Способ распределения восприятия тепла дымовых газов между экономайзером и воздухоподогревателем котлов

 

Способ распределения тепла дымовых газов между экономайзером и воздухоподогревателем котлов при их одноступенчатой компоновке заключается в определении температуры дымовых газов за экономайзером при заданных входных температурах нагреваемых сред и температурах дымовых газов перед зксномайзером и за воздухоподогревателем, определении размеров экономайзера и воздухоподогревателя и определении места расположения последнего в газоходе. Используя в качества оптимизирующего параметра удельные затраты на экономайзер и воздухоподогреватель, определяют оптимальную температуру дымовых газов за экономайзером. Воздухоподогреватель в газоходе размещают не далее нижней границы зоны оптимальных температур. Оптимальную температуру дымовых газов определяют по заданной формуле. Позволяет обеспечить минимальную суммарную металлоемкость для котла.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к способам распределения тепловосприятия между экономайзером и воздухоподогревателем и может быть использовано для оптимизации затрат при проектировании котлов.

Известен способ распределения тепловосприятия между экономайзером и воздухоподогревателем, заключающийся в определении температуры дымовых газов за экономайзером при заданных входных температурах нагреваемых сред и температурах дымовых газов перед экономайзером и за воздухоподогревателем и определении размеров и массы последних. (см. Рабинович О.М. - Котельные агрегаты. -М.: 1963, стр. 416-417.

В известном способе температура дымовых газов за экономайзером выбирается достаточно произвольно, описываясь на нормативах, разработанных еще в 50-х годах, и принимается из условия, что разность температур дымовых газов и питательной среды на входе в экономайзер составляет Δ t1=40^oC, а разность температур горячего воздуха и дымовых газов на входе в воздухоподогреватель Δ t2= 30^oC. В результате экономайзер и воздухоподогреватель зачастую имеют избыточный вес и избыточные габариты, что снижает экономические показатели котла.

Известен также способ распределения тепловосприятия между экономайзером и воздухоподогревателем, наиболее близкий по технической сущности (прототип). (См. Кроль Л.Б., Розенгауз И.Н. Конвективные поверхности мощных котельных агрегатов. - М: Энергия, 1976, с. 8 - 10). Указанный способ заключается в определении температуры дымовых газов за экономайзером при заданных температурах дымовых газов перед экономайзером и за воздухоподогревателем и входных температурах нагреваемых сред и определении размеров и массы экономайзера и воздухоподогревателя.

В известном способе температуру дымовых газов за экономайзером определяют, основываясь на том, что величина температурного напора, т.е. разности температур дымовых газов и питательной воды на входе в экономайзер t1 не менее 40^oC, а разность температур горячего воздуха и дымовых газов на входе в воздухоподогреватель должна составлять не менее 30^oC. В результате температура дымовых газов за экономайзером, а следовательно и требуемый теплосьем, определяется достаточно приближенно. Как показала практика температура дымовых газов за экономайзером для разных котлов составляет 250 - 320^oC. Такой разброс значений температур обуславливает достаточно произвольные размеры и массу экономайзера и воздухоподогревателя, зачастую избыточные. Так проверка изготовленного котла паропроизводительностью 500 тонн пара в час, работающего на березовском буром угле, показали, что суммарная масса экономайзера и воздухоподогревателя превышает оптимальную на 75 т, что существенно удорожает котел. Кроме того, при завышенных размерах теплообменных поверхностей возрастают размеры конвективной шахты, в которой устанавливают экономайзер и воздухоподогреватель, что увеличивает экономические затраты. Следует отметить также, что, с целью предотвращения завышенной высоты котлоагрегата и предотвращения забивания золой воздухоподогревателя при неисправности экономайзера, воздухоподогреватель иногда размещают на значительном расстоянии от экономайзера (в смежном газоходе). При этом температура дымовых газов перед воздухоподогревателем еще более отличается от оптимальной (за счет тепловых потерь на наружное охлаждение и за счет присосов воздуха), что приводит к дополнительному увеличению размеров и массы воздухоподогревателя, для обеспечения заданной температуры дымовых газов за воздухоподогревателем, а следовательно, к удорожанию котла.

