ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.10.2024
Просмотров: 81
Скачиваний: 0
(1160
Рис. 72. .Номограмма для определения коэффициента пере хода при перекрестном токе
/ — однократный перекрест; 2 — двукратный перекрест; 3 — трехкрат ный перекрест; 4 — четырехкратный перекрест
Если часть поверхности нагрева включена по прямотоку, а часть по противотоку и соблюдается условие Д£прям > 0,92 М прот, то средняя разность температур
. |
Д ^ п р я м + Д ^ п р о т |
> |
|
Д‘ср= |
- |
0 1 7 ) |
129
где А^прям и А/прот — средние разности температур, вычисленные по заданным начальным и конечным температурам теплообменивающихся сред для случаев прямотока и противотока.
В зависимости от конструктивной компоновки поверхности нагрева возможны одно-, двух- и трехкратный перекрестный ток (рис. 71). Цифрами указано количество перекрестных токов. Для перекрестного тока теплообменивающихся сред температурный напор вычисляют по
формуле |
А ^ с р = ф |
А /*,прот> |
(118) |
|
|
|
|||
где |
ф — коэффициент |
перехода |
от противоточной схемы к более |
|
|
сложной, определяемый по номограмме, приведенной на |
|||
|
рис. 72, в зависимости от двух безразмерных параметров: |
|||
|
Р |
И |
R = Тб. . |
|
|
|
h — h |
Тм |
|
|
тм — меньшая разность температур, |
°С; |
||
Ц, |
— начальные температуры теплообменивающихся сред, °С; |
|||
|
тб — полная разность температур той среды, для которой он |
|||
|
больше, °С. |
|
|
|
Рис. 73. Номограмма для определения коэффициента перехода при последовательно-смешанном токе
Для схем последовательно-смешанного тока величину коэффици ента перехода ф определяют по номограмме, приведенной на рис. 73, в зависимости от трех безразмерных определяющих параметров:
А |
Н п р я м |
|
Т2 |
Ті |
н |
р |
А ^2 |
и R -- > |
|
|
|
Т2 |
где # прям и Я — поверхность нагрева прямоточного участка и пол ная, м2;
%х и т 2 — полные разности температур теплообменивающихся сред, °С.
130
Г л а в а X I
ТЕПЛОВОЙ ра с ч ет ВОДОТРУБНЫХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ
§ 35. Компоновка и методика расчета парогенератора
Задание на тепловой расчет. Компоновка и тепловой расчет паро генератора взаимно связаны и должны быть выполнены в соответствии с техническим заданием на расчет парогенератора.
Основными, исходными данными для теплового расчета водотруб ного парогенератора являются:
требуемая паропроизводительность парогенератора D, кг/с; в том числе количество охлажденного пара £)охл, кг/с;
параметры перегретого пара за стопорным клапаном пароперегре вателя: 1) давление рпе, МН/м2; 2) температура /пе, °С;
температура охлажденного пара /охл, °С; температура питательной воды /п. в, °С; температура холодного воздуха /х. в, °С;
коэффициент полезного действия парогенератора при полной на грузке г|п, %; марка мазута.
Определение основных конструктивных элементов парогенератора. Перед выполнением теплового расчета необходимо определить основ ные конструктивные элементы и выполнить общую компоновку паро генератора. Компоновка производится с одновременным вычерчива нием теоретического чертежа. Для составления чертежа необходимо в первую очередь определить объем топки, а затем, выбрав размер коллекторов, разместить их на чертеже и приступить к построению трубной части конвективной поверхности нагрева.
Наиболее рациональной формой сечения топочной камеры является цилиндрическая, к которой и стараются приближаться при проекти ровании современных судовых парогенераторов.
Топочный объем
(119)
Линейный размер топки в первом приближении может быть найден по формуле
( 120)
Площадь топочного фронта
( 121)
Площадь сечения фурмы вычисляют по формуле
хаѴ^Вф
(1 2 2 )
131
где т — температурная поправка, учитывающая объемное расшире-
273 4- 1
ние воздуха: т = -----— ;
273
Вф — расход мазута форсункой, кг/с; №ф — скорость воздуха в фурме, принимаемая равной 20—40 м/с.
Диаметр фурмы рассчитывают по формуле |
|
гіФ= і / і = 1/Л" ^ - 1°3мм- |
(123) |
Расстояние между центрами фурм соседних форсунок принимают равным 2 с?ф, а от центра форсунок до труб испарительного пучка — не менее 0,5 с?ф + (400 -ъ- 500) мм.
