Тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева.

Общие положения расчета.

Расчет конвективных поверхностей нагрева выполняют только поверочный, так как все котлы данного типоразмера выпускаются с одинаковой котельной поверхностью нагрева. Поэтому, цель расчета этих поверхностей нагрева заключается в определении температуры дымовых газов на выходе из них.

Особенность расчета конвективных поверхностей состоит в том, что в уравнении теплового баланса можно подсчитать только количество тепла, отданного дымовыми газами, и нет возможности подсчитать количество тепла, воспринятое обогреваемой средой, т. е. нельзя составить уравнение тепловосприятия обогреваемой среды. Поэтому, при расчете этих поверхностей нагрева параллельно определяют ко­личество тепла переданного от дымовых газов к воде, пару или воз- духу по уравнениям теплового баланса и теплопередачи, предварительно задаваясь температурой дымовых газов за поверхностью нагрева.При правильном предварительном выборе этой температуры коли­чества тепла, определенные по обоим уравнениям должны совпасть. При неправильном ее выборе этого не получится и расчет поверхнос­ти нагрева выполняется повторно при новом значении предварительно I выбранной температуры дымовых газов за поверхностью нагрева. Рас­чет считается законченным, если расхождение между количеством пе­реданного тепла, определенным по обоим уравнениям, не превышает 2% при расчете котельных пучков.

Если температура дымовых газов при первом расчете была выбра­на неправильно, то при втором расчете целесообразно выбрать ее так,

чтобы она отличалась от температуры, принятой при первом расчете,

не более, чем на + - 50 С, так как в этом случае можно не пересчиты­вать коэффициент теплопередачи ввиду малого его изменения. Следует только пересчитывать значение температурного напора и решить урав­нение теплового баланса и теплопередачи. Если и после второго рас­чета расхождения между значениями количества тепла, определенными по уравнениям теплового баланса и теплопередачи окажется выше 2%, весь расчет необходимо повторить с выбором другой температуры и определением коэффициента теплопередачи и температурного напора. Окончательными значениями температуры и тепловосприятия являются те, которые вошли в уравнение теплового баланса.

Тепловой расчет пароперегревателя выполняется конструкторс­ким - проверяется соответствие его поверхности для получения перегретого пара заданных параметров при сжигании заданного вида топлива. При этом, расчет пароперегревателя считается законченным, если расхождение между проектным значением поверхности нагрева и получаемым в результате расчета не превышает - 2%. В противном случае следует уточнить значение удельной тепловой нагрузки паро­перегревателя в соответствии с рекомендациями нормативного метода теплового расчета котлоагрегатов.

5.2. Тепловой расчет пароперегревателя.

Тепловой расчет пароперегревателя обычно выполняют конструкторский, так как поверхность нагрева, необходимая для перегрева до заданной температуры данного количества пара, в значительной мере зависит от характеристик сжигаемого топлива.

Предварительно по чертежу котлоагрегата составляется эскиз пароперегревателя и его принципиальная схема включения. Масштаб эскиза 1:50 и 1:100 в зависимости от производительности котла.

По чертежам котлоагрегата определяются необходимые для теплового расчета конструктивные характеристики пароперегревателя и представляются в виде таблицы 5.1.

Таблица 5.1.

Конструктивные характеристики пароперегревателя.

Наименование величин	Обозначение	Единицы измерения	Числовые значение
Диаметр трубы и толщина стенки		мм
Число змеевиков, включенных параллльно по пару		шт
Число труб в ряду (поперек газохода)		шт
Число рядов (труб) по ходу газа		шт
Шаг труб	Продольный		мм
Поперечный		68,5
Относительный продольный шаг			2,34375
Относительный поперечный шаг			2,140625
Расположение труб	коридорное
Характер омывания	поперечный
Размеры газохода	высота		м	2,75
ширина		м	1,111
Сечение для прохода газов		м^2	2,486418
Живое сечение для прохода пара		м^2	0,012868
Эффективная толщина излучающего слоя		м	0,137145
Общая поверхность нагрева (по чертежам)		м^2

Расчет пароперегревателя начинают с составления уравнения:

; (5.1)

- суммарное тепловосприятие перегревателя, кДж/кг;

- паропроизводительность котлоагрегата, кг/с;

- энтальпии насыщенного (определяется по таблицам водяного пара в зависимости от заданного в условии к курсовому проекту давления перегретого пара, причем используется абсолютное давление пара) и перегретого пара (определяется с помощью таблиц насыщения водяного пара по заданной в условии к курсовому проекту температуре перегретого пара), кДж/кг;

- коэффициент сохранения тепла;

- энтальпии дымовых газов на входе в пароперегреватель и на выходе из него, кДж/кг;

- теплосодержание воздуха, присосанного в газоход, кДж/кг.