Задачей изобретения является снижение затрат на экономайзер и воздухоподогреватель путем оптимизации распределения тепловосприятия между ними.

Указанная задача решается тем, что в известном способе распределения тепловосприятия между экономайзером и воздухоподогревателем при их одноступенчатой компоновке, заключающемся в определении температуры дымовых газов за экономайзером, расчете требуемого тепловосприятия при заданных входных температурах нагреваемых сред и температурах дымовых газов перед экономайзером и за воздухоподогревателем, определении размеров и массы последних и определении места расположения воздухоподогревателя в газоходе, согласно изобретению, используя в качестве оптимизирующего параметра удельные затраты на экономайзер и воздухоподогреватель, определяют оптимальную температуру дымовых газов за экономайзером, а воздухоподогреватель в газоходе располагают не далее нижней границы зоны оптимальных температур, причем оптимальную температуру определяют по формуле в которой где A - удельный показатель затрат на воздухоподогреватель (кг/м², руб./ м²); Э^г_в - водяной эквивалент газов в воздухоподогревателе (ккал/кг·м³·град); K_э - средний коэффициент теплоотдачи в экономайзере (ккал/м²·ч·град); μ_э - соотношение водяных эквивалентов по газовой и водяной стороне в экономайзере;
температура газов на входе в экономайзер (^oC);
t_пв - температура питательной воды (^oC);
Б - удельный показатель затрат на экономайзер (кг/м², руб./ м²);
Э^г_э - водяной эквивалент газов в экономайзере (ккал/кг³·град);
K_в - средний коэффициент теплопередачи в воздухоподогревателе (ккал/м²·ч·град);
Ψ - поправочный коэффициент к температурному напору воздухоподогревателя;
μ_в - соотношение водяных эквивалентов по газовой и воздушной стороне в воздухоподогревателе;
T_ух - температура дымовых газов за воздухоподогревателем (^oC);
t_хв - температура воздуха на входе в воздухоподогреватель (^oC);
В дальнейшем изобретение поясняется описанием примера его конкретного выполнения.

Способ реализован следующим образом.

Например для котла паропроизводительностью 500 тонн пара в час, работающего на березовском буром угле, используя в качестве оптимизирующего параметра удельную металлоемкость экономайзера и воздухоподогревателя, определит оптимальную температуру дымовых газов за экономайзером по формуле

Для чего вначале определит значения коэффициентов a, b, c.

где A - удельный расход металла на воздухоподогреватель 14 кг/м²;
Э^г_в - водяной эквивалент газов в воздухоподогревателе 2,389 ккал/кг град;
K_э - средний коэффициент теплопередачи в экономайзере 62,22 ккал/м²·ч·град;
μ_э - соотношение водяных эквивалентов по газовой и водяной стороне в экономайзере - 2,756;
температура газов на входе в экономайзер 593^oC;
t_пв - температура питательной воды 230^oC;
Б - удельный расход металла на экономайзер 35 кг/м²;
Э^г_э - водяной эквивалент газов в экономайзере 2,506 ккал/кг·град;
K_в - средний коэффициент теплопередачи в воздухоподогревателе 20,51 ккал/м²·ч·град;
Ψ - поправочный коэффициент к температурному напору воздухоподогревателя - 0,924;
μ_в - соотношение водяных эквивалентов пол газовой и воздушной стороне в воздухоподогревателе - 0,5661;
T_ух - температура дымовых газов за воздухоподогревателем - 170,5^oC;
t_хв - температура воздуха на входе воздухоподогревателем - 50^oC;

Таким образом, оптимальная температура дымовых газов за экономайзером равна 276^oC. Эта температура соответствует, как показали исследования, минимальной металлоемкости экономайзера и воздухоподогревателя и их минимальной суммарной металлоемкости для данного котла при вышеуказанных исходных условиях.

