- •Содержание
- •1. Состав топлива и конструктивные характеристики котлоагрегата
- •1.1 Определение состава и теплоты сгорания топлива
- •1.2 Конструктивные характеристики котлоагрегата
- •7, 8 И 9 – нижний, промежуточный и верхний коллекторы переднего экрана;
- •2. Расчёт объёмов, энтальпий воздуха и продуктов сгорания
- •2.1 Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам
- •2.2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания
- •2.3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания
- •3. Тепловой баланс и расход топлива
- •4. Расчёт топочной камеры
- •4.1 Определение геометрических характеристик топки
- •4.2 Расчет теплообмена в топке.
- •5. Расчет конвективной поверхности нагрева котла
- •Список литературы:
5. Расчет конвективной поверхности нагрева котла
Исходные данные:
Диаметр труб, мм: 28х3;
Шаги труб, мм: S1=62; S2=32,5.
Расположение труб шахматное.
Поверхность нагрева конвективной части, м2: Н=1170.
Сечение для прохода газов, м2: F = 9,66.
Относительные шаги:
Скорость воды в конвективном пучке [w] оценочно принята 1,1 м/с.
Для расчета конвективных поверхностей нагрева используются два уравнения.
Уравнение теплообмена:
,
где: Q – тепло, воспринятое рассчитываемой поверхностью конвекцией и излучением, отнесенное 1м3 топлива, ккал/нм ;
k – коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева;
- температурный напор,0С;
Вр - расчетный расход топлива, ;
Н – расчетная поверхность нагрева, м .
Уравнение теплового баланса:
,
где: - коэффициент сохранения тепла, учитывающий его потери в окружающую среду, =0,992;
- энтальпия газов на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, ; (температуру после конвективной шахты принимаем Тух = 2000С);
- количество тепла, вносимого присасываемым воздухом, .
Тепло, воспринятое обогреваемой средой вследствие охлаждении газов, рассчитывается по формуле:
где: G- расход воды через рассчитываемую поверхность, кг/ч;
- энтальпия воды на выходе и входе из поверхности нагрева, ккал/кг.
Ориентировочно принимаем температуру воды в конвективных трубках со стороны фронтового экрана - 80,0-103,00С, а температуру воды в конвективных трубках со стороны заднего экрана - 120,0-140,00С.
Средняя температура воды в конвективной поверхности:
.
Расчет конвективной части считается законченным, если тепловосприятие, подсчитанное по уравнению теплообмена, расходится с величиной, подсчитанной по уравнению теплового баланса, не более чем на 2%. При большем расхождении величин принимают новое значение конечной температуры и повторяют расчет.
1. Температурный напор.
Температурный напор определяется как средне логарифмическая разность температур по формуле:
где: - разность температур сред в том конце поверхности, где она больше,0С;
- разность температур на другом конце поверхности,0С;
Поскольку конструкция котла устроена таким образом, что змеевики конвективной части крепятся к фронтовому и заднему экрану и теплоноситель имеет в них разную температуру, то температурный напор вычисляется сначала для змеевиков фронтового экрана, а затем для заднего экрана. Из полученных данных определяется среднее значение температурных напоров.
2. Коэффициент теплопередачи гладкотрубных шахматных и коридорных пучков при сжигании газа и мазута рассчитывается при помощи коэффициента тепловой эффективности :
;
Для котлов, работающих на природном газе при средней температуре газов большей 400 .
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для конвективных пучков:
;
где: - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее газами, частичного перетекания газов помимо нее и образования застойных зон (для поперечно омываемых пучков труб коэффициент =1).
- коэффициент теплоотдачи конвекцией ккал/ ;
ал- коэффициент теплоотдачи излучением ккал/ .
Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от скорости и температуры потока, определяющего линейного потока, расположения труб в пучке, вида поверхности (гладкая или ребристая) и характера ее обмывания (продольное, поперечное или косое), физических свойств омываемой среды и (в отдельных случаях) от температуры стенки.
Расчетная скорость дымовых газов определяется по формуле:
;
где: F – площадь живого сечения, (конструкторские данные);
- расчетный расход топлива, ;
Vг - объем газов на 1 , определенный по среднему избытку воздуха в газоходе, (таблица 3);
Тр - расчетная температура газов в конвективном пучке.
Расчетная температура потока газов равна сумме средней температуры обогреваемой среды и температурного напора.
.
3. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных пучков и ширм, отнесенный к полной поверхности труб (по наружной окружности), вычисляется по формуле:
;
где: С - поправка на число рядов труб по ходу газов, определяется в зависимости от среднего числа рядов в отдельных пакетах рассчитываемых пучков (при );
С - коэффициент, определяемый в зависимости от относительного поперечного шага и значения ;
- средний относительный диагональный шаг труб;
- относительный продольный шаг труб;
;
при
- коэффициент теплопроводности при средней температуре потока, ккал/ :
,
где: - коэффициент теплопроводности дымовых газов среднего состава , определяется в зависимости от температуры уходящих газов, =5,64 ккал/ . таб.IV;
- множитель определяется в зависимости от и температуры газов. =1,02.
[ккал/ ]
- коэффициент кинематической вязкости при средней температуре потока:
- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов среднего состава , определяется в зависимости от температуры уходящих газов, = 89,4 .
- множитель определяется в зависимости от и температуры газов. =1,04.
;
d – диаметр труб, м;
wг – скорость теплоносителя, м/с;
Pr – критерий Прандтля при средней температуре потока:
,
где: - критерий Прандтля для дымовых газов среднего состава , определяется в зависимости от температуры уходящих газов, =0,610;
- множитель определяется в зависимости от . =1,02.
.
.
4. Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания.
Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания для газового потока (при отсутствии золы) находится по следующим формулам:
,
где: а - степень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающих поверхностей, а =0,8.
а – степень черноты потока газов при температуре Тр:
- суммарная оптическая толщина продуктов сгорания (для котлов без наддува р= 0,1МПа);
s – эффективная толщина излучающего слоя, м:
;
- усредненные по поверхности нагрева поперечный и продольный шаги труб, м:
;
- коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:
где: - температура уходящих газов, К;
- суммарная объемная доля трехатомных газов (rп = 0,251);
- суммарное парциальное давление газов, МПа.
.
Т – абсолютная температура продуктов сгорания, К
Т=200,0+273=473,0
- абсолютная температура загрязненной наружной поверхности, К
- при сжигании газа для всех поверхностей нагрева принимают :
;
.
5. Коэффициент теплоотдачи от стенки к обогреваемой среде
Коэффициент теплоотдачи при продольном обтекании поверхности нагрева однофазным турбулентным потоком при давлении и температуре, далеких от критических, определяется по формуле:
;
где - коэффициент теплопроводности при средней температуре среды. (для воды при ) таб.VI;
- коэффициент кинематической вязкости при средней температуре потока:
V;
- коэф-т динамич. вязкости (при );
v – удельный объем воды (при ).
;
w – расчетная скорость воды;
- эквивалентный (внутренний) диаметр, = 0,025м;
Pr – критерий Прандтля, для воды при
- поправка, зависящая от температуры потока и стенки (для воды и других капельных неметаллических жидкостей Pr > 0,7):
- динамическая вязкость жидкости при средней температуре и температуре стенки:
Поправка вводится только при течении в кольцевых каналах и одностороннем обогреве. При двустороннем обогреве =1.
Поправка на относительную длину вводится в случае прямого входа в трубу без закругления при значениях l/d < 50. В нашем - случае не учитывается.
;
;
.
Определяем погрешность вычислений:
< 2%, следовательно расчет закончен.