Паровые котлы ТЭС

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).

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

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].

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).