Конструктивный расчет водяного экономайзера

 В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении — стальные. При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоковлажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая установка водяного экономайзера и воздухоподогревателя.

 При установке только водяного экономайзера рекомендуется такая последовательность его расчета:

1. По уравнению теплового баланса определяем количество теплоты (кДж/кг), которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов:

Q_эк= ∙ (h¢_эк-h²_эк+ _эк∙ h⁰_прc)

 где  — коэффициент сохранения теплоты (табл.5) при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности; h¢_эк— энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется из рис.1[приложение ] по температуре продуктов сгорания, известной из расчета предыдущей поверхности нагрева, кДж/кг; h^²_эк — энтальпия уходящих газов, определяется из табл.5 по принятой в начале расчета температуре уходящих газов, кДж/кг; _эк— присос воздуха в экономайзер, принимается по табл.3; h⁰_прc — энтальпия теоретического количества воздуха, при температуре воздуха T в = 30(°С) определяется по формуле:

h⁰_прc=V⁰_В C_В T в

h⁰_прc=9,91∙ 1,32 30 = 392,436 кДж/кг

h¢_эк=h²_кп=7000 кДж/кг

h²_эк=h_ух=3165 кДж/кг

=0,985

Q_эк = 0,985 (7000-3165+0,05∙392,436 )=3796,8 кДж/к

2. Приравнивая теплоту, отданную продуктами сгорания, теплоте, воспринятой водой в водяном экономайзере, определяем энтальпию воды после водяного экономайзера (кДж/кг):

h_в= B_р∙ Q_эк / (D 1000) + h_п.в

h_в= 459,6 2∙3796,8 / (6,5∙ 1000) + 4,19 30 = 394,17 кДж/кг

где: h_п.в — энтальпия питательной воды на входе в экономайзер, кДж/кг; D - паропроизводительность котла, кг/ч.

3. По энтальпии воды после экономайзера и давлению ее из таблиц для воды и водяного пара определяем температуру воды после экономайзера t_в.

t_в= h_в / C_в = 394,17 / 4,1989 = 93,9 °С

 Т.к полученная температура воды оказалась более чем на 20 °С ниже температуры при давлении в барабане котла, то для котлов давлением до 2,4 МПа к установке принимают чугунный водяной экономайзер. При несоблюдении указанных условий к установке следует принять стальной змеевиковый водяной экономайзер.

4. Выбираем конструктивные характеристики принятого к установке экономайзера. Для чугунного и стального экономайзера выбирается число труб в ряду с таким расчетом, чтобы скорость продуктов сгорания была в пределах от 6 до 9 м/с при номинальной паропроизводительности котла. Конструктивные характеристики труб чугунных экономайзеров ВТИ приведены в табл. 6.3.[2] Число труб в ряду для чугунных экономайзеров должно быть не менее 3 и не более 10.

 F_тр= 0,120м²;

 H_тр= 2,95 м².

5. Определяем площадь экономайзера и среднеарифметическую температуру продуктов сгорания по формулам:

F_эк= B_р∙V_г( +273) / (W_г 273 3600),

где: W_г -предварительно принятая скорость продуктов сгорания , W_г=6 м/с ; V_г –объём дымовых газов за экономайзером (табл.3).

= ( ¢+ ²) / 2 ,

где: Q¢= Q²_кп2 –до экономайзера;

 Q²= Q_ух =200°С- на выходе из экономайзера.

= (370+200) / 2=285 °С.

F_эк= 459,62 11,11 (285 + 273) / (6 3600 273) = 0,48 м²

5. Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания :

F_эк= Z₁ F_тр

Отсюда Z₁= F_эк / F_тр,

Z₁=0,48 / 0,120 = 4.

Действительная площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания

F^ф_эк = Z₁ F_тр

F^ф_эк= 4 0,12 = 0,48 м².

6. Определяем действительную скорость продуктов сгорания в экономайзере (м/с)

W^ут_г=B_р∙ V_г∙ ( +273) / (F^ф_эк∙ 273∙3600),

W^ут_г=459,62 ∙11,11 (285+273) / (0,48 273 ∙3 600) = 6,04 м/с.

7. Определяем коэффициент теплопередачи. Для чугунных экономайзеров:

K=K_H C_V, определяется с помощью номограммы рис.6.9[2]

K_эк= 18 Вт/(м²∙К).

8. По известным значениям температур воды и дымовых газов определяем температурный напор:

T₁= t¢_эк-t_В = 370 – 93,9 = 276,1 °С.

T₂= t²_эк-t_пв = 200 -30 = 170 °С.

T= (276,1 -170) / [ln (276,1 / 170)] = 218,78 °С

9. Определяем площадь поверхности нагрева водяного экономайзера (м²)

H_эк=10³ Q_эк B_р / (K ∙ T∙ 3600),

H_эк= 10³ 3796,8 459,62 / (18 218,78 3600) = 123,09 м².

10. По полученной поверхности нагрева экономайзера окончательно устанавливаем его конструктивные характеристики. Для чугунного экономайзера определяем общее число труб и число рядовпо формулам:

n = h_эк / h_тр

m = n / Z₁

где: h_тр - площадь поверхности нагрева одной трубы, м² [2, табл.6.3]; Z₁ — принятое число труб в ряду.

n= 123,09 / 2,95 = 42

 m= 42 / 4 = 11