Котельные установки и парогенераторы (стр. 3 из 6)
Дальнейший расчет тепловой схемы основывается на балансе тепло-ты Qгб, кДж/кг, переданной газами; и Qбср, воспринятой нагреваемой средой (перегретым паром и водой в экономайзере):
где Qгб = φ * (I' — I" + ΔαI0прс); Qбср = ΔiD/Вp; ΔαI0прс — количество тепло-ты, вносимое присасываемым воздухом, кДж/кг.
Пароперегреватель докритических параметров имеет ширмовые и конвективные поверхности нагрева, последние обычно разделены на две части по ходу пара: первая — противоточная, вторая — прямоточная (выходной пакет) с примерно одинаковым тепловосприятием (в выходном пакете Δiппвых = 160…200 кДж/кг).
Распределение теплоты между поверхностями нагрева обычно замы-кают на экономайзере, для которого из баланса определяют энтальпию воды на выходе i"эк и проверяют ее допустимость по возможному па-рообразованию хэк ≤ 15%, при этом
где i' — энтальпия воды при насыщении, кДж/кг; r — теплота испаре-ния, кДж/кг.
Результаты расчетов оформляются графически, как показано на рис. 1.3. Масштабы для построения графика выбираются произвольно с учетом удобства расположения поверхностей нагрева.
После расчета схемы нормами теплового расчета котлов рекомендуется проверить невязку теплового баланса
где Qрр — располагаемая теплота сгорания топлива, обычно Qрр = Qpн, кроме сланцев; ηк — коэффициент полезного действия котла. Допусти-мая невязка баланса (ΔQ/ Qрр) * 100 ≤ 0,5%.
Прямоточный котел имеет сложную гидравлическую схему. Поэтому целесообразно для него показать изменение состояния среды по пароводя-ному тракту, как это сделано применительно к агрегату с вторичным перегревом пара энергоблока 500 МВт (рис. 1 .4). Пароперегреватель вто-ричного пара полностью раз-мещен в конвективной шахте. В гидравлической схеме преду-смотрен паро-паровой теплооб-менник (ППТО), передающий теплоту радиационных поверх-ностей нагрева вторичному пару, имеющему только конвективный обогрев. Для упрощения тепловой схемы блока и для предохранения промежуточного пароперегревателя от пережога при растопке пакеты вторичного перегревателя размеща-ются в зоне умеренной температуры газов, не выше 800…840 оС при но-минальной нагрузке агрегата.
Рис. 1. 4. Изменение состояния нагреваемой среды СКД по тракту прямоточного котла.
В прямоточных котлах типа Рамзина на высокое давление органи-зуется переходная зона, обычно вынесенная в конвективную шахту, ку-да поступает пароводяная смесь с паросодержанием х = 0,7…0,8. В переходной зоне осуществляется не только доиспарение воды, но и неко-торый перегрев пара на 80…160 кДж/кг. Переходную зону выносят в область пониженных тепловых потоков в связи с ухудшенным внутрен-ним теплооЬменом. Вбда, поступающая из экономайзера в НРЧ, недо-гревается до состояния закипания на 120…160 кДж/кг во избежание парообразования при переменных нагрузках.
В прямоточных котлах на СКД переходная зона необязательна. Не-которое своеобразие в распределении приращений энтальпии по отдельным поверхностям нагрева получается из-за отсутствия фиксированных точек. Однако наличие зоны максимальной теплоемкости (3МT) с ухудшенным теплообменом требует размещения ее в области умерен-ных тепловых потоков, обычно в экранах СРЧ. Приращение энтальпии в экономайзере выбирается с учетом достаточности температурного напора на входном участке вторичного пароперегревателя. Перегрев первичного пара осуществляется в ВРЧ, ширмах и двух конвективных пакетах. Выходной пакет часто имеет приращение энтальпии около 100…125 кДж/кг.
Для мощных прямоточных котлов на СКД (к блокам 300 — 800 МВт) целесообразно принимать два независимо регулируемых потока рабочей среды. Это значительно упрощает регулирование перегрева и обеспечи-вает требования для более полного применения автоматизированной системы управления (АСУ).
2. ТЕПЛООБМЕН В ЭЛЕМЕНТАХ КОТЛА
2.1. Теплообмен в топочной камере.
Сложные физико-химические процессы, происходящие в топочных камерах, требуют создания методов расчета, достаточно полно отве-чающих реальным условиям теплообмена с учетом аэродинамики и го-рения. В настоящее время методы расчета радиационного теплообмена в топочных камерах развиваются по различным направлениям: эмпири-ческому, аналитическому, а также основанному на приложении теории подобия к топочным процессам.
