Грин В.М. Система автоматизированного проектирования воздухоподогревателей энергетических котлов
Подождите немного. Документ загружается.
31
Расчет параметров дымовых газов и воздуха на входе и выходе ступени ТВП.
Расчет тепловосприятия поверхности нагрева ступени ТВП.
Уравнение теплового баланса для ступени ТВП [1]:
)(
2
вв
вв
ггб
HH
HH
HHQ
′
−
′′
⋅=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
′
′
+
′
⋅∆+
′′
−
′
⋅=
βαϕ
, кДж/кг (кДж/м
3
) (1.9)
где
б
Q
- тепловосприятие поверхности нагрева ТВП, кДж/кг (кДж/м
3
);
г
H
′
- энтальпия дымовых газов на входе в ступень ТВП, кДж/кг (кДж/м
3
);
г
H
′′
- энтальпия дымовых газов на выходе из ступени ТВП, кДж/кг (кДж/м
3
);
в
H
′
- энтальпия воздуха на входе в ступень ТВП, кДж/кг (кДж/м
3
);
в
H
′′
- энтальпия воздуха на выходе из ступени ТВП, кДж/кг (кДж/м
3
);
β
- средний коэффициент избытка воздуха в воздушном тракте ступени ТВП.
2
α
β
β
∆+
′′
=
(1.10)
Избыток воздуха по воздушной стороне на входе в ступень ТВП:
α
β
β
∆+
′′
=
′
(1.11)
Определение температур и энтальпий дымовых газов и воздуха при одноступенчатой
компоновке ТВП.
По заданным в исходных данных температурам воздуха
t
′
и
t
′′
по таблице 1.6
определяются энтальпии воздуха на входе
в
H
′
и выходе
в
H
′
′
ТВП.
По заданной в исходных данных температуре дымовых газов
ϑ
′′
по таблице 1.6
определяется энтальпия дымовых газов на выходе из ТВП
г
H
′
′
.
Тепловосприятие поверхности нагрева ТВП определяется из уравнения теплового
баланса (1.9):
)(
ввб
HHQ
′
−
′′
⋅=
β
, кДж/кг (кДж/м
3
) (1.12)
Энтальпия дымовых газов на входе в ТВП определяется из уравнения теплового
баланса (1.9):
ϕ
α
бвв
гг
QHH
HH +
′′
−
′
⋅∆−
′′
=
′
2
, кДж/кг (кДж/м
3
) (1.13)
По рассчитанной энтальпии дымовых газов
г
H
′
по таблице 1.6 определяется
температура дымовых газов на входе в ТВП
ϑ
′
.
Определение температур и энтальпий дымовых газов и воздуха в холодной ступени
при двухступенчатой компоновке ТВП.
По заданной в исходных данных температуре дымовых газов
ϑ
′′
по таблице 1.6
определяется энтальпия дымовых газов на выходе из холодной ступени ТВП
г
H
′
′
.
По заданной в исходных данных температуре воздуха
t
′
по таблице 1.6 определяется
энтальпия воздуха на входе в холодную ступень ТВП
в
H
′
.
32
Температура дымовых газов на входе в холодную ступень задается с последующей
проверкой [2]:
)6040(
1
K+
′
=
′
эк
t
ϑ
, °С (1.14)
где
эк
t
1
′
- температура питательной воды на входе в первую ступень экономайзера, °С.
По температуре дымовых газов
'
ϑ
по таблице 1.6 определяется энтальпия дымовых
газов на входе в холодную ступень ТВП
г
H
′
.
Энтальпия воздуха на выходе из холодной ступени ТВП определяется из уравнения
теплового баланса (1.9):
2
2
)(
α
ϕβ
α
ϕβϕ
∆
⋅−
′
⋅
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∆
⋅++
′′
−
′
⋅
=
′′
вгг
в
HHH
H
, кДж/кг (кДж/м
3
) (1.15)
Тепловосприятие поверхности нагрева холодной ступени ТВП определяется из
уравнения теплового баланса (1.9):
)(
ввб
HHQ
′
−
′′
⋅=
β
, кДж/кг (кДж/м
3
) (1.16)
По рассчитанной энтальпии воздуха
в
H
′
′
по таблице 1.6 определяется температура
воздуха на выходе из холодной ступени ТВП
t
′
′
.