Так как, в пароперегреватель идут дымовые газы из топки, то энтальпия дымовых газов на выходе из топки, т.е. .

По левой части уравнения (5.1) определяется , а из правой- энтальпия дымовых газов за пароперегревателем:

(5.2)

Затем, с помощью диаграммы находится температура дымовых газов за пароперегревателем.

Усредненная температура дымовых газов в пароперегревателе подсчитывается по формуле:

; (5.3)
где - температура дымовых газов на входе в пароперегреватель равна температуре дымовых газов на выходе из топки.

Средний температурный напор греющей (дымовых газов) и нагреваемой (пара) сред находится выражением:

, (5.4)

Средняя скорость пара в пароперегревателе находится по формуле:

, (5.5)
где - удельный объем перегретого пара, который определяется по таблицам насыщения водяного пара при , м³/кг;

- площадь сечения пароперегревателя для прохода пара (таблица 5.1)

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к перегретому пару могут быть найдены по формуле:

; (5.6)
или по номограмме «Для определения коэффициента теплоотдачи при продольном омывании труб для перегретого пара».

В формуле (5.6):

- коэффициент теплопроводности пара, Вт/м*К;

- коэффициент кинематической вязкости пара, м²/с;

- число Прандтля для пара.

Параметры принимаются для усредненной температуры пара в пароперегревателе.

Усредненная скорость дымовых газов в пучке труб пароперегревателя определяется по формуле:

, (5.7)

В качестве поперечного сечения принимается сечение, перегороженное трубами (живое сечение), так, что площадь поперечного сечения определяется по формуле:

(5.8) (5.8)
где - размер газохода в направлении труб, м;

- размер газохода поперек труб, м;

- число труб, перегораживающих сечение газохода в одном ряду;

- наружный диаметр труб, м;

Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к поверхности труб пароперегревателя при коридорном расположении труб находится по формуле:

; (5.9)
где - поправка на число поперечных рядов труб по ходу газа (определяется графически);

- число рядов труб;

- поправка, учитывающая влияние на коэффициент теплоотдачи состава дымовых газов и их температуры, определяется по графику;

- коэффициент теплопроводности дымовых газов, Вт/м*К;

- кинематический коэффициент вязкости дымовых газов, м²/с;

- критерий Прандтля, для дымовых газов.

Параметры и критерии определяются по приложениям.

Уточняется значение по номограмме.

Эффективная толщина излучающего слоя при излучении ограниченного со всех сторон газового объема на ограждающие поверхности определяется по формуле:

(5.10)

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами находится таким образом:

(5.11)
и уточняется по номограмме.

Затем, определить силу поглощения газового потока трехатомными газами:

(5.12)

Степень черноты запыленного потока находится по формуле:

(5.13)
и уточнить по графику.

Экономичность и надежность работы котлоагрегата зависит от степени загрязнения поверхности нагрева, снижаясь по мере роста золовых отложений. По рекомендации нормативного метода теплового расчета котлоагрегата ориентировочно принимают для коридорных пароперегревателей при сжигании твердого и газообразного топлива .

Температура наружной поверхности загрязненных труб находится по формуле:

(5.14)
где - проектная величина поверхности нагрева пароперегревателя не известна, то при расчете температуры необходимо ориентировочно задаться величиной удельной тепловой нагрузки пароперегревателя:

Нормативный метод расчета котлоагрегатов рекомендует для пароперегревателей принимать тепловую нагрузку в зависимости от температуры дымовых газов на вход в пароперегреватель:

при
при
при

Т.е. в пределах (20-30) кВт/м².

Значение коэффициента омывания или степень заполнения газохода для большинства существующих конструкций составляет 0,9-1.

Отдача тепла дымовыми газами стенке трубы происходит как чистой конвекцией, так и излучением, при высокой температуре дымовых газов излучение оказывает заметное влияние на процесс передачи тепла в пароперегревателе.

Коэффициент теплоотдачи излучением незапыленного потока определяется по графику, на основании которого:

где находится по графику в зависимости от средней температуры дымовых газов и температуры наружной поверхности труб,

- степень черноты газового потока;

- поправочный коэффициент, зависящий от температур газового потока и стенки, определяется по графику.

