображенной на чертежах, эскизе, таблице 4 в приложении и указанной в табл.21.

Если невязка между этими поверхностями нагрева те превышает ±2%, то никаких конструктивных изменений не вносят.

Если невязка ±[(F_пе^р-F_пе)/F_пе^р ]·100 > 2%,то необходимо соответст­венно увеличить или уменьшить число петель змеевика, как прави­ло , в выходном газоходе пароперегревателя, но их не следует выдвигать из горизонтального газохода в поворотную камеру более чем на треть глубины конвективной шахты. (Если в указанных габаритах конструктивная поверхность не размещается, ее развивают в кон­вективной шахте.).

Следует иметь в виду, что в "сдвоенной" петле змеевиков че­тыре ряда труб - для перегревателей на рис.10. Поэтому число петель n, которое необхо­димо разместить дополнительноили, наоборот, вырезать, определя­ют по формулам:

для пароперегревателе на рис. 10:

n ≈ ± (F_пе^p-F)/4·p·d_i·z₁ⁱ·a_i, (110)

где d_iz₁ⁱa_i - соответственно наружный диаметр труб, м; число труб в ряду; высота газохода (м) в той ступени пароперегревате­ля, поверхность которой изменяют.

Полученное числоn округляют до ближайшего целогоn.

Следует иметь в виду, чтоn должно быть числом целым, поэто­му выполненная конструктивная поверхностьF^p_k может немного не сов­падать с расчетной F^p. Изменения в компоновке пароперегревате­ля изображают на эскизе и чертеже.