Диаметр пароводяного коллектора выбирают по нагрузкам паро вого пространства и зеркала испарения, которые зависят от давления пара и паропроизводительности парогенератора, отнесенной к 1 м3 объема парового пространства или к 1 м2 площади зеркала испарения. Нагрузка парового объема составляет
|
Qv |
Dü" |
|
(124) |
|
|
V |
О |
|
||
|
|
|
|
||
где D — паропроизводительность, |
кг/с; |
|
|
||
ѵ” — удельный объем пара, м3/кг. |
|
|
|||
Нагрузка q0 для современных судовых парогенераторов составляет |
|||||
0,2 — 0,3 м3/(мэ-с), |
при которой |
|
обеспечивается высокое |
качество |
|
пара со степенью сухости 0,995. |
|
|
|
|
|
Выбрав значение |
qv, находят объем парового пространства из фор |
||||
мулы (124) и внутренний диаметр коллектора: |
|
||||
|
^вн V |
8 |
Ѵ„. о |
м. |
(125) |
|
|
|
|
|
|
Обычно диаметр |
находится в пределах |
1000— 1300 мм |
и оконча |
||
тельно уточняется после размещения трубной системы.
Диаметр водяного коллектора равен примерно половине диаметра пароводяного, но не менее 500 мм. Уточнив диаметр, проверяют воз можность размещения труб испарительного пучка на 3/4 длины верх ней полуокружности коллектора. Далее выбирают диаметр и шаг труб испарительной поверхности нагрева. Для улучшения циркуля ции первый притопочный ряд и боковой экран выполняют большего диаметра, чем остальные ряды.
Методика теплового расчета парогенератора. Тепловой расчет со стоит из двух частей: начальной и основной.
Начальная часть расчета включает: определение количества не обходимого для горения воздуха, объема и энтальпии продуктов сго рания; построение диаграммы і—1\ составление предварительного теп лового баланса; определение секундного расхода топлива, начальной энтальпии газов и основных конструктивных элементов парогенера тора, характеризующих его общую компоновку.
132
Восновную часть теплового расчета входит расчет теплопередачи
втопке, а также расчет конвективной и хвостовых поверхностей на грева, определение паропроизводительности и составление оконча тельного теплового баланса парогенератора.
Объем воздуха и продуктов горения вычисляют по формулам и ре комендациям, приведенным в гл,- VII. Эти расчеты удобно выполнить
вформе табл. I, приведенной в приложении.
Пользуясь табл. 2 (стр. 100) и табл. I, определяют энтальпию про дуктов сгорания по форме табл. II (см. приложение). По данным табл. II приступают к построению диаграммы і—t.
Составление предварительного теплового баланса и определение расхода топлива производят по рекомендациям и формулам гл. VIII. Эти предварительные расчеты удобно выполнить в форме табл. III (см. примерный расчет в приложении).
Для определения основных конструктивных элементов парогене ратора пользуются формой табл. IV (см. приложение).
При выполнении основной части расчета необходимо определить поверхность нагрева отдельных элементов парогенератора, чтобы вы чертить его трубную часть. Решить эту задачу можно, распределив тепло, передаваемое в парогенераторе, по отдельным поверхностям нагрева.
Полный тепловой поток, полезно использованный в парогенераторе,
определяют по формуле (58): |
|
|
Q. = Q |
— В |
Qpri . |
М |
|
р ^ н 'к |
На основании уравнения теплового баланса тепловой поток, пере данный продуктами сгорания поверхности нагрева пароводяного тракта, составит
Qk= M Q b.t- |
c. s)<h |
(126) |
где QB.х — тепловыделение в топке, |
Дж/кг; |
|
г'з э — энтальпия газов за поверхностью нагрева последнего эле мента пароводяного тракта, т. е. за водяным экономайзе ром, Дж/кг.
