8.3. Расчет пароводяных кожухотрубчатых теплообменников

Пароводяные теплообменники рассчитываются по той же схеме, что и водоводяные. Последовательность расчета представлена формулами (8.3) – (8.15). Особенностью является то, что теплопередача от пара к стенке сопровождается его конденсацией при постоянном давлении и температуре, т.е. t_гр=const. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемой воде α₂ рассчитывается по (8.9).

Коэффициент теплоотдачи α₁, Вт/(м₂∙⁰С), от конденсирующегося пара к стенкам труб определяется по формуле

, (8.14)

где t_н – температура насыщения пара, ⁰С;

т – число трубок, шт, в теплообменнике,

t_ст=0,5∙(t_н – t^cp_нагр) – температура стенки, ⁰C.

9. Аэродинамический расчет тягодутьевого тракта

Тягодутьевой тракт является одним из вспомогательных элементов ТГУ, обеспечивающим её нормальную работу. Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечивается подача необходимого количества воздуха в топку, движение дымовых газов по газоходам котла и их удаление в атмосферу.

Целью аэродинамического расчета котельной установки является выбор необходимых тягодутьевых машин на основе производительности тяговой и дутьевой систем и перепада полных давлений в газовом и воздушном трактах.

Под производительностью тягодутьевой машины понимают объем перемещаемых газов (воздуха) в единицу времени, измеренный во входном сечении.

В основу аэродинамического расчёта тягодутьевого тракта положен нормативный метод [8].

Расчет потерь давления в воздушном и дымовом трактах производится по формуле:

, (9.1)

где ΣΔр_трен – сумма потерь давления на трения по тракту, Па;

ΣΔр_мест –­ сумма потерь давления на местные сопротивления по тракту, Па.

В котлах раздельно рассчитывают перепады давлений в воздушном тракте (от места забора воздуха из окружающей атмосферы до выхода воздуха в топку), и в газовом тракте (от топки до выхода газов из дымовой трубы).

Потери напора в местных сопротивлениях складываются из падения давления в запорных задвижках, коллекторах, гибах труб, переходах, где изменяются скорости и направления потока. К числу местных сопротивлений относятся шиберы и заслонки, устанавливаемые в газоходах и воздухопроводах для регулирования тяги или расхода воздуха.

9.1. Аэродинамический расчет газового тракта

Аэродинамический расчет газового тракта ведется в следующей последовательности:

1. Определяют часовой объем дыма от одного котельного агрегата по формуле:

(9.2)

где V_г^д – действительное количество дымовых газов при средней величине избытка воздуха в газоходе (в экономайзере, или в воздухоподогревателе), м³/кг (данные теплового расчета);

В_р – расчетный расход топлива, кг/с, (данные теплового расчета);

ρ_г⁰ – плотность газового топлива, кг/м³:

При нормальных условиях ρ_г⁰ зависит от вида и состава топлива и определяется следующим образом:

– при сжигании твердого и жидкого топлива:

; (9.3)

при сжигании газообразного топлива

(9.4)

где А_р – зольность рабочего топлива, %;

α – коэффициент избытка воздуха;

V⁰ – теоретически объем воздуха для горения при α=1, м³/кг, м³/ м³;

W_ф – количество влаги, вносимое в топку в виде водяных паров, м³/кг;

ρ^с_г.т. – плотность сухого газа, кг/м³;

d_г.т. – содержание влаги в топливе, кг/м³, равное 10 г/м3;

V_г^д – средний объем продуктов сгорания при нормальных условиях и средней величине избытка воздуха в газоходе, м³/ч;

Для действительных условий плотность газовоздушной смеси определяется по формуле:

, (9.5)

где t_г – температура газов у дымососа, ⁰С, принимается равной температуре газов за воздухоподогревателем (при его отсутствии за экономайзером).

2. Выбирают магистральное направление – наиболее длинную и нагруженную ветвь (от дымовой трубы до наиболее удаленного котла) и разбивают ее на участки, как это показано на рис.9.1

1 – котел;

2 – дымовая труба,

3 –дымовой канал

Рис. 9.1. Расчетная схема газового тракта теплогенерирующей

установки

3. Определяют сечение дымовых боровов на участках, задаваясь скоростью движения дымовых газов от 8 – 12 м/с по формуле

(9.6)

ω_дым – скорость движения газовой среды на участке, м/с

3. По табл. П 9 находят стандартный размер дымового борова и находят действительную скорость движения дымовых газов по формуле

(9.7)

Определяют потери напора в местном сопротивлении в Па на участке по формуле:

, (9.8)

где ω_д – скорость за местным сопротивлением, м/с;

ρ_д – плотность газовой среды, кг/м³, найденная по формуле (9.5);

ξ – коэффициент местного сопротивления принимаемый в зависимости от типа местного сопротивления определяется по прил. П 9 или [3].

3. Потери напора на трение на участке, Па, рассчитывают по формуле Дарси-Вейсбаха:

(9.9)

где λ – коэффициент сопротивления трения, зависящий при турбулентном режиме от шероховатости трубы, а при ламинарном и турбулентном от числа Рейнольдса Re = ω_дd_вн/ν;

l_i – длина участка, м;

ρ – плотность газа, кг/м³

ω – средняя скорость потока, м/с.

d_э – эквивалентный диаметр, равный для круглого сечения его диаметру, а для некруглого определяемый по формуле, м:

. (9.10)

F – сечение канала, м²;

и – полный омываемой средой периметр, м.

Для газохода прямоугольного сечения, заполненного продольно омываемым пучком труб, эквивалентный диаметр, м, можно определить по формуле

, (9.11)

а и b – поперечные размеры газохода в свету, м;

z – число труб в газоходе;

d_н – наружный диаметр труб, м.

Расчетные значения коэффициента трения λ в зависимости от состояния поверхности стенок, ограничивающих течение, и критерия Re определяется с помощью следующих формул:

а) при ламинарном движении потока

, (9.12)

где А – коэффициент, зависящий от геометрической формы сечения канала (табл. 9.1)

Таблица 9.1. Значение приведенного диаметра d_экв и коэффициента формы А

Форма сечения канала	dэкв	А
Круг диаметром d	d
Квадрат со стороной а	а
Прямоугольник со сторонами а и b
При a/b:
0,10	1,81·а	85
0,20	1,67·а	76
0,25	1,60·а	73
0,33	1,50·а	69
0,50	1,30·а	62

б) для гидравлически гладких труб и каналов при Re = 2300 – 100000 справедлива формула Блазиуса

(9.13)

при Re>100000 справедлива формула Никурадзе

. (9.14)

в) для технических труб и каналов с неравномерной шероховатостью стенок для турбулентных течений определяется по формуле Альтшуля:

, (9.15)

где Δ – средняя абсолютная высота выступов шероховатости стенок трубы в радиальном направлении имеющая ориентировочно следующие значения, табл. 9.2.

Таблица 9.2. Средние значения неравномерной шероховатости

поверхности стенок труб и каналов

Материал и состояние поверхности	Δ, мм
Новые бесшовные стальные трубы	0,10
Цельнотянутые стальные и железные трубы после нескольких лет эксплуатации	0,20
Трубы из листового железа и хорошо заглаженные цементные трубы	0,33
Старые заржавленные трубы	0,60