Processing Math: Done

6.4 Повітропідігрівники

В парогенераторах використовують два види повітропідігрівників: рекуперативні; регенеративні.

Рисунок 6.12 – Трубчастий повітропідігрівник:
1 – труби; 2 – перепуск-ні короби;
3 – місце встановлення економайзера; 4 – компенсатор

Рекуперативні повітропідігрівники переважно трубчасті сталеві (рис. 6.12). Димові гази рухаються в трубках, а повітря – між трубами. Використовують труби діаметром Ø30…40 мм з товщиною стінки 1,2…1,5 мм. Розташування труб – шахове. Швидкості газів 10…14 м/с, повітря 6…8 м/с. Для отримання необхідної швидкості повітря встановлюють перегородки.

Для перепускання повітря з одного куба в інший встановлюють короби. Всі елементи з’єднані через температурні компенсатори.

Трубчасті повітропідігрівник простіше за конструкцією і надійніші в роботі.

Недоліком є велика відносна металоємність і відносні габарити.

Теплосприйняття повітропідігрівника, кДж/кг або кДж/м3

Qек=ÒÌ00пов:п+2ÁËпов:п+ÌрецÓÁ(І00пов:пÀІ0пов:п);   (6:2)
де β"пов.п – коефіцієнт надлишку повітря в повітропідігрівнику;
βрец – частка повітря, що рециркулює в повітропідігрівнику;
І'пов.п, І"пов.п – ентальпії повітря на вході і виході з повітропідігрівника, кДж/кг або кДж/м3;
Δαпов.п – частка присмоктування повітря в повітропідігрівнику.

Регенеративний повітропідігрівник (рис. 6.13) являє собою обер-товий барабан з набивкою з тонких металевих гофрованих пластин, що утворюють канали еквівалентного діаметра dе = 4…5 мм для проходу повітря і газів. В 1 м3 встановлюється 200…250 м2 теплообмінної поверхні.

Рисунок 6.13 – Регенеративний повітропідігрівник:
1 – вал ротора; 2 – підшипники;
3 – електродвигун; 4 – набивка;
5 – кожух; 6, 7 – ущільнення;
8 – витікання повітря

Барабан повільно обертається (2…6 об./хв.) в нерухомому корпусі. Він розділений на два сектори. В один безперервно поступають димові гази, в інший – повітря. Металева набивка поперемінно нагрівається від газів і охолоджується повітрям. Рух протитоковий.

Такі повітропідігрівники є компактними. Недоліком такої конструкції є перетікання повітря в газовий тракт, відповідне збільшення коефіцієнту надлишку повітря, втрат теплоти q2 і потужність димососа.

Крім того, обмежується температура повітря (до 300…350oС) через деформацію пластин.

Для підігріву повітря до 350…400oС температура газів на виході з котла повинна бути в діапазоні 140…150oС. Це економічно невигідно. Тому використовують двоступеневі схеми повітропідігрівників.



Контрольні запитання

  1. Як впливає температура газів на виході з топки на конструкцію котла?
  2. Чому в котлах низького тиску використовують кип’ятильні пучки?
  3. Поясніть методи підвищення ефективності екранних поверхонь.
  4. Поясніть конструкцію, особливості радіаційних та конвективних пароперегрівників?
  5. Поясніть переваги і недоліки методів регулювання температури пари.
  6. Поясніть різновиди та особливості конструкції економайзерів.
  7. Поясніть переваги і недоліки рекуперативних і регенеративних повітропідігрівників.

Приклади розв’язання задач


Приклад 6.1. Виконати конструктивний тепловий розрахунок пароперегрівника з параметрами: витрата пари 16 т/год, тиск в барабані 25 бар, тиск перегрітої пари 2,4 МПа, температура димових газів на вході 900oС, на виході – 700oС, ентальпія газів на вході 17 МДж/кг, на виході – 14 МДж/кг. Ширина газоходу 2,6 м, труби діаметром 32/26 мм розташовані коридорно в 16 рядів. Поперечний крок s1 = 60 мм, повздовжній s2 = 90 мм. Коефіцієнт теплопередачі 95 Вт/(м2·К), коефіцієнт збереження теплоти 0,95, витрата палива 0,55 кг/с. Присмоктувань в газоході немає.

Розв’язання

Теплосприйняття пароперегрівника з боку газів, кДж/кг

Qт=Á(I0гÀI00г)=0;95Á(17000À14000)=2850:

За допомогою таблиць води і водяної пари [3] визначимо ентальпію та температуру насиченої пари hнп = 2810 кДж/кг, tнп = 230oС.

Ентальпія перегрітої пари, кДж/кг

hпп=DQтÁBp+hн:п=16=3;62850Á0;55+2810=3163;7:

За ентальпією перегрітої пари і тиском за допомогою h-s діаграми визначимо температуру перегрітої пари tпп = 360oС.