Далее по известным зависимостям определяются размеры теплообменных поверхностей экономайзера и воздухоподогревателя. Получили:
H_эк = 9179 м².

H_возд = 15736 м².

Масса экономайзера G_э = 321,3 т, масса воздухоподогревателя -G_в = 220,3 т. Суммарная масса - 541,6 т.

Из стандартных труб обычным образом изготовили экономайзер и воздухоподогреватель, при монтаже разместили последний в зоне оптимальных температур, на расстоянии 0,8 м от экономайзера. Зона оптимальных температур простирается до 10 м экономайзера. Далее 10 м от экономайзера воздухоподогреватель размещать нежелательно т. к. за счет потерь на наружное охлаждение и присосов воздуха температура дымовых газов за экономайзером будет отличаться от оптимальной более допустимого (5^oC), что требует увеличения площади теплообменной поверхности и соответственно массы воздухоподогревателя для обеспечения заданной температуры газов за воздухоподогревателем.

Минимальное расстояние, от экономайзера на котором может быть установлен воздухоподогреватель обычно всегда ограничивается минимальным ремонтным промежутком - 0,7 м.

При сравнении параметров экономайзера и воздухоподогревателя, полученных согласно предлагаемому способу, с параметрами, полученными известным способом, установлено, что в последнем случае температура дымовых газов за экономайзером составляет T_э=304^oC, масса экономайзера G_э = 240,9 т, масса воздухоподогревателя - G_в = 321,3 т. Суммарная масса - 617,1 т. Таким образом суммарная экономия металла составила 617,1 - 541,6 = 75,5 т, что значительно повысило экономические показатели котла.

Удельные затраты (А, Б) в вышеуказанной формуле могут быть в натуральных показателях, как в примере, а могут быть и стоимостных (руб./ м²), в зависимости от условий заказчика на проектирования котла; стоимости исходных материалов, стоимость изготовления, прибыль и т.п.

Формула изобретения

Способ распределения восприятия тепла дымовых газов между экономайзером и размещенным за ним по ходу дымовых газов воздухоподогревателем котлов при их одноступенчатой компоновке, заключающийся в определении температуры дымовых газов на выходе их из экономайзера при заданных входных температурах нагреваемых сред и температуре дымовых газов на входе в экономайзер и на выходе из воздухоподогревателя, определении размеров экономайзера и воздухоподогревателя и размещении последних в газоходе, отличающийся тем, что, используя в качестве оптимизирующего параметра удельные затраты на экономайзер и воздухоподогреватель, определяют оптимальную температуру дымовых газов на выходе из экономайзера и протяженность зоны оптимальных температур, а воздухоподогреватель в газоходе размещают не далее ее нижней (по ходу дымовых газов) границы, причем оптимальную температуру дымовых газов определяют по формуле

где



в которой А - удельные затраты на воздухоподогреватель, кг/м²;
Э^г_в - водяной эквивалент газов в воздухоподогревателе, ккал/кг·м³· град;
К_э - средний коэффициент теплопередачи в экономайзере, ккал/м²·ч· град;
μ_э - соотношение водяных эквивалентов по газовой и водяной стороне в экономайзере;
t_пв - температура питательной воды, ^oC;
T¹_э - температура газов на входе в экономайзер, ^oC;
Б - удельные затраты на экономайзере, кг/м² или руб/м²;
Э^г_э - водяной эквивалент газов в экономайзере, ккал/кг·м³· град;
К_в - средний коэффициент теплопередачи в воздухоподогревателе, ккал/м²·ч·град;
Ψ - поправочный коэффициент к температурному напору воздухоподогревателя;
μ_в - соотношение водяных эквивалентов в воздухоподогревателе по газовой и воздушной стороне;
Т_ух - температура дымовых газов на выходе из воздухоподогревателя, ^oC;
t_хв - температура воздуха на входе в воздухоподогреватель, ^oC.