Расчет первого конвективного пучка

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде – конвекцией.

При расчете конвективных поверхностей нагрева используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Для расчета задаемся температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем уточняем ее путем последовательных приближений. В связи с этим расчет ведем для двух значений температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода. Расчет производим для 1м³ сжигаемого газа при нормальных условиях.

Расчет конвективных поверхностей котла ведем в следующей последовательности.[2]

По чертежу котлоагрегата определяем следующие конструктивные характеристики газохода:

- площадь поверхности нагрева одного конвективного пучка Н=103 м²;

- поперечный шаг труб S₁ = 64 мм;

- продольный шаг труб S₂ = 40 мм;

- число труб в ряду z₁ = 23 шт.;

- число рядов труб по ходу продуктов сгорания z₂ = 7 шт.;

- наружный диаметр и толщина стенки трубы

- площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания F = 0,95 м².

Подсчитываем относительный шаг:

- поперечный

- продольный

Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода:

Весь дальнейший расчет ведем для двух предварительно принятых температур.

Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания по уравнению теплового баланса, кДж/м³:

, (2.4.28)

где - коэффициент сохранения теплоты;

Н' – энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева; принимаем из расчета топочной камеры Н' = Н_т" = 19721 кДж/м³, при О_т"= 1095 ^оС;

Н" – энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка, принимаем из таблицы 2.3 при: О₁" = 600 ^оС Н₁" = 11364,55 кДж/м³,

О₂" = 250 ^оС Н₂" = 4548,86 кДж/м³;

- присос воздуха в конвективном пучке;

Н^о_пр.в. – энтальпия присосанного воздуха при t_в = 30 ^оС,

Н^о_пр.в. = Н^о_х.в. = 378,98 кДж/м³;

кДж/м³,

кДж/м³.

Расчетную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе определяем по формуле, ^оС:

, (2.4.29)

,

Определяем температурный напор, ^оС:

(2.4.30)

где t_к – температура охлаждающей среды, для первого конвективного пучка при полученном теплосъеме в топке t₁ = 95 ^оС;

Подсчитываем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева, м/с:

, (2.4.31)

,

.

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании шахматных пучков по формуле, Вт/(м²К):

, (2.4.32)

где - коэффициент теплоотдачи определяемый по номограмме [2],

= 121 Вт/м²К; =110 Вт/м²К.

с_z – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяем по номограмме [2], с_z = 0,98;

с_s – поправка на компоновку пучка, определяем по номограмме [2],

с_s = 1,0;

с_ф – коэффициент, учитывающий влияние физических параметров потока, определяем по номограмме [2]: ;

,

.

Вычисляем степень черноты газового потока (а). При этом предварительно вычисляем суммарную оптическую толщину:

, (2.4.33)

где s – толщина излучающего слоя, для гладкотрубных пучков определяем по формуле, м:

, (2.4.34)

к_зл. – коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, принимаем при сжигании газа к_зл. = 0;

- концентрация золовых частиц, принимаем ;

р – давление в газоходе, принимаем для котлов без надува равным 0,1МПа;

к_г – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяется по номограмме 5.4 [1]:

,

.

Определяем коэффициент теплоотдачи , учитывающий передачу теплоты излучением, Вт/м²К:

, (2.4.35)

где - коэффициент теплоотдачи, определяем по номограмме [2], Вт/м²К;

а – степень черноты продуктов сгорания, определяем по номограмме [2]: ;

с_г – коэффициент, учитывающий температуру стенки, определяем по номограмме [2].

Для определения и с_г вычисляем температуру загрязненной стенки, ^оС:

, (2.4.36)

где t – средняя температура окружающей среды, t₁ = 95^оС;

- при сжигании газа принимаем равной 25^оС [2];

^оС,

= 0,95.

Вт/м²К,

Вт/м²К.

Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/м²К:

, (2.4.37)

где - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева, принимаем [2];

Вт/м²К,

Вт/м²К.

Определяем коэффициент теплопередачи, Вт/м²К:

, (2.4.38)

где - коэффициент тепловой эффективности, определяем по табл. [2],

;

Вт/м²К,

Вт/м²К.

Определяем количество теплоты, воспринятое поверхность нагрева, кДж/м³:

, (2.4.39)

где - температурный напор для конвективной поверхности нагрева, определяем по формуле, ^оС:

, (2.4.40)

где ∆tб и ∆tм – большая и меньшая разности температуры продуктов сгорания и температуры нагреваемой жидкости;

∆tб=1000°С

∆tм₁=495°С; ∆tм₂=145°С.

^оС,

^оС,

кДж/м³,

кДж/м³.

По принятым двум значениям температуры и и полученным двум значениям Q_б и Q_т строим график зависимости Q = f (О").

Q,кДж/м³

О,°С

- Q_б

- Q_т

Рис.2.2 Графическое определение расчетной температуры

Полученное значение температуры на выходе из конвективной поверхности равное t=295°С не превышает на 50°С принятую ранее температуру, равную 250°С. Поэтому пересчет коэффициента теплопередачи не требуется.

^оС,

кДж/м³

Дата добавления: 2015-07-10