Середньологаріфмічний температурний напір, oС

Át=ln°#0Àtпп#00ÀtкпÑ(#0Àtпп)À(#00Àtкп)=ln°700À230900À360Ñ(900À360)À(700À230)=504:

Площа поверхні пароперегрівника, м2

H=kÁÁtQтÁВр=95Á5042850Á0;55=32;8:

Кількість змійовиків по ширині вікна газоходу

z1=s1ШиpÀ1=2;50;06À1=42:

Середня довжина змійовика, м

L=HÙÁdзовÁz1=32;83;14Á0;032Á42=7;76:

Глибина пучка, м

l=z2Ás2=16Á0;09=1;44:

Середня висота газоходу, м

h=HdзовÁz1Áz2=32;760;032Á42Á16=1;52:

Приклад 6.2. Визначити площу поверхні сталевого економайзера котла ДКВР 10-13-250, температуру живильної води на виході з економайзера, якщо температура димових газів на вході 400oС, на виході – 200oС, ентальпія газів на вході 6420 кДж/кг, на виході 3680 кДж/кг. Теоретичний об’єм повітря V0 = 8 м3/кг, теплота згорання палива Qнp=18 МДж/кг. Втрати теплоти в котлоагрегаті: q2 = 8%; q3 = 0,5%; q4 = 1,1%; q5 = 1,3%; q6 = 0%. Коефіцієнт теплопередачі в економайзері 70 Вт/(м2·К), частка безперервної продувки 4%, присмоктування в газоході Δαпр. = 0,06. Температура живильної води на вході 80oС.

Розв’язання

Ентальпія холодного повітря, кДж/кг

I0хп=VÎÁ(C#пов)=8Á39=312:

ККД котлоагрегату за зворотним балансом, %

Ñ=100Àq2Àq3Àq4Àq5Àq6=100À8À0;5À1;3À1;1=89;1:

Коефіцієнт збереження теплоти

=1Àq5Ñ+q5=1À1;389;3+1;3=0;986:

Теплосприйняття економайзера, кДж/кг

Qт=Á°I0гÀI00г+ÁËпрÁI0хпÑ=0;986Á(6420À3680+0;06Á312)=2719:

За допомогою таблиць води і водяної пари визначимо ентальпію перегрітої пари, котлової та живильної води:

hпп = 2930 кДж/кг; hкв = 807,8 кДж/кг; hжв = 80 · 4,195 = 335,6 кДж/кг.

Витрата палива на котлоагрегат, кг/с

Bp=QpнÁÑкDÁ(hппÀhжв)+DÁpÁ(hквÀhжв)=18000Á0;891(10=3;6)Á(2930À335;6)+(10=3;6)Á0;04Á(807;8À335;6)=0;451:

Витрата живильної води, кг/с

Gжв=DÁ(1+p)=(10=3;6)Á(1+0;04)=2;88:

Ентальпія живильної води на виході з економайзера, кДж/кг

h0жв=GжвQтÁBp+hжв=2;882719Á0;451+335;6=527;6:

Температура, що відповідає такій ентальпії, складає близько 125 oС.

Середньологарифмічний температурний напір, oС

Át=ln°#00Àtжв#0Àt0жвÑ(#0Àt0жв)À(#00Àtжв)=ln°200À80400À125Ñ(400À125)À(200À80)=186;9:

Площа поверхні економайзера, м2

H=kÁÁtQтÁBp=70Á186;92719Á0:451Á103=93;7:

Приклад 6.3. Визначити розміри чавунного одноступеневого економайзера котла ДКВР 20-23-250, що працює на природному газі, якщо живильна вода в економайзері нагрівається від 100oС до 180oС. Температура димових газів на вході 400oС, на виході 180oС, теоретичні об’єми повітря і продуктів згорання V0 = 8 м3/м3, V0N2 м3/м3, V0H2O м3/м3, VRO2 м3/м3. Теплота згорання палива Qpн МДж/м3. Довжина економайзерної труби 3 м. ККД котла 93 %, частка продувки 3%. Швидкість газів в газоході 10 м/с. Середній коефіцієнт надлишку повітря 1,38.

Розв’язання

За допомогою таблиць води і водяної пари визначимо необхідні для розрахунку ентальпії, кДж/кг:

hпп = 2925; hкв = 830; hжв = 100 · 4,22 = 422; h'жв = 180 · 4,24 = 763,3.