Из уравнений (58) и (126) получают зависимость для энтальпии га
зов на выходе из экономайзера |
|
= |
(127) |
Мощность теплового потока, необходимая дляподогрева |
питатель |
ной воды в экономайзере до заданной температуры, равна |
|
<3в.э = 0в.э(іэ.в—іп.в)- |
(128) |
Согласноосновному уравнению теплового балансамощность теп лового потока, переданнаягазами поверхности нагрева водяного эко номайзера, составляет
<2в.э=Яр(*п.э—»з.э)ф- |
(129) |
133
Из уравнений (128) и (129) определяют энтальпию газов перед во дяным экономайзером:
, = і , |
Р в . э 0'Э. В *п. в ) |
(130) |
|
б р ф |
|||
|
|
||
где гп. в, гэ. в — энтальпия |
воды перед и за экономайзером, Дж/кг; |
||
D B э — количество |
воды, протекающей через экономайзер, |
||
кг/с. |
|
|
|
Мощность теплового потока, необходимая для перегрева пара до заданной температуры, определяют из выражения теплового баланса
по паровой стороне |
|
|
|
Qne = |
0 B(tne- |
t x). |
(131) |
Уравнение теплового баланса по газовой стороне |
|
||
Qпе |
і^п. п |
^п. э) Ф- |
(132) |
Из уравнений (131) и (132) определяют энтальпию газов перед па роперегревателем:
„• |
__: |
I Р к One *х) |
/ 1 о о \ |
!п . п - (п .эі------- —---------• |
(133) |
||
|
|
ВрФ |
|
Мощность теплового потока, необходимая для подогрева воздуха до заданной температуры, равна:
Q b. п = В р & Ѵ о ЛСв ( / г. В tx. в). |
(134) |
Уравнение теплового баланса по газовой стороне:
<2в.п= М 1'з.э — *'у*)Ф- |
(135) |
Из |
уравнений (134) и (135) определяют энтальпию уходящих га |
|
зов, т. е. за воздухоподогревателем: |
|
|
|
аѴрЛс |
(136) |
|
Іух = із.э-------^ ( ^ г . в - ^ . в ) . |
|
По |
найденным значениям іп_п, іп. э, /3. э и іух, |
пользуясь диаграм |
мой, определяют для принятого коэффициента избытка воздуха тем
пературу |
газов |
в соответствующих |
элементах парогенератора tn n, |
tn э, t3_э, |
/ух. |
Полученные данные |
используют для окончательной |
компоновки конвективных поверхностей нагрева.
Задавшись температурой газов на выходе из топки /3 т или полу чив ее путем расчета, определяют по диаграмме і— t энтальпию газов
и рассчитывают поверхность нагрева |
испарительного пучка труб: |
|||
|
|
Н ,= В р і ^ З . т |
*"і) |
(137) |
|
|
Qi- |
|
|
где іі |
— энтальпия газов за расчетным пучком, Дж/кг; |
однопроточ |
||
qx — тепловая |
нагрузка поверхности нагрева. Для |
|||
q1 |
ных парогенераторов с мазутным отоплением |
принимают |
||
— 115-ІО3 |
Вт/м2 при внутреннем пароперегревателе и |
|||
qx = 75ІО3 Вт/м2 — при внешнем пароперегревателе.
134
Выбрав диаметры трубок и шаги, определяют число рядов, коли чество труб в одном ряду и компонуют поверхности нагрева. Таким же образом компонуют и остальные элементы.
Окончательный тепловой расчет производят в следующем порядке: рассчитывают топку, испарительную поверхность нагрева, паропере греватель, экономайзер и воздухоподогреватель. При наличии внут реннего пароперегревателя расчет испарительной поверхности нагрева разбивают на две части: расчет испарительного пучка до пароперегре вателя и за ним.
По результатам расчета составляют окончательный тепловой ба ланс в соответствии с § 41 настоящей главы.
§ 36. Расчет испарительных поверхностей нагрева
Расчет теплообмена в топке. Порядок расчета теплообмена в топке подробно изложен в § 34. Расчет удобно выполнять по форме табл.Ѵ (см. примерный расчет в приложении).
Расчет конвективной испарительной поверхности нагрева. Для
выполнения теплового расчета поверхности нагрева испарительных труб необходимо выбрать диаметр труб, относительное их располо жение (шахматное или коридорное), поперечный и продольный шаги и произвести их компоновку в пучки. В судовых парогенераторах наиболее приемлемым является шахматное расположение труб. Для судовых парогенераторов с мазутным отоплением применяют трубы диаметром 44,5 X 3,5; 44,5 X 3,0 и 29 X 2,5, 25 X 2,5 мм.
От величины шага труб зависят интенсивность теплообмена и ус ловия очистки наружной поверхности труб от сажи и золы. Для паро генераторов с мазутным отоплением рекомендуются следующие шаго вые отношения:
для первых рядов труб диаметром 44,5 X 3,0 мм
— = 2,0ч-2,1, |
1,2-4-1,3; |
для труб диаметром 29 X 2,5 мм |
|
— = 1,48ч-1,65, |
-^- = 1,3 -г-1,48, |
где tx, t%— поперечный и продольный шаги труб, мм.
Выбрав основные геометрические параметры пучка испарительных труб, приступают к тепловому расчету. Теплообмен в конвективном пучке испарительных труб рассчитывают по формулам, приведенным в § 33 и 34.
Расчет сводится к определению температуры газов за расчетным пучком и мощности теплового потока, переданного его поверхности нагрева, путем совместного решения уравнения теплового баланса:
(138)
135