Температура дымовых газов на входе в ступень в холодную ступени задана правильно,
если выполняется условие [2]:
)30(5,13,1
..
1
..
1
..
Сt
t
t
t
t
мин
ТВПстх
мин
эк
мин
ТВПстх
мин
эк
мин
ТВПстх
°≥∆∧
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
≤
∆
∆
∧
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∆
∆
≤
(1.17)
где
мин
ТВПстх
t
..
∆
- минимальный температурный напор в холодной ступени ТВП (на горячем
конце), ˚C;
tt
мин
ТВПстх
′′
−
′
=∆
ϑ
..
, ˚C (1.18)
мин
эк
t
1
∆
- минимальный температурный напор в первой по ходу воды ступени
экономайзера, ˚C.
эк
мин
эк
tt
11
′
−
′
=∆
ϑ
, ˚C (1.19)
Если условие (1.17) не соблюдается, задается новое значение температуры дымовых
газов на входе в холодную ступень ТВП
'
ϑ
по формуле (Б.14) и расчет повторяется.
Определение температур и энтальпий дымовых газов и воздуха в горячей ступени
при двухступенчатой компоновке ТВП.
По заданным в исходных данных температурам воздуха
t
′
и
t
′′
по таблице 1.6
определяются энтальпии воздуха на входе
в
H
′
и выходе
в
H
′
′
из горячей ступени ТВП.
По заданной в исходных данных температуре дымовых газов
ϑ
′
по таблице 1.6
определяется энтальпия дымовых газов на входе в горячую ступень ТВП
г
H
′
.
Тепловосприятие поверхности нагрева горячей ступени ТВП определяется из
уравнения теплового баланса (1.9):
33
)(
ввб
HHQ
′
−
′′
⋅=
β
, кДж/кг (кДж/м
3
) (1.20)
Энтальпия дымовых газов на выходе из горячей ступени ТВП определяется из
уравнения теплового баланса (1.9):
ϕ
α
бвв
гг
QHH
HH −
′′
−
′
⋅∆+
′
=
′′
2
, кДж/кг (кДж/м
3
) (1.21)
По рассчитанной энтальпии дымовых газов
г
H
′
′
по таблице Б.7 определяется
температура дымовых газов на выходе из горячей ступени ТВП
ϑ
′
.
Определение коэффициента кинематической вязкости, коэффициента
теплопроводности и критерия Прандтля для потока дымовых газов и потока
воздуха.
Средняя температура потока дымовых газов:
2
ϑ
ϑ
ϑ
′
+
′
=
, ˚C (1.22)
Средняя температура потока воздуха:
2
tt
t
′′
+
′
=
, ˚C (1.23)
Коэффициент кинематической вязкости потока воздуха
в
ν
определяется по таблице
1.10 в зависимости от средней температуры потока воздуха
t
.
Коэффициент теплопроводности потока воздуха
в
λ
определяется по таблице 1.10 в
зависимости от средней температуры потока воздуха
t
.
Критерий Прандтля для потока воздуха
в
Pr
определяется по таблице 1.10 в
зависимости от средней температуры потока воздуха
t
.
Коэффициент кинематической вязкости потока дымовых газов [1]:
ν
ν
ν
M
сргг
⋅=
.
, м
2
/с (1.24)
где
срг.
ν
- коэффициент кинематической вязкости потока дымовых газов среднего состава
(
11,0
2
=
OH
r
), м
2
/с; определяется по таблице 1.10 в зависимости от средней температуры
потока дымовых газов
ϑ
;
ν
M
- поправочный коэффициент, учитывающий отклонение кинематической вязкости
дымовых газов заданного состава от кинематической вязкости дымовых газов среднего
состава; определяется по рисунку 1.14 в зависимости от средней температуры потока
дымовых газов
ϑ
и объемной доли водяных паров в потоке дымовых газов
OH
r
2
.
Коэффициент теплопроводности дымовых газов [1]:
λ
λ
λ
M
сргг
⋅=
.
, Вт/(м×К) (1.25)
где
срг.
