 |
Расчет конвективных испарительных поверхностей.
|
|
|
|
Расчет конвективных испарительных поверхностей нагрева рекомендуется выполнять в следующей последовательности.
1. По чертежу и по техническим характеристикам котлоагрегата (раздел 2, табл. 1.2-1.13) определяют конструктивные характеристики рассчитываемого газохода: площадь поверхности нагрева Н, диаметр труб в пучке d, поперечный шаг труб s1 (в поперечном направлении по отношению к направлению потока рис. 6.1), продольный шаг труб s2 (в продольном направлении по отношению к движению потока, ри. 6.1.), м; z1- число труб в ряду, z2- число рядов труб по ходу продуктов сгорания. Затем рассчитываются относительный поперечный шаг
, (6.1)
и относительный продольный шаг
. (6.2)
Площадь поверхности нагрева, расположенной в газоходе, м2
(6.3)
где l – длина труб, расположенных в газоходе, м, n - общее количество труб, расположенных в газоходе.
Площадь поперечного сечения для прохода продуктов сгорания, м2: при поперечном омывании гладких труб
, (6.4)
при поперечном омывании гладких труб
, (6.5)
где 
и 
- размеры газохода в расчетных сечениях, м; 
- освещенная длина труб (длина проекции трубы), м; 
-число труб в пучке.
2. Предварительно принимаются два значения температуры продуктов сгорания на выходе из рассчитываемого газохода. В дальнейшем весь расчет ведется для для двух значений предварительно принятых температур 
.
3. Определяется тепловосприятие поверхности по уравнению теплового баланса, кДж/кг, кДж/м3,
, (6.6)
где 
определяется по формуле (4.11); 
- определяется по 
диаграмме при температуре и коэффициенте избытка воздуха на входе в поверхность нагрева 
; 
- определяется по диаграмме при температуре и коэффициенте избытка воздуха на выходе из поверхности нагрева; 
величина присоса воздуха в рассчитываемом газоходе; 
принимается по таблице для температуры воздуха 
=30 оС.
|
|
|
4.Вычисляется средняя температура потока продуктов сгорания в газоходе, оС
, (6.7)
где 
- температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее.
5. Определяется температурный напор, оС
(6.8)
где 
к – температура воды на линии насыщения при давлении в барабане котла, оС, определяется по таблицам воды и водяного пара.
6. Подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания в газоходе, м/с
(6.9)
где Vг – объем продуктов сгорания на 1кг твердого или жидкого топлива или на 1м3 газообразного топлива, принимается по табл. 3.3 для соответствующего газохода.
7. Определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева:
при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков и ширм
(6.10)
при продольном омывании
(6.11)
где 
- коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме: при поперечном омывании коридорных пучков – по рис 6.1, при поперечном омывании шахматных пучков – по рис 6.2, при продольном омывании - по рис.6.3; сz- поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков по рис.6.1, при поперечном омывании шахматных пучков по рис.6.2; сs – поправка на геометрическую компоновку пучка труб, определяется для коридорных и шахматных пучков при поперечном омывании по рис.6.1 и 6.2, соответственно; сф – коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется для коридорных и шахматных пучков при поперечном омывании по рис.6.1 и 6.2, соответственно; сl – поправка на относительную длину, вводится при 
и определяется в случае прямого входа в трубу, без закругления; при продольном омывании продуктами сгорания поправка вводится для котельных пучков и не вводится для ширм.
|
|
|
Рис.6.1. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков.
Рис.6.2. Коэффициент теплоотдачи при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков
Рис.6.3. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании для воздуха и продуктов сгорания
При охлаждении продуктов сгорания и воздуха 
, Вт/(м2К), при нагревании воздуха 
, Вт/(м2К)
Рис.6.4. Коэффициент теплоотдачи излучением
8. Определяется степень черноты газового потока по номограмме рис.5.5. Для определения степени черноты по номограмме необходимо вычислить суммарную оптическую толщину ослабления лучей
(6.12)
где kгrп – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, kг определяется в соответствии с формулой (5.6) или по номограмме (рис.5.4), rп – из табл. 3.3; kзл- коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, определяется по рис. 5.3 при сжигании твердого топлива в пылеугольных топках; при сжигании газа, жидкого топлива и твердого топлива в слоевых и факельно-слоевых топках kзл=0; 
- концентрация золовых частиц, принимается по таблице 3.3; p – давление в газоходе, для котлов, работающих без наддува, принимается равным 0,1 МПа.
Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков труб, м
. (6.13)
9. Определяется коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности конвективных пучков, Вт/(м2 К):
для запыленного потока (при сжигании твердых топлив)
(6.14)
для незапыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива)
(6.15)
где - коэффициент теплоотдачи излучением, определенный по номограмме рис.6.4; - степень черноты, определенная по рис.5.5; сг –коэффициент, определяемый по рис.6.4.
Для определения и коэффициента сг необходимо знать температуру загрязненной стенки, оС
(6.16)
где t средняя температура пароводяной смеси, принимается равной температуре насыщения при давлении в барабане котлоагрегата, оС; 
t при сжигании твердых и жидких топлив принимается равной 60 оС, при сжигании газа 25 оС.
10. Подсчитывается суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м2 К):
|
|
|
(6.17)
где 
- коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерности омывания ее продуктами сгорания, образования застойных зон, для поперечно омываемых пучков принимается =1,0, для сложно омываемых =0,95.
11. Вычисляется коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 К):
, (6.18)
где 
- коэффициент тепловой эффективности, определяется по таблицам 6.1 и 6.2.
Таблица 6.1.
Коэффициент тепловой эффективности для конвективных поверхностей нагрева* при сжигании различных твердых топлив
| Топливо | Значение |
| АШ и тощие угли | 0,6 |
| Каменные, бурые угли (кроме подмосковных и канско-ачинских), промежуточные продукты каменных углей | 0,65 |
| Подмосковный уголь | 0,7 |
| Бурые угли канско-ачинского месторождения, фрезерный торф и древесное топливо | 0,6 |
| Северо-западные сланцы, кашпирские сланцы | 0,5 |
*Фестоны парогенераторов большой мощности, развитые котельные пучки котлов малой мощности, конвективные пароперегреватели и экономайзеры с коридорным расположением труб.
Для всех видов твердого топлива, кроме подмосковного угля, требуется очистка конвективных поверхностей нагрева.
Таблица 6.2.
Коэффициент тепловой эффективности для конвективных поверхностей при сжигании газа и мазута
| Поверхность нагрева | Скорость продуктов сгорания, м/с | Значение коэффициента
|
| При сжигании мазута | ||
| Первые и вторые ступени экономайзеров с очисткой поверхностей нагрева дробью | 12-20 | 0,65-0,6 |
| То же | 4-12 | 0,7-0,65 |
| Пароперегреватели, расположенные в конвективной шахте, при очистке дробью, а также коридорные пароперегреватели в горизонтальном газоходе, без очистки; котельные пучки котлов малой мощности, фестоны | 12-20 | 0,6 |
| То же | 4-12 | 0,65-0,6 |
| Экономайзеры котлов малой мощности (при температуре воды на входе 100оС и меньше) | 4-12 | 0,55-0,5 |
| При сжигании газа | ||
Первые ступени экономайзеров и одноступенчатые экономайзеры, в том числе плавниковые и ребристые, при температуре продуктов сгорания на входе в них 
| - | 0,9 |
Вторые ступени экономайзеров, пароперегреватели и другие конвективные поверхности нагрева, в том числе плавниковые и ребристые, при температуре продуктов сгорания на входе в них 
| - | 0,85 |
|
|
|
Примечание. 1. При сжигании газа после сжигания мазута коэффициент тепловой эффективности принимается средним между значениями для газа и мазута. 2.При сжигании газа после твердого топлива (без остановки котла) коэффициент тепловой эффективности принимается как для твердого топлива. 3. Больший коэффициент тепловой эффективности принимается для меньшей скорости.
12. Определяется количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 кг сжигаемого твердого или жидкого топлива или на 1 м3 газа, кДж/кг, кДж/м3
(6.19)
Температурный напор 
для испарительной поверхности нагрева определяется по формуле
(6.20)
где tкип – температура насыщения при давлении в барабане котла, оС, определяется по таблицам воды и водяного пара.
Для испарительных поверхностей нагрева если 
, то температурный напор может быть определен как среднеарифметическое разностей температур:
(6.21)
13. По принятым предварительно двум значениям температуры 
и 
и полученным двум значениям Qб и Qт производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строится зависимость 
, показанная на рис.6.5. Точка пересечения прямых дает действительное значение температуры продуктов сгорания за поверхностью 
.
Рис.6.5. Графическое определение расчетной температуры
|
|
|