Общий коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубы определяется путем суммирования коэффициентов теплоотдачи конвекцией и излучением и выражается формулой:

(5.15)

В пароперегревателях величина довольно заметно влияет на коэффициент теплоотдачи и формула для его определения имеет вид:

(5.16)

Искомая в расчете величина поверхности нагрева определяется из

уравнения теплоотдачи в пароперегревателе и выражпется формулой:

(5.17)

Результаты теплового расчета пароперегревателя сводятся в таблицу 5.2.

Таблица 5.2.

Тепловой расчет пароперегревателя.

Наименование рассчитываемой величины	Обозначение	Единицы измерения	Расчетная формула, расчет	Результаты
Тепловосприятие пароперегревателя		кДж/кг
Энтальпия дымовых газов за пароперегревателем		кДж/кг
Температура дымовых газов за пароперегревателем		°С	таблица
Средняя температура дымовых газов		°С
Средняя температура пара в пароперегревателе		°С
Средний температурный напор в пароперегревателе		°С
Удельный объем пара в пароперегревателе при средней температуре		м^3/кг	Таблицы водяного пара
Средняя скорость пара в пароперегревателе		м/с
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к пару		Вт/м^2*К
Средняя скорость дымовых газов в пароперегревателе		м/с
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенке		Вт/м^2*К
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов	-	бар.м
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
Сила поглощения газового потока
Степень черноты газового потока
Коэффициент загрязнения труб		м^2*К/Вт	Рекомендации
Температура наружной поверхности труб		°С
Коэффициент теплоотдачи излучением незапыленного потока		Вт/м^2*К
Коэффициент омывания пароперегревателя дымовыми газами			Рекомендации
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы		Вт/м^2*К
Коэффициент теплоотдачи в пароперегревателе		Вт/м^2*К
Поверхность нагрева пароперегревателя		м^2
Невязка поверхности нагрева пароперегревателя	-	%

После завершения расчета пароперегревателя необходимо проверить точность определения поверхности нагрева. Если невязка расчета не превышает 2%, расчет считается законченным. В противном случае его следует повторить, изменив температуру газов; величина температурного напора во всех случаях пересчитывается. Кроме того, необходимо на отдельном листе представить график изменения температур горячей среды (дымовых газов) и нагреваемой (пара) вдоль поверхности нагрева пароперегревателя с указанием конкретных значений температур сред на входе в пароперегреватель и на выходе из него.

5.3.Тепловой расчет газоходов котла.

В большинстве котлов ДКВр расположено два газохода, иначе называемые котельными пучками. Прежде чем приступить к расчету необходимо, по чертежам котла составить в масштабе 1:50 или 1:100 эскизы обоих газоходов и поместить их в курсовой проект. Затем для каждого газохода определим основные конструктивные характеристики, необходимые для расчета и представить их в виде таблиц (см.табл.5.3).

Таблица 5.3.

Конструктивные характеристики газоходов.

Наименование величин	обозначение	Единицы измерения	Числовые значения
I газоход	II газоход
Диаметр и толщина труб		мм
Средняя длина труб		м
Число рядов труб вдоль оси котла		шт
Число рядов труб поперек оси котла
Расположение труб	коридорное
Шаг труб	продольный		мм
поперечный
Характер омывания	поперечный
Сечение для прохода газов		м^2
Эффективная толщина излучающего слоя		м
Поверхность нагрева		м^2

Така я же таблица составляется и для второго газохода.

Методика теплового расчета как первого, так и второго газоходов одинаковая. В первую очередь по чертежам котла необходимо определить ширину и высоту в каждого из газоходов. Для расчета газохода следует ориентировочно задаться двумя значениями температур на выходе из газохода (но более низкими, чем температуры газов на входе в данный газоход) и по этим значениям выполняются два параллельных расчета. Если расчет сбалансируется при одной из заданных температур, то эта температура и будет искомой температурой газов, покидающих рассчитываемый газоход. Если же при обеих взятых температурах баланса равенства не будет, то в этом случае искомую температуру находить графоаналитически.

Для этого, на оси абсцисс (рис. 5.5) откладывают в масштабе температуру газов, покидающих газоход, а по оси ординат (в другом масштабе) - числовые значения и , подсчитанные при этих температурах. Полученные точки дают возможность построить две прямые (прямую изменения и прямую изменения ); точка пересечения этих прямых при переносе ее на ось абсцисс и дает искомую температуру , которая используется в дальнейших расчетах.

Все используемые формулы, расчетные операции и результаты расчетов каждого из газоходов помещаются в таблицу 5.5. Каждый из газоходов рассчитывается при своем значении коэффициента избытка воздуха.