λ
- коэффициент теплопроводности дымовых газов среднего состава, Вт/(м×К);
определяется по таблице 1.10 в зависимости от средней температуры потока дымовых
газов
ϑ
;
34
λ
М
- поправочный коэффициент, учитывающий отклонение теплопроводности дымовых
газов заданного состава от теплопроводности дымовых газов среднего состава;
определяется по рисунку 1.13 в зависимости от средней температуры потока дымовых
газов
ϑ
и объемной доли водяных паров в потоке дымовых газов
OH
r
2
.
Критерий Прандтля для потока дымовых газов [1]:
Pr.
PrPr M
сргг
⋅=
, (1.26)
где
срг.
Pr
- критерий Прандтля для дымовых газов среднего состава; определяется по
таблице 1.10 в зависимости от средней температуры потока дымовых газов
ϑ
;
Pr
M
- поправочный коэффициент, учитывающий отклонение критерия Прандтля для
дымовых газов заданного состава от критерия Прандтля для дымовых газов среднего
состава; определяется по рисунку 1.14 в зависимости от объемной доли водяных паров в
потоке дымовых газов
OH
r
2
.
Таблица 1.10 - Физические характеристики дымовых газов и воздуха [1]
t, ˚С
6
10
в
ν
⋅
м
2
/с
2
10
⋅
в
λ
Вт/(м×К)
в
Pr
6
.
10
⋅
срг
ν
м
2
/с
2
.
10⋅
срг
λ
Вт/(м×К)
срг.
Pr
0 13,6 2,42 0,7 11,9 2,27 0,74
100 23,5 3,18 0,69 20,8 3,12 0,7
200 35,3 3,89 0,69 31,6 4 0,67
300 48,9 4,47 0,69 43,9 4,82 0,65
400 63,8 5,03 0,7 57,8 5,68 0,64
500 73,2 5,6 0,7 73 6,54 0,62
600 98 6,14 0,71 89,4 7,4 0,61
700 116 6,65 0,71 107 8,25 0,6
800 136 7,12 0,72 126 9,13 0,59
900 157 7,59 0,72 146 9,99 0,58
1000 179 8,03 0,72 167 10,87 0,58
1100 202 8,44 0,72 188 11,72 0,57
1200 226 8,85 0,73 211 12,53 0,56
1300 247 9,24 0,73 234 13,46 0,55
1400 277 9,63 0,73 258 14,38 0,54
1500 300 10 0,73 282 15,31 0,53
1600 331 10,36 0,74 307 16,24 0,52
1700 355 10,72 0,74 333 17,28 0,51
1800 390 11,08 0,74 361 18,1 0,5
35
1900 415 11,43 0,74 389 18,91 0,49
2000 445 11,83 0,74 419 19,84 0,49
2100 478 12,06 0,75 450 20,65 0,48
2200 511 12,41 0,75 482 21,58 0,47
Рисунок 1.12 - Определение поправочного коэффициента
ν
M
[1]
Рисунок 1.13 - Определение поправочного коэффициента
λ
М
[1]
36
Рисунок 1.14 - Определение поправочного коэффициента
Pr
M
[1]
Расчет основных конструктивных характеристик ступени ТВП.
Поперечный шаг теплообменных труб в шахматном пучке (рисунок 1.15):
dS ⋅=
11
σ
, м (1.27)
где
d
- наружный диаметр теплообменных труб, м.
Продольный шаг теплообменных труб в шахматном пучке (рисунок 1.15):
dS ⋅=
22
σ
, м (1.28)
Внутренний диаметр теплообменных труб:
δ
⋅−= 2dd
вн
, м (1.29)
где
δ
- толщина стенки теплообменных труб, м.
S
1
S
2
d
п о т о к в о з д у х а
Рисунок 1.15 - Шахматный пучок
37
a
к . ш
b
к . ш
S
м / к у б
S
2
/ 2
S
1
/ 2
Рисунок 1.16 - Компоновка ТВП при однопоточной схеме подвода воздуха
38
b
к
b
к . ш
a
к . ш
S
м / к у б
S
1
/ 2
S
2
/ 2
Рисунок 1.17 - Компоновка ТВП при двухпоточной схеме подвода воздуха
Глубина воздухопровода при двух поточной схеме подвода воздуха (если данный
параметр не задан в исходных данных) [2]:
273
)273(
.
