Основы теплового расчета экономайзера

Водяной экономайзер представляет собой поверхностный рекуперативный теплообменник и используется для подогрева питательной воды перед подачей ее в барабан котла за счет теплоты уходящих газов. При этом снижается температура уходящих газов и потери теплоты с ними, но в то же время несколько увеличиваются потери теплоты в окружающую среду и подсосы воздуха в газоходе в районе экономайзера. Присосы воздуха в газоходе не только снижают КПД котла , но и вызывают значительное повышение расхода электроэнергии на собственные нужды (на привод дымососа).

Исходными данными для расчета водяного экономайзера являются:

1) температура питательной воды перед экономайзером t_пв1, °С, которую считаем равной температуре деаэрированной воды (повышением температуры в питательном насосе ПН пренебрегаем): t_пв1 = t_s (р₂) = t₂;

2) температура уходящих газов перед экономайзером: t_ух1, °С;

3) температура уходящих газов после экономайзера: t_ух2, С.

Тепловым расчетом экономайзера определяются:

1) температура питательной воды после экономайзера: t_пв2, С;

2) площадь теплопередающей поверхности нагрева экономайзера F_э, м².

Теплота, отдаваемая газовым потоком (уходящие газы и присосанный извне воздух) питательной воде, называется тепловосприятием экономайзера. Она определяется из уравнения теплового баланса с учетом тепловых потерь

, кДж/кг, (35)

где – теплота, отдаваемая газовым потоком;

j – коэффициент сохранения тепла газового потока, который учитывает тепловые потери , кДж/кг, в окружающую среду в экономайзере. Они равны

.

Коэффициент сохранения тепла

.

Затем определяется энтальпия питательной воды, выходящей из экономайзера в барабан котла

, кДж/кг, (36)

где – энтальпия питательной воды, поступающей из деаэратора после насоса ПН в экономайзер (т.е. увеличением энтальпии при сжатии воды в ПН пренебрегаем), кДж/кг.

Если энтальпия воды после водяного экономайзера меньше энтальпии воды в состоянии насыщения при действующем после насоса давлении р₁, т.е. выполняется условие , то экономайзер является некипящим. В этом случае температура воды после экономайзера определяется по её энтальпии

.

Если же энтальпия воды после экономайзера больше или равна энтальпии воды в состоянии насыщения при давлении р₁, т.е. , то водяной экономайзер является кипящим. В этом случае t_пв2 = t_s (p₁) = t₁ и применяются только стальные змеевиковые экономайзеры. Паросодержание (степень сухости) воды на выходе кипящего экономайзера

, %.

Затем определяется площадь F_э поверхности нагрева экономайзера

, м², (37)

где k_э – коэффициент теплопередачи в экономайзере, кВт/(м²×К);

Dt_э – средний температурный напор теплопередачи, °С.

В ребристых чугунных экономайзерах скорость продуктов сгорания обычно составляет 6…8 м/с. Значение коэффициентов теплопередачи при этих скоростях составляет 0,0155…0,0215 кВт/(м²×К) (см. таблицу А.2).

Средний температурный напор в экономайзере

, °С, (38)

где Dt_б – разность температур теплоносителей (уходящие газы – питательная вода) на том конце поверхности, где она наибольшая, °С;

Dt_м – разность температур теплоносителей на том конце поверхности нагрева, где она наименьшая, °С.

При любых значениях температур при прочих равных условиях наибольший температурный напор Dt_э достигается при использовании противоточной схемы движения сред и наименьший – при прямотоке, в связи с чем рекомендуется применение противоточной схемы.

Если паросодержание питательной воды на выходе экономайзера лежит в интервале х_пв2 = 0…30 %, то температурный напор для экономайзеров рассчитывается по формуле (36), но вместо температуры воды t_пв2 на выходе из экономайзера в эту формулу подставляется условная температура воды

, °С, (39)

где – количество тепла, затраченное на парообразование в водяном экономайзере, кДж/кг.

После определения площади F_э поверхности нагрева производится конструктивный расчет экономайзера.