кот / 40
.docxОсновы расчета конвективных поверхностей нагрева
Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в
Процесс передачи теплоты через разделительную стенку подчиняется общему уравнению, называемому уравнением теплопередачи,
В этом уравнении коэффициент теплопередачи (К) является расчетной характеристикой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводности и теплового излучения.
Температура продуктов сгорания по мере их движения через какую-либо поверхность нагрева непрерывно уменьшается, а нагреваемой среды непрерывно возрастает. В связи с этим уравнение (6-8) может применяться для бесконечно малой поверхности нагрева. Для поверхности нагрева, имеющей заданную площадь, при условии постоянства коэффициента теплопередачи можно получить среднее значение температурного напора в виде
где ∆t6- наибольшая разность температур продуктов сгорания и нагреваемой среды; ∆tм- наименьшая разность температур продуктов сгорания и нагреваемой среды.
коэффициент теплопередачи в конвективных поверхностях нагрева [Вт/(м2*К)] определяют по формуле
где a1 - коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к наружной поверхности труб, Вт/(м2*К); а2 - коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности труб к нагреваемой жидкости (пар, вода, пароводяная эмульсия), Вт/(м2*К); Ϭ3, Ϭтр, Ϭн - соответственно толщина слоя наружных загрязнений (зола,сажа), стенки трубы, слоя накипи на внутренней поверхности трубы, м; ʎз, ʎтр, ʎн - соответственно теплопроводность наружных загрязнений, металла трубы, накипи, Вт/(м2*К).
от стенки к кипящей или некипящей воде, величиной 1/а2 в расчетах пренебрегают.
Основы расчета конвективных поверхностей нагрева могут быть конструктивными и поверочными. Поверочный расчет является более общим и выполняется для определения температуры по тракту продуктов сгорания.
При расчете конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса.
Расчет выполняется для 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива или 1 м3 газа при нормальных условиях.
Уравнение теплопередачи
Уравнение теплового баланса
где К - коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева, Вт/(м2*К); ∆t - температурный напор, °С; Вр - расчетный расход топлива, м3/с или кг/с; Н - расчетная поверхность нагрева, м2; ф - коэффициент сохранения теплоты, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения, определяется по формуле (4-37); I’, I"- энтальпия продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, кДж/кг или кДж/м3; /0ПрС - количество теплоты, вносимой присасываемым в газоход воздухом, кДж/кг пли кДж/м3.
По чертежу определяются конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода: площадь поверхности нагрева, шаг между трубами и рядами, диаметр труб, число труб в ряду, число рядов труб и живое сечение для прохода продуктов сгорания. Площадь поверхности нагрева, расположенной в рассчитываемом газоходе (м2),
где d - наружный диаметр труб, м; L - длина труб, расположенных в газоходе, м; п - общее число труб, расположенных в газоходе.
Из чертежа котла определяются: s1 - поперечный шаг труб (в поперечном направлении по отношению к направлению потока, рис. 6-10), м; s2 - продольный шаг труб (в продольном направлении по отношению к движению потока, рис. 6-10), м; z1 -число труб в ряду; z2-число рядов труб по ходу продуктов сгорания.
По конструктивным данным подсчитываются относительный поперечный шаг Ϭ = s1/d и относительный продольный шаг Ϭ= s2/d.
Площадь поперечного сечения (м2) для прохода продуктов сгорания: при поперечном омывании гладких труб
при продольном омывании гладких труб
где а и b - размеры газохода в расчетных сечениях, м; I - длина труб (при изогнутых трубах длина проекции труб), м; г - число труб в пучке.
Предварительно за основы расчета конвективных поверхностей нагрева принимаются два значения температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода. В дальнейшем весь расчет ведется для двух предварительно принятых температур
Определяется теплота, отданная продуктами сгорания (кДж/кг или кДж/м3),
где Ϭ’ и Ϭ’’ - температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее.
Определяется температурный напор (°С)
где tK - температура кипения воды при давлении в котле, определяется из таблицы для насыщенных водяных паров, °С.
Подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания в газоходе (м/с)
где Вр - расчетный расход топлива, кг/с или м3/с (определен при составлении теплового баланса котла, см. § 4-4); F - площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (см. п. 1), м2; Vr - объем продуктов сгорания на 1 кг твердого и жидкого топлива или на 1 м3 газа (из расчетной табл. 3-6 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха); Ɵ - средняя расчетная температура потока продуктов сгорания, °С (см. п. 4).
Определяются основы расчета конвективных поверхностей нагрева - коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева: при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков и ширм
при продольном омывании
где ан - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме: при поперечном омывании коридорных пучков - по рис. 10, при поперечном омывании шахматных пучков – по рисунку из методички, при продольном рисунку из методички
8. Вычисляется степень черноты газового потока по номограмме рис. 5-45. Для определения степени черноты по номограмме необходимо вычислить суммарную оптическую толщину
где ktrп - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяется в соответствии с указаниями § 5-14, п. 7; kэл - коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, определяется по рис. 5-44 при сжигании твердого топлива в пылеугольных топках; при сжигании газа, жидкого и твердого топлива в слоевых и факельно-слоевых топках принимается kэл = 0; kэл - концентрация золовых частиц, берется из табл. 3-6; р - давление в газоходе, для котлов без наддува принимается равным 0,1 МПа.
Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков (м) АШ и тощие угли
9.Каменные, бурые угли (кроме подмосковных и Канско-Ачинских), промежуточные продукты каменных углей Подмосковный уголь, бурые угли Канско-Ачинского месторождения, фрезерный торф и древесное топливо Северо-западные сланцы, кашпирские сланцы.
Для всех видов твердого топлива, кроме подмосковного угля, требуется очистка конвективных поверхностей нагрева для запыленного потока (при сжигании твердых топлив)
для незапыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлив)
где αн - коэффициент теплоотдачи, см. номограмму рис. 6-13; α - степень черноты; сr - коэффициент, определяется по рис. 6-13.
Для определения αн и коэффициента сr вычисляется температура загрязненной стенки (°С)
где t - средняя температура охлаждающей среды, принимается равной температуре насыщения при давлении в парогенераторе, °С; ∆t при сжигании твердых и жидких топлив принимается равной 60 °С, при сжигании газа 25 °С.
10. Подсчитывается суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м2*К):
где £ - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимается £=1, для сложно омываемых пучков £ = 0,95.
11. Вычисляется коэффициент теплопередачи, Вт/(м2*К):
где ф - коэффициент тепловой эффективности, определяемый из табл. 6-5 и 6-6 в зависимости от вида сжигаемого топлива.
12. Определяется количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива или на 1 м3 газа (кДж/кг или кДж/м3)
Температурный напор ∆t определяется для прямотока, противотока, перекрестного тока с числом ходов более четырех при постоянной температуре одной из сред (испарительные конвективные поверхности нагрева) как среднелогарифмическая разность температур (°С)
где ∆t6 и ∆tм - большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости.
Для испарительной конвективной поверхности нагрева
где tкип - температура насыщения при давлении в парогенераторе, определяется из таблиц для насыщенных водяных паров, °С.
Если для прямотока, противотока, перекрестного тока с числом ходов n>4 при постоянной температуре одной из сред (испарительные конвективные поверхности нагрева) ∆t6/∆tм≤1,7, то температурный напор может быть определен как среднеарифметическое разностей температур:
13. По принятым двум значениям температуры ƟI” и ƟII” и полученным двум значениям Q6 и QT производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева.
Для этого строится зависимость Q=f(Ɵ”), показанная на рис. 6-14.
Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания Ɵр", которую следовало бы принять при расчете. Если найденное значение Ɵр" отличается от одного из принятых предварительно значений ƟI” и ƟII” не более чем на 50 °С, то для завершения расчета необходимо по Ɵр" повторно определить только QT, сохранив прежний коэффициент теплопередачи. При большем расхождении заново определяется коэффициент теплопередачи для найденной температуры Ɵр".