Ентальпія холодного повітря, кДж/кг

I0хп=VÎÁ(c#)пов=8Á39=312:

Витрата живильної води, кг/с

Gжв=DÁ(1+p)=5;55Á(1+0;04)=5;72:

Середньологарифмічний температурний напір, oС

Át=ln°#00Àtжв#0Àt0жвÑ(#0Àt0жв)À(#00Àtжв)=ln°180À100400À180Ñ(400À180)À(180À100)=138:

Витрата палива на котлоагрегат, м3/с

Bp=QpнÁÑкDÁ(hппÀhжв)+DÁpÁ(hквÀhжв)=35000Á0;93(20=3;6)Á(2925À422)+(20=3;6)Á0;03Á(830À422)=0;43:

Визначимо теплосприйняття чавунного економайзера, кДж/м3

Qт=BpGжвÁ(h0жвÀhжв)=0;435;72Á(763;3À422)=4540:

За довідковими даними [5] для чавунного економайзера конструкції ВТИ при швидкості 10 м/с коефіцієнт теплопередачі складає 25 Вт/(м2·К).

Для труб довжиною 3 м площа поверхні нагріву однієї труби з боку газів складає Н1тр = 4,49 м2, площа живого перерізу для проходу газів – f = 0,184 м2.

Площа поверхні економайзера, м2

H=kÁÁtQтÁBp=25Á1384540Á0;43Á103=566;

Загальна кількість труб

nзаг=HH1тр=5664;49=126:

Теоретичний об’єм димових газів, м3/м3

Vг0=V0N2+V0H2O+VRO2=6;08+1;7+2;04=9;82:

Дійсний об’єм димових газів, м3/м3

Vг=Vг0+(ËÀ1)ÁV0пов=9;82+(1;38À1)Á8=12;86:

Секундна витрата димових газів, м3/с

Vc=BpÁVгÁ273°#г+273Ñ=0;43Á12;86Á273290+273=11;4:

Площа живого перерізу для проходу димових газів, м2

F=wVc=1011;4=1;14$:

Визначимо кількість трубок в ряді

n1ряду=fF=1;140;184=6;2:

В розрахунках приймаємо 6 труб.

Кількість рядів труб

nрядів=nзагn1ряду=6126=21:

В розрахунках приймаємо 21 ряд.

Визначимо ширину і висоту газоходу

h = 21 · 150 = 3150 мм, b = 6 · 150 = 900 мм.


Задачі для самостійної роботи


Приклад 6.4. Виконати перевірний тепловий розрахунок кип’ятильного пучка парового котла корисною потужністю 12 МВт. ККД котла 0,90. Наявна теплота, що вноситься в котел 40,3 МДж/кг. Температура газів на вході в кип’ятильний пучок 700oС, коефіцієнт надлишку повітря на вході 1,15, на виході 1,23. Пучок набраний з труби Ø51x2,5 мм, розташований в 52 ряди по 20 труб в ряду. Довжина труби 1,9 м. Коефіцієнт теплопередачі k. Коефіцієнт збереження теплоти 0,97. Теоретичний об’єм повітря і продуктів згорання, м3/кг: V0 = 10,5, V0N2 = 8,5, VRO2 = 1,5, V0H2O = =1,9. Тиск в барабані Рб.

Передостання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Рб, бар 10 14 18 22 26 30 34 38 42 44
Остання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
k, Вт/(м2·К) 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Приклад 6.5. Виконати конструктивний тепловий розрахунок та визначити розміри сталевого економайзера парового котла ТП-35. Температура газів на вході в економайзер 500oС, на виході 350oС. Ентальпія газів на вході 9500 кДж/м3, на виході 6800 кДж/м3. Присмоктувань немає. Згідно конструктивних характеристик ширина шахти 1,8 м. Труби Ø32/26 мм розташовані горизонтально в 24 ряди з поперечним кроком s1, повздовжнім 60 мм. Коефіцієнт теплопередачі k. Коефіцієнт збереження теплоти 0,96. Температура холодного повітря 30oС. Теоретичний об’єм повітря і продуктів згорання, м3/м3: V0 = 9,43, V0N2 = 7,46, VRO2 = 0,99, V0H2O = 2,13. Температура живильної води на вході в економайзер 100oС, витрата палива 0,85 м3/с.

Передостання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
s1, мм 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Остання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
k, Вт/(м2·К) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Приклад 6.6. Виконати конструктивний тепловий розрахунок та визначити розміри повітропідігрівника парового котла, якщо температура газів на вході в повітропідігрівник 300oС, на виході 200oС, коефіцієнт надлишку повітря в газах на вході 1,29, на виході 1,32. Згідно конструктивних характеристик гази проходять по n трубках Ø40x1,5 мм. Коефіцієнт теплопередачі 30 Вт/(м2К). Коефіцієнт збереження теплоти 0,99. Температура холодного повітря 30oС. Теоретичний об’єм повітря і продуктів згорання, м3/м3: V0 = 9,3, V0N2 = 7,0, VRO2 = 1,1, V0H2O = 2,2. Коефіцієнт витрати повітря β. Витрата палива 0,9 м3/с. Присмоктуванням знехтувати.

Передостання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
n , шт 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400
Остання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
β 1,02 1,04 1,06 1,08 1,1 1,12 1,14 1,16 1,18 1,20