9.2. Основы конструктивного расчета экономайзера

В парогенераторах малой и средней мощности применяются ребристые чугунные экономайзеры и стальные гладкотрубные экономайзеры .

Ребристые чугунные экономайзеры собирают из стандартных ребристых труб длиной 1,5; 2,5; 3,0 м. При выборе длины и количества труб в горизонтальном ряду учитывают компоновку экономайзера в газоходе, а также скорость движения газов. Скорость продуктов сгорания должна находиться в пределах 6…12 м/с, но не менее 3 м/с. Общее количество труб определяется отношением расчетной поверхности нагрева экономайзера F_э к площади поверхности одной трубы с газовой стороны.

Стальные гладкотрубные экономайзеры выполняют в виде горизонтальных змеевиков из бесшовных труб с наружным диаметром 28, 30, 32 и 38 мм. Основные величины, которыми следует руководствоваться при разработке конструкций стальных экономайзеров, следующие.

1) Наружный диаметр труб d_нар = 28, 30, 32, 38 мм.

2. Толщина стенок труб _тр = 3,0 или 3,5 (38) мм.

3. Расположение труб в трубном пучке шахматное.

4. Скорость уходящих дымовых газов при D_ка _г = 6…12 (опт. 8…10) м/с.

5) Скорость питательной воды в трубах (оптимальная):

для экономайзеров некипящего типа _в = 0,4 м/с;

для экономайзеров кипящего типа _в = 0,8 м/с.

6) Относительный шаг труб:

поперек хода газов (s₁) S₁/d_нар =2…3 (опт. 2,32,5);

вдоль по ходу газов (s₂) S₂/d_нар = 1,5…2.

7 ) Радиус изгиба труб, м (1,5…2)d_нар.

8) Высота одного пакета труб 0,8…1,2 м.

Методика определения конструктивных характеристик стального гладкотрубного экономайзера следующая. Предварительно выбрав размеры горизонтального сечения экономайзера, увязывают их с размерами сечения газохода парогенератора. Расположение труб в пучке принимают шахматным и одноходовым по уходящим дымовым газам (для КЕ-2,5 и 4,0 двухходовым по газам).

Ширина В газохода для парогенераторов типа КЕ равна 1900 мм, а глубина А газохода равна: для КЕ-2,5 – 444 мм; для КЕ-4,0 – 864 мм, для КЕ-6,5 – 642 мм и для КЕ-10 – 852 мм. Выбрав трубы какого-либо диаметра d_нар и значения относительных шагов труб поперек хода газов s₁ и по ходу газов s₂, находят абсолютные шаги S₁ = d_нарs₁, S₂ = d_нарs₂, и производят шахматную расстановку труб экономайзера по глубине А (см. рисунок 13).

Согласно выбранным размерам определяют площадь F, м² живого сечения экономайзера между трубами одного ряда для прохода дымовых газов

, м², (40)

где Z₁ – количество труб в одном горизонтальном ряду, шт., равное

.

С корость дымовых газов _г между трубами находят по отношению объемного секундного расхода газов через экономайзер V_гэ к площади живого сечения F

, м³/с, (41)

, м/с, (42)

где – средняя температура уходящих дымовых газов, С.

Если скорость газов выходит за допустимые пределы, то производят соответствующую корректировку размеров живого сечения газохода экономайзера. При недостаточной скорости газов _г увеличивают число труб в ряду (уменьшают шаг s₁) и диаметр труб d_нар, а при высокой скорости действуют наоборот.

Скорость движения питательной воды в трубах вычисляют по формуле

, м/с, (43)

где W_пвк – расход питательной воды через экономайзер одного котлоагрегата

, кг/с;

_в  0,00107 м³/кг – средний удельный объем питательной воды, м₃/кг;

d_вн = d_нар - 2_тр – внутренний диаметр трубы, мм;

Z₀ – число параллельно включенных по воде труб, шт. При шахматном и одноходовом по воде расположении труб в пучке Z₀ = 2Z₁. При шахматном и двухходовом по воде расположении труб Z₀ = Z₁.

Если скорость движения воды в трубах будет меньше рекомендуемых значений, необходимо изменить расстановку труб в пучке. Увеличение скорости движения питательной воды _в достигается следующими способами:

1. уменьшением общего количества параллельно включенных труб Z₀ путем

• увеличения поперечного шага s₁ и уменьшения числа труб в ряду Z₁;

• перехода от одноходовой схемы к двухходовой схеме экономайзера;

2. уменьшением диаметра труб d_вн (d_нар).

Иногда уменьшение числа труб ведет к чрезмерному увеличению высоты экономайзера по высоте. Тогда для повышения скорости воды целесообразно использовать одну из схем на рисунке 14 (а или б) двухходового экономайзера.

Количество петель (прямых участков) в одном змеевике (одной трубе пучка) рассчитывают по формуле

, (44)

где F_э – расчетная площадь теплопередающей поверхности экономайзера, м²;

l_п  В - 2d_нар – длина одной петли змеевика, м;

Z₂ = 2Z₁ – общее количество змеевиков (труб) в газоходе при шахматном пучке, шт.

Для одноходового по воде экономайзера число петель должно быть ближайшим четным (коллекторы на одной стороне) или нечетным (коллекторы с разных сторон), а для двухходового экономайзера – нечетным (схема "а") или четным числом (схема "б"). Расчетная геометрическая высота экономайзера

, мм. (45)

Если расчетная высота будет больше 1,5 м, то экономайзер делят на отдельные пакеты высотой 0,8…1,2 м с разрывом с разрывом не менее 0,5…0,6 м для ремонта и обслуживания. Диаметр коллекторов D_кол, м выбирается из условия примерного постоянства скорости питательной воды

, мм.

Для коллектора выбирают трубу с ближайшим внутренним диаметром D_вн из номенклатурного ряда труб заданных наружным диаметром D_нар и толщиной стенки _кол: 76х3,5 мм; 89х4,0 мм; 102х4,5 мм; 108х4,5 мм; 114х4,5 мм; 133х4,5 мм; 159х5 мм; 219х7 мм.