Основные уравнения при расчете конвективного теплообмена в газоходах следующие: уравнение теплопередачи:

, кВт; (5.18)
и уравнение количества тепла, переданного поверхности в результате изменения энтальпий газов на входе в газоход и на выходе из него:

кВт; (5.19)

Расчет считается завершенным, когда выполняется равенство:

; (5.20)
где - расход топлива, кг/с;

- коэффициент сохранения тепла;

- энтальпии газов до и после газоходов, определяемые по диаграмме, кДж/кг;

- энтальпия воздуха, поступившего в газоход за счет присоса из окружающей среды, кДж/кг;

- величина присоса воздуха;

- поверхности нагрева газоходов, м²;

- коэффициент теплопередачи, Вт/м²*К;

- средняя логарифмическая разность температур нагревающей и нагреваемой сред, иначе называемая температурным напором и равная:

; (5.21)
где - температуры дымовых газов на входе в газоход и на выходе из него, °С;

- температура насыщения пара, °С.

Поверхность нагрева газохода определяется по формуле:

; (5.22)

Величины приведены в конструктивных характеристиках.

- число труб, входящих в газоход, шт;

Из всех величин, входящих в равенство (5.20), наиболее сложно определить коэффициент теплопередачи от газов к воде, который зависит от схемы взаимного движения теплообменивающихся сред.

Для котельных газоходов величину расчетного коэффициента теплопередачи следует определять по формуле:

; (5.23)
где - коэффициент омывания или степень заполнения газохода, для большинства существующих конструкций 0,9-1;

- коэффициент загрязнения поверхности нагрева;

- коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке, Вт/м²*К;

- коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания, Вт/м²*К;

Таблица 5.4.

Значение коэффициента .

Топливо	Гладкотрубные пучки	Чугунные экономайзеры
Твердое	0,015-0,02	0,03

Средняя скорость дымовых газов находится по формуле:

; (5.24)
где - площадь поперечного сечения для прохода газов в газоходе, м² находится с помощью выражения:

;
где - размеры газохода в свету, м;

- число труб в одном ряду, шт;

- наружный диаметр труб, м

- длина, омываемых газами труб, м.

Объемная доля трехатомных газов, содержащихся в дымовых газах , рассчитана ранее при соответствующем для рассчитываемого газохода коэффициенте избытка воздуха.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами , суммарная поглощательная способность газового потока , степень черноты газового потока и коэффициент теплоотдачи излучением находятся также, как и при расчете пароперегревателя.

Невязка расчета:

не должна превышать 2%. В противном случае нужно повторить расчет при других значениях температур на выходе из рассчитываемого газохода .

После расчетов обоих газоходов необходимо на отдельном листе представить графики изменения температур дымовых газов и воды вдоль поверхности нагрева в каждом из рассчитываемых газоходов с указанием конкретных значений температур сред на входе в газоход и на выходе из него.

Таблица 5.5.

Тепловой расчет газоходов.

Наименование рассчитываемой величины	Обозначение	Единицы измерения	Расчетная формула, расчет	Результат
I газоход	II газоход
Температура дымовых газов перед газоходом		°С	Из расчета
Энтальпия дымовых газов перед газоходом		кДж/кг	таблица
Температура дымовых газов за газоходом		°С	Задаемся
Энтальпия дымовых газов за газоходом		кДж/кг	таблица
Тепловосприятие газохода по уравнению теплового баланса		кВт
Средний температурный напор		°С
Средняя температура дымовых газов		°С
Средняя скорость дымовых газов		м/с
Коэффициент теплоотдачи конвекцией		Вт/м^2*К
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов		бар.м
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами		-
Суммарная сила поглощения газового потока		бар.м
Степень черноты газового потока		-
Коэффициент загрязнения поверхности нагрева		м^2*К/Вт	Рекомендации
Температура наружной поверхности загрязненных труб		°С
Коэффициент теплоотдачи излучением незапыленного потока		Вт/м^2*К
Коэффициент омывания газохода дымовыми газами		-	Номограмма
Коэффициент теплопередачи в газоходе		Вт/м^2*К
Тепловосприятие котла по уравнению теплопередачи		кВт
Невязка тепловосприятия в газоходе		%
Истинное значение температуры дымовых газов за газоходом		°С	График
Истинное значение энтальпии дымовых газов за газоходом		кДж/кг	таблица
Истинное тепловосприятие газохода по уравнению теплового баланса		кВт

Дата добавления: 2015-07-26