Работа 3. Исследование работы пароперегревателя парового котла

I. Цель работы

Ознакомление с конструкцией пароперегревателя, опре­деление температуры газов перед ним и коэффициента теп­лопередачи от газов к пару.

II. Основные теоретические положения

Пароперегреватели предназначены для перегрева насыщенного пара, поступающего из испарительной системы па­рового котла, а также для дополнительного вторичного (называемого промежуточным) пе­регрева пара, частично отработавшего в турбине высокого давления.

На рис. 5 показаны наиболее часто встречающиеся схе­мы, конструкции и компоновки пароперегревателей. Здесь 1 – конвективный первичный пароперегреватель (КЛП); 2 – ширмовый первичный пароперегреватель (ШПП); 3 –потолочный пароперегреватель (ППП); 4 – промежуточный конвективный пароперегреватель; 5 – промежуточный шир­мовый пароперегреватель; 6 – экраны.

1 4

3 в ТСД

2

1

а) в)

2 3 5

1

3

2

1

6

б) г)

Рис.5. Схемы компоновок пароперегревателей.

Пароперегреватель (ПП) - один из основных теплоис­пользуюших элементов котла, работающий в наиболее тя­желых тепловых условиях. С повышением параметров пара доля теплоты, воспринимаемой ПП, возрастает (см. рис. 2). Металл ПП имеет наибольшую по сравнению с другими по­верхностями нагрева котла температуру, что обусловлено высокими температурами горячих газов, высокими температурами пара и, как следствие, одновременно большими удельными тепловыми потоками его поверхности нагрева.

В зависимости от способа передачи теплоты газов к по­верхности нагрева ПП разделяют на радиационные, полурадиационные и конвективные. Радиационный ПП обычно устанавливают на потолке топки, а также на ее стенах по всей их высоте, чаще на фронтовой стенке. Температура ме­талла радиационного ПП превышает температуру пара на 100…150°С, поэтому необходимо надежное охлаждение труб, что обеспечивается высокой скоростью пара (до 30 м/с).

Полурадиационные (ширмовые) могут воспринимать до 50% всей теплоты, необходимой для перегрева пара. Их целесо6бразно применять в зоне температур газов 1200…1050°С, при этом температура газов за ширмами сни­жается на 100…150°С. Ширмовый ПП представляет собой систему трубок, образующих плоские плотные пакеты с вход­ными и выходными коллекторами. Размещаются они верти­кально или горизонтально в верхней части топки или в гори­зонтальном газоходе с расстоянием между пакетами 700…1000 мм (см. рис. 5). Допустимая массовая скорость перегреваемого пара в трубках ширмовых ПП (представляющая произведение средней линейной скорости пара на его плотность) wρ = (800…1100) кг/(м²·с).

Конвективные ПП выполняют в виде пакетов труб шах­матного или коридорного расположения. Трубы согнуты в виде змеевиков, приваренных к круглым коллекторам. Па­кеты труб располагают в горизонтальном или вертикальном опускном газоходах вертикально или горизонтально. Темпе­ратура газов в зоне конвективных ПП составляет 700…1100°С. Температура стенки превышает примерно на 50°С температуру пара, по­этому для надежной работы металла КПП необходимы вы­сокие скорости пара; массовая скорость пара в трубах КПП wρ = (500…1200) кг/(м²·с).

Основные закономерности, используемые при тепловом расчете: для радиационных поверхностей – закон Стефана­-Больцмана (расчет теплообмена излучением) с учетом отдельных положений теории подобия; для конвективных поверхностей – закон Ньютона-Рихмана (расчет теплоотдачи конвекцией) и от­дельные положения теории подобия; для радиационно-кон­вективные поверхностей – те же закономерности, что и при расчете конвективных поверхностей, при этом доля лучистого теплообмена учитывается через коэффициент α₁ = (α_k + α_л).

Для расчета процессов теплообмена в конвективных па­роперегревателях используются следующие уравнения: теплового баланса по газам, кДж/кг

;

тепловосприятия пакетов КПП, кДж/кг

;

теплопередачи от газов к рабочей среде, кДж/кг

,

где –энтальпия газов перед и за КПП;

–присос холодного воздуха в районе КПП;

–энтальпия холодного воздуха;

–энтальпия пара на входе и выходе КПП.

В поверочном расчете энтальпии пара и газа известны лишь на одном конце поверхности (H′_г, h′_пп или H″_г, h″_пп). Задаваясь одним значением неизвестной температуры или эн­тальпии пара (h'_пп или h"_пп), находят значение H′_г или H″_г. Затем определяется температурный напор Δt. Для чистого прямоточного и противоточного движения Δt определяют как среднелогарифмическую разность, °С

,

где и– большая и меньшая разности температур обеих сред (при /≤1,1 можно определить из выражения, °С=(+)/2).

Средний температурный напор в поверхностях с последовательным, параллельно-смешивающим крестным движением сред может быть определен с учетом номограмм, приведенных в [6].