Выбор скоростей газов и рабочей среды в конвективных поверхностях нагрева
Наивыгоднейшей скоростью газов является такая, при которой получаются наименьшие расходы на сооружение и эксплуатацию данной поверхности нагрева. С повышением скорости газов увеличивается коэффициент теплопередачи, поэтому размер и стоимость поверхности снижаются. Уменьшение размеров поверхности нагрева приводит к снижению гидравлического сопротивления при движении рабочей среды внутри труб (пара, воды, пароводяной смеси), что дает выигрыш в мощности питательных насосов (при расчете перегревателей и экономайзеров) и повышение мощности турбины (при сокращении сопротивления промежуточного перегревателя). С другой стороны, растут расходы энергии на преодоление увеличившихся сопротивлений газового тракта.
Нахождение оптимальной скорости газов выполняют по методике технико-экономических расчетов в энергетике. Наиболее экономичным вариантом будет тот, для которого расчетные затраты 3, руб/год, будут минимальными:
3=С+раК, (20.56)
Где /С —единовременные капитальные вложения, руб.,
Эл ам, (20.57)
С — ежегодные расходы, связанные с эксплуатацией оборудования, руб/год; ра — нормативный коэффициент ежегодных отчислений от капитальных вложений (для расчетов в энергетике его принимают равным 0,15 1/год); /Сэл, /Сдмс — стоимость рассматриваемого элемента газового тракта и дымососной установки, руб.; Д/Сзам — стоимость замещающей дополнительной мощности для обеспечения постоянной выработки энергии в системе, руб.
Рассчитанные по этой методике (ЦКТИ) скорости газов называют экономическими w3K - Так, для паровых котлов с уравновешенной тягой при стоимости условного топлива 10— 12 руб/т экономические скорости газов, м/с, в перегревателях и экономайзере для шахматных пучков труб при номинальной нагрузке составляют;
Для труб из стали 20 (экономайзер)............................... 13+2
Для труб из перлитной стали (пароперегреватель) 12+2
То же (промежуточный перегреватель)......................... 19+2
Для труб из аустенитной стали (пароперегреватель) 19+2
Для коридорных труб wSK на 40% выше.
Вместе с тем при сжигании твердого топлива в большинстве случаев не удается достичь этих скоростей из-за золового износа труб (см. гл. 16).
|
Зоздухолодогреваюель |
|
Параперегревашель |
|
Рис. 20.9. Основные схемы взаимного движения греющей и нагреваемой сред в конвективных элементах котла. |
Интенсивность теплообмена и поверхность нагрева в воздухоподогревателе равно зависят как от скоростей газов, так и от скорости воздуха, поскольку значения коэффициентов теплоотдачи со стороны обеих сред достаточно близки, особенно в аппаратах регенератив-
У опт
|
Ч |
||||
|
Ч |
||||
|
Ч ^ |
1 |
|||
|
Ч |
Ч |
|||
|
Ч Г/П |
Ч Ч Ч |
|
Рис. 20.10. Оптимальное соотношение скоростей воздуха и газов в воздухоподогревателях. 1 — при отношении теп - лоемкостей Св/сг=1; 2 — то же при с /с =0,9. |
|
1,0 1,2 1,1 1,6 1,8 г, о |
НОГО типа. Поэтому прежде всего определяют наивыгоднейшее отношение скоростей фопт = =wB/wr. На рис. 20.10 показано изменение Фопт в зависимости от отношения объемов газа и воздуха и их теплоемкостей в регенеративном воздухоподогревателе.
Выполненные расчеты показали, что ф0пт зависит от типа воздухоподогревателя. Так, для трубчатых воздухоподогревателей ф0пТ= =0,4-И),55 при оптимальной скорсти газов и'ак=11±2 м/с, а для регенеративных воздухоподогревателей фопг = 0,86+0,92 при шэк = =10±1 м/с [61].
Скорости рабочей среды (пара, воды) не оказывают существенного влияния на интенсивность теплообмена и размеры поверхности нагрева, так как наибольшее термическое сопротивление создается со стороны греющих газов.
Скорости пара в перегревателях должны обеспечить надежные условия работы металла, что в конечном итоге определяет стоимость поверхности нагрева. Можно выделить три характерных вида перегревателей, требующих разного подхода к выбору скоростей [11].
|
T,0 А, де а,9г 0,88 0,84 О, ВО |
1. Выходные пакеты основного и промежуточного перегревателей, размещенные в области высоких температур газов и имеющие наивысшие температуры пара. В них за счет скорости пара обеспечивается надежное охлаждение стенок труб и не допускается в любом режиме работы увеличение температуры металла выше предельного для принятой марки стали. Потеря давления здесь играет второстепенную роль. К этой группе следует отнести также радиационные и полурадиационные (ширмовые) перегреватели, воспринимающие наиболее высокие тепловые потоки за счет прямого излучения из топки при высокой степени их неравномерности по ширине топки.
2. Конвективные перегреватели, расположенные в зоне температур газов ниже 1000°С и охлаждаемые паром умеренного перегрева. Они имеют определенный запас надежности по металлу. Здесь оптимальная скорость пара в основном определяется конструкцией перегревателя н минимумом расчетных затрат на пакет (уменьшение скорости пара требует увеличения числа труб пакета или изменения их диаметра, что ведет к большой громоздкости и росту его стоимости).
3. Пакеты промежуточного перегревателя, находящегося в области умеренных температур газов (450— 600°С) — их оптимизации производится с учетом влияния скорости пара на размер поверхности нагрева и на изменение гидравлического сопротивления перегревателя, рост которого снижает мощность турбины.
Практические рекомендации сводятся к нормированию массовых скоростей пара для различных поверхностей нагрева wp, кг/(м2-с). Так, в выходных конвективных пакетах перегревателей рекомендуется w р= —800н-1100 кг/(м2-с), а для остальных пакетов 450—600 кг/(м2-с). В пакетах промперегревателя достаточна w р—250-*- 400 кг/(м2•с).
Скорсть воды в конвективных экономайзерах выбирают, исходя из того, чтобы предотвратить расслоение пароводяного потока в случае вскипания воды, обеспечить снос вдоль труб выделяющихся при нагреве воды пузырьков газов. В то же время следует учитывать, что с ростом скорости воды заметно растут гидравлическое сопротивление и затраты энергии питательного насоса. Обычно принимают дор=500-*-600 кг/(м2-с), а взоне экономайзера, где происходит частичное испарение воды (кипящая часть экономайзера), иф=800-^-900 кг/ (м2 • с).