0
⋅⋅
+⋅⋅⋅
=
кшк
вр
н
к
к
wa
tBV
b
β
, м (1.30)
где
к
β
- средний коэффициент избытка воздуха в воздухопроводе;
39
1;
;
(2;
;
;);
ст
к
ст
к
к
если НТ
то
иначе если НТ
то
иначе
ββ
ββ
ββ
=
=
=
′′
=
′
=
(1.31)
к
t
- средняя температура воздуха в воздухопроводе, ˚С;
1;
;
(2;
;
;);
ст
к
ст
к
к
если НТ
то tt
иначе если НТ
то tt
иначе tt
=
=
=
′′
=
′
=
, ˚С (1.32)
Количество теплообменных труб в одном ряду по ширине потока воздуха без учета
деления ТВП по ширине конвективной шахты на отдельные кубы:
.
1
1
1
кш
a
n
S
∗
=−
(1.33)
Значение
1
n
∗
округляется до ближайшего меньшего по модулю целого числа.
Количество рядов теплообменных труб вдоль потока воздуха:
.
2
2
..2
2
2
1;
1;
2
21;
2
пот
кш
доп
кш к трд
если НТ
b
то n
S
bb L S
иначе n
S
=
=−
⎛⎞
−−⋅ −
=⋅ +
⎜⎟
⎜⎟
⋅
⎝⎠
(1.34)
Значение
2
n
округляется до ближайшего меньшего по модулю целого числа.
Количество теплообменных труб в ступени ТВП:
2
2
1
22
11
;
(2 1) ;
2
11
(1) 1;
22
тр
тр
если n четное
n
то nn
nn
иначе nn n
∗∗
∗∗ ∗
=⋅−⋅
−−
⎛⎞
=⋅−+ +⋅
⎜⎟
⎝⎠
(1.35)
Площадь живого сечения для прохода газов в ступени ТВП:
2
4
вн
гтр
d
f
n
π
∗∗
⋅
=⋅
, м
2
(1.36)
40
Вспомогательный параметр
1
р
НТ
=
.
Определение расчетной скорости потока дымовых газов и расчетной скорости
потока воздуха в ступени ТВП.
Расчетная скорость потока дымовых газов в ступени ТВП:
1;
(273)
;
273
(273)
;
273
р
н
рг
г
г
н
рг
г
зад
г
если НТ
BV
то w
f
BV
иначе w
f
ϑ
ϑ
∗
=
⋅⋅+
=
⋅
⋅⋅+
=
⋅
, м/с (1.37)
Расчетная скорость потока воздуха в ступени ТВП:
0
1;
0,5 ;
(273 )
;
273
р
вг
н
р
в
зад
в
если НТ
то ww
VB t
иначе w
f
β
=
=⋅
⋅
⋅⋅ +
=
⋅
, м/с (1.38)
Расчет величины золового износа теплообменных труб.
Золовой износ теплообменных труб ТВП [1]:
3
0,041
37
w
гз
D
к
Jaк wkе
к
β
µ
µτ
⋅
⎛⎞
=⋅⋅⋅⋅⋅ ⋅ ⋅⋅
⎜⎟
⎝⎠
, мм (1.39)
где
a
- коэффициент абразивности золы, м
2
/Н;
µ
к
- коэффициент, учитывающий неравномерность концентрации золы; для встроенного
в конвективную шахту трубчатого воздухоподогревателя
6,1
=
µ
к
;
µ
- концентрация золы в продуктах сгорания, г/м
3
;
273
273
10
+
⋅
⋅⋅
=
ϑ
µ
н
г
ун
r
V
aA
(1.40)
τ
- расчетный ресурс теплообменных труб, ч;
w
к
- коэффициент, учитывающий неравномерность поля скоростей дымовых газов; для
встроенного в конвективную шахту трубчатого воздухоподогревателя
45,1=
w
k
[1];
D
к
- коэффициент, учитывающий отношение расчетной скорости дымовых газов при
номинальной нагрузке котла к скорости при среднеэксплуатационной нагрузке [1];