13. Расчет ширмового пароперегревателя.

Рис.8 Схема ширмового пароперегревателя

1 – ширмы;

2 – входной коллектор;

3 – выходной коллектор;

4 – входная сборная камера ширмового пароперегревателя;

5 – выходная сборная камера ширмового пароперегревателя;

Ширмовые пароперегреватели обычно представляют собой систему труб, образующих плоские плотные ленты с входными и выходными коллекторами. Вертикальные ширмы размещают на расстоянии 600 — 1000 мм одна от другой. Ширмы подвешиваются своими коллекторами. Основные преимущества ширм - сочетание лучистого и конвективного теплообмена, что обеспечивает им высокую тепловую эффективность при незначительном сопротивлении с газовой стороны. Ширмовые пароперегреватели воспринимают до 50% теплоты, идущей на перегрев. Размягченные частицы золы непрерывно налипают на ширмы и затвердевают на трубах. Но вследствие вибрации труб ширмы самоочищаются, и отложения не достигают большой толщины. Лишь в случае сильношлакующих топлив могут образоваться плотные отложения. Недостаток вертикальных ширм с верхним расположением коллекторов - недренируемость. По длине и конфигурации трубы ширм резко различаются между собой. Параллельно включенные трубы обогреваются неодинаково. Особенно сильному обогреву по сравнению с остальными подвержены лобовые трубы. Все это приводит к тому, что наиболее аварийными оказываются внешние трубы ширм. Повышение надежности ширм достигается изготовлением одной или нескольких наиболее теплонапряженных труб из более жаропрочной стали или большего диаметра, закорачиванием внешних труб, защитой внешних труб обрамляющими трубами другой, более низкотемпературной поверхности нагрева.

Обычно ширмовые поверхности выполняются из гладких труб. На ряде станций опробованы мембранные ширмы из плавниковых труб. Они меньше шлакуются, легче очищаются от наружных загрязнений, трубы ширм не выходят из ранжира.

№	Рассчитываемая величина	Обозна-чение	Размер-ность	Формула или обоснование	Расчет
1	Диаметр и толщина труб	d˟δ	мм	По прототипу	32˟4
2	Число ширм	nш nл	-		14
3	Число труб в ленте	nтр	-	Проверяем из условия что ωρ = Dш / (0.785*d^2вн*nш*nтр/zx^n) = 89.89 / (0.785*0.024^2*14) = 1420 кг/(м^2*с)	20
4	Число ходов пара в ширмах	zx	-		2
5	Поперечный шаг ширм	S1	мм	S1 = a / (nш+1) = 9024/(14+1) = 600	600
6	Продольный шаг труб в ленте	S2	м	S2 = d+(0.003÷0.004) = 0.032+0.003 = 0.035	0.035
7	Относительный поперечный шаг	σ1	-		18.75
8	Относительный продольный шаг	σ2	-		1.094
9	Высота	hш	м	----	7.392
10	Глубина ширм по ходу газов между крайними образующими	c	м	c = ((nтр-1)*2*S2+1.5*d)=((20-1)*0.035*2+1.5*0.032) = 1.442	1.442
11	Угловой коэффициент шрим	χш	-	Рис. 5.19а	0.94
12	Расчетная поверхность нагрева ширм	Fш	м^2	Fш =2hшсnшχш = 2*7.392*1.442*14*0.94= 563.05	280.55
13	Дополнительная поверхность нагрева в области ширм	Fдоп	м^2	Fдоп = 2ca+2chш = 2*1.442*9.024+2*1.442*7.392 = 95.02	47.34
14	Поверхность входного окна ширм	Fвх	м^2	Fвх = (hш+с)*a = (7.392+1.442)*9.024=92.82	79.72
15	Лучевоспринимаю-щая поверхность ширм	Fл.ш	м^2	Fш.л. = Fвх*Fш / (Fш+Fдоп) = 280.55*79.72/ (47.34+280.55) = 62.079	68.2
16	Поверхность выходного окна ширм	Fвых	м^2	Fвых = hш^”*a = 6.283*9.024 = 56.7	56.7
17	Живое сечение для прохода дымовых газов	Fг	м^2	Fг = 2Fвх*Fвых / (Fвх+Fвых) = 2*79.72*56.7 / (79.72+56.7)= 66.27	66.27
18	Живое сечение для прохода дымовых газов	fn	м^2	fn = nшnтр 0.063	0.063
19	Эффективная толщина излучающего слоя в ширмах	S	м	S=	0.721