Эмпирический метод сводится к установлению связей между переменными величинами, полученными в результате экспериментальных исследований. Недостаток этого метода заключается в невозможно-сти применения полученных зависимостей для других условий опыта, в трудности учета значительного числа факторов.
Аналитический метод заключается в решении систем уравне-ний, описывающих исследуемые процессы. Из-за большой сложности математического описания решение этих уравнений до недавнего вре-мени было невозможно без существенного упрощения многих факторов. Однако в связи с внедрением современных математических методов и средств вычислительной техники появляется возможность осуществле-ния поставленной задачи.
Сущность метода теории подобия базируется на анализе систем уравнений, описывающих процесс, на основании чего можно получить безразмерные критерии подобия. Конкретный вид зависимо-стей между критериями устанавливается в результате обработки экс-периментальных данных. Этот метод является синтезом аналитического и эмпирического методов.
В настоящее время получили распространение метод ЦКТИ, основанный на применении теории подобия, и метод ВТИ-ЭНИН, основанный на аналитических зависимостях. Поми-мо этих двух методов, включенных в нормативный метод расчета паро-вых котлов, разрабатываются расчеты топочных процессов, основан-ные на применении ЭВМ:
метод позонного расчета топочных камер с учетом выгорания топ-лива (ЦКТИ-ТКЗ);
зональный метод расчета, основанный на решении систем уравне-ний энергии для объемных и поверхностных зон в топочной камере (ВТИ);
метод математического моделирования комплексных процессов го-рения, аэродинамики и тепломассообмена в топочных камерах (МЭИ, ВТИ).
Существуют поверочный и конструкторский методы расчета топок. Для первого считаются известными геометрические характеристики то-почных камер и определяется температура продуктов сгорания на вы-ходе из топки. Для конструкторского метода расчета задается темпе-ратура на выходе из топки и определяются ее геометрические харак-теристики.
Рис. 2.1. Эскиз топочной камеры: Рис. 2.2. Угловые коэффициентыa) — при гранулированном шлакоудалении; для однорядного гладкотрубного экрана:
б) — вариант пода топки для жидкого 1 — с учетом излучения
шлакоудаления. обмуровки при е = 14d;
2 — то же при е = 0,8d;
3 — то же при е=0,5d;
4 — то же при е=0;
5 — без учета излучения обмуровки при е ≥ 0,5d.
На рис. 2.1 показана схема открытой призматической топочной камеры с гранулированным шлакоудалением и холодной воронкой (рис. 2.1,а) и как вариант — с жидким шлакоудалением (рис. 2.1,б).
Полная поверхность стен топочной камеры Fст определяется как сумма поверхностей, ограничивающих весь объем топки, причем все по-верхности, кроме боковой, определяются как
где li; — расчетная длина соответствующей стены, м; а — ширина топки, определяемая расстоянием между осями крайних экранных труб, м.
Объем топки определяется как
где Fб — боковая поверхность стены топки, м2.
Помимо полной поверхности стен топки, вводится понятие лучевос-принимающей поверхности топки Нл м2.
где Fплi — площадь соответствующей стены, занятой экраном, м2; xi— угловой коэффициент экрана, определяющий долю падающего на экран потока энергии от всего потока излучаемой энергии.
Площадь, занятая экраном, Fплi равна площади стены Fстi за вычетом неэкранированной части стены Fнэi, (за счет разводки экран-ных труб для горелок, гляделок, лазов и т. д.):
Угловой коэффициент экранов хi; зависит от их конструктивных ха-рактеристик: относительных шагов труб экрана s/d, расстояния оси труб от обмуровки е, числа рядов труб и т. д.
На рис. 2.2 показана зависимость коэффициента x от s/d и е для однорядного гладкотрубного экрана. Для холодной воронки и первого ряда труб в ширме (фестоне) принимается x = 1, так как вся падающая теплота полностью поглощается.
Отношение лучевоспринимающей поверхности стен к их полной поверхности называется степенью экранирования χ:
Помимо степени экранирования, вводится понятие тепловой эффек-тивности экрана и топки в целом.
Коэффициент тепловой эффективности экрана ψ, кроме углового коэффициента х, учитывает коэффициент загрязнения ζ, который определяет отношение тепловой эффективности загрязненно-го и чистого экранов