Расчет конвективных поверхностей нагрева

Порядок расчета конвективных поверхностей нагрева практически одинаков, но начинаем тепловые расчеты всегда с поверхности нагрева расположенные первые по ходу дымовых газов.

Для расчета пароперегревателя используют два уравнения:

а) уравнение теплообмена: кДж/кг;

б) уравнение теплового баланса, в котором принимаются тепло, отданное газами, и тепло, воспринятое паром:

, где

k - коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева, Вт/м²К;

t - температурный напор ⁰С;

B_p - расчетный расход топлива, кг/сек;

H - расчетная поверхность нагрева, м²;

 - коэффициент сохранения теплоты, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения;

H^’ и H^” - энтальпия продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее кДж/кг;

H⁰_ПРЕ =Н⁰_ХВ - количество теплоты, вносимое в газоход воздухом с t=20±30⁰С .

Тепловой баланс перегревателя

1. Тепловосприятие перегревателя определяем излучением из топки:

, где

- тепло, переданное излучением в топке;

- энтальпия дымовых газов на выходе из топки;

- полная лучевоспринимающая поверхность нагрева топки (принимаем из конструкции котла);

- лучевоспринимающая поверхность фестона;

- угловой коэффициент фестона принимается по номограмме [(1) Стр 214] .

2. Температуру дымовых газов на выходе в перегреватель принимаем t⁰С на выходе из топки. Температура перегретого пара известна из исходных данных парового котла.

3. Тепло, переданное в пароохладителе:

, где  - теплота парообразования (1-х) - величина увлажнения пара в пароохладителе;

4. Определяем тепловосприятие по балансу:

,

где h_НП - энтальпия насыщенного пара;

5. Энтальпия газов за перегревателем:

,

определяем энтальпию дымовых газов за перегревателем и по таблице . Находим температуру газов за перегревателем .

Расчет второй ступени перегревателя

1. Температура дымовых газов на входе во вторую ступень перегревателя известна из расчета топки, принимаем температуру на выходе из топки:

, и по таблице определяем энтальпию -

2. Зададимся температурой газов на выходе из второй ступени перегревателя , тогда энтальпия продуктов сгорания на выходе определим на таблице № 4 ;

3. Тепловосприятие ступени по тепловому балансу (теплота, отданная продуктами сгорания) определим по формуле:

кДж/кг;

4. Энтальпия пара на выходе во вторую ступень определяем по формуле:

кДж/кг, где - энтальпия перегретого пара, тогда по таблице определяем температуру пара на входе t^’_П ;

5. В зависимости от направления движения потоков пара и продуктов сгорания в пакетах перегревателя различают прямоточные, противоточные и смешанные схемы движения. В противоточном пакете перегревателе достигается максимальный температурный напор между продуктами сгорания и паром, что уменьшает поверхность нагрева и расход металла. Недостатком схемы является опасность пережога последних по ходу пара участком змеевиков перегревателя, поэтому в энергетике принято вторые ступени выполнять по прямоточной схеме движения продуктов сгорания и пара следовательно, средний температурный напор при прямотоке равен:

, где - температурный напор на входе в перегреватель второй ступени где – температурный напор на выходе из перегревателя второй ступени.

Перегреватели паровых котлов выполнены по разным схемам движения, поэтому для определения коэффициента пересчета  от прямотока к более сложной, сначала вычислим безразмерные параметры:

; ;

По [(1), номограмма 19] определим  , тогда температурный напор во второй ступени перегревателя определим по формуле: .

6. Коэффициент теплоотдачи находится по упрощенной формуле [(3), стр. 93]:

, где

d₁ и S₁ - наружный диаметр и поперечный шаг (известны из конструкции котла);

 - коэффициент, учитывающий излучение газовых объемов;

m - коэффициент, учитывающий вид пучка перегревателя.

Расчетная формула построена так, что для принятых значений скорости дымовых газов, диаметра и шага труб перегревателя определено по нормативному методу расчета [(1)] значение коэффициента теплоотдачи А. Коэффициенты А и n определим по [(3), стр. 93]:

Н_П - поверхность нагрева второй ступени перегревателя известна из конструкции парового котла.

Средняя скорость продуктов сгорания определяется по формуле:

м/сек;

где - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания.

7. Тепловосприятие ступени перегрева по уравнению теплообмена:

кДж/кг.

8. Сравним полученные тепловосприятия:

.

Если полученные значения и отличаются менее, чем на 2%, то расчет перегревателя второй ступени считается законченным