№	Рассчитываемая величина	Обоз-начение		Единицы измерения	Формула или обоснование	Расчет
1	Температура газов на входе в ширмы	υ^'ш		℃	Принимаем υ^'т= 1180	1180
2	Энтальпия дымовых газов на входе в ширмы			кДж/кг
3	Температурный коэффициент	A		℃	Для твердых топлив А=1100 ℃	1100
4	Поправочный коэффициент на взаимный теплообмен газовых объемов верхней части топки и ширмы	β		-	β = А/ υ^'ш = 1100/1180	0.932
5	Коэффициент расперделения тепловой нагрузки по высоте топки	ηв		-	Табл. 4.10	0.8
6	Лучистое тепло, воспринятое плоскостью входного сечения ширм	Qл.вх		кДж/кг	Qл.вх	834.6
7	Поправочный коэффициент для учета излучения на пучки за ширмами	ξn		-	-	0.5
8	Температура газов на выходе из ширм	υ^"ш		℃	Предварительно принимаем	1090
9	Средняя температура газов в ширмах	υш		℃	υш = (υ^"ш+ υ^‘ш)\2 = (1180+1090)\2 = 1120	1135
10	Произведение pns	pns		МПа*м	pns = pn*s*rп = 0.1*0.721*0.26430 = 0.019	0.019
11	Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами	kг			Рис.6.12	10
12	Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами	kзл			Рис.6.13	70
13	Оптическая толщина для ширм	kps		-	kps=(kг rп+ kзлμзл)p=(10*0.26430+70*0.0097911)*0.1=0.333	0.333
14	Коэф. излучения газовой средой	ξ		-	Рис. 4.3	0.3
15	Угловой коэффициент с входного на выходное сечение ширм	φш		-	φш=	0.2
16	Теплота излучения из топки и ширм на поверхности расположенные за ширмами	Qл.вых		кДж/кг	Qл.вых	614.87
17	Теплота полученная излучением из топки ширмами и дополнительными поверхностями	Qл.ш+до п		кДж/кг	Qл.ш+доп = Qл.вх- Qл.вых= =834.6-614.87= 427.78	219.7
18	Поверхность экрана, расположенного в газоходе ширм и воспринимающего теплоту излучения из топки	F^шл.экр		кДж/кг	F^шл.экр= *Fвых= *56.7 = 4.267	4.267
19	Количество лучистой теплоты, воспринятой излучением из топки доп. поверхностями газохода ширмами	Q^шл.экр		кДж/кг	Q^шл.экр= Qл.ш+доп* 241.498*	12.9
20	Количество лучистой теплоты воспринятой излучением из топки ширмами	Qл.ш		кДж/кг	Qл.ш= Qл.ш+доп - Q^шл.экр=219.7-12.9= 406.04	206.8
21	Энтальпия газов на выходе из ширм	H^”ш		кДж/кг	Табл. 2.3	15317.175
22	Тепловосприятие ширм и доп. Поверхностей по тепловому балансу	Qб.ш+доп		кДж/кг	Qб.ш+доп=φ(H^’ш- H^”ш)=0.9955(16254.125-15317.175) = 932.706	932.706
23	Тепловосприятие ширм по тепловому балансу	Qб.ш		кДж/кг	Qб.ш = Qб.ш+доп*(Fш/Fдоп+Fш) = 932.706*(280.552/280.552+47.344)=1597.57	798.04
24	Тепловосприятие доп. Поверхностей газохода ширм по тепловому балансу	Qдоп		кДж/кг	Qдоп= Qб.ш+доп- Qб.ш= 932.706-798.04=134.67	134.67
25	Температура пара на входе в ширмы	t^'ш		℃	Предварительно принимаем	430
26	Давление пара на входе в ширмы	p^'ш		МПа	p^'ш=pб-0.1*Δpпе=15.377-0.1*1.648 = 15.212	15.212
27	Энтальпия пара на входе в ширмы	h^'ш		кДж/кг	Таблицы теплофизических свойств газов	3085.53
28	Прирост энтальпии пара в ширме	Δhш		кДж/кг	Δhш=	101.833
29	Энтальпия пара на выходе из ширм	h^"ш		кДж/кг	h^"ш= h^'ш+ Δhш=3085.53+101.8333= =3187.363	3187.363
30	Давление пара на выходе из ширм	p^"ш		МПа	p^"ш= pш-0.35*Δpпе=15.212-0.35*1.648=14.635	14.635
31	Температура пара на выходе из ширм	t^”ш		℃	Таблицы теплофизических свойств газов	456.3
32	Средняя температура	tш		℃	tш= (t^'ш+ t^”ш)/2=(430+456.3)/2=443.15	443.15
33	Температурный напор ширмового пароперегревателя	Δtш		℃	Δtш=	690.2
34	Средняя скорость движения дымовых газов в ширмах	ωг		м/с	ωг =	5.1
35	Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к ширме	αк		Вт/(м^2*К)	Рис.6.4	48
36	Коэффициенты загрязнения и использования	ε ξ		(м^2*К)/Вт	Рис.6.15 Рис.6.17	0.0085 0.85
37	Коэффициент теплоотдачи конвекцией от поверхности к перегретому пару	α2		Вт/(м^2*К)	α2 определяем по рисунку 6.7 α2= αn*Cd=5500*0.98=5390 скорость пара ωп=D*ν / fn = 88.89*0.018427/0.063=25.86	5390
38	Температура наружной поверхности загрязнений ширм	tз		℃	tз=tш+(ε+1/α2)* = 664.8	664.8
39	Коэффициент теплоотдачи излучением в ширмах	αл		Вт/(м^2*К)	Рис. 6.14 αл=αн* ξ = 355*0.0085=3	3
40	Коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности ширм	α1		Вт/(м^2*К)	α1= ξ*(αк +αл) = 0.85(48*	62.3
41	Коэффициент теплопередачи для ширм	kш		Вт/(м^2*К)	kш=	37.07
42	Тепловосприятие ширм по уравнению теплопередачи	Qшш		Вт/(м^2*К)	Qшш=
43	Относительная несходимость тепловосприятий ширм	|δQш|		%	|Qш|=	1.74%
44	Заключение по тепловому расчету		|δQш| = 1.74 % < 2% - удовлетворяет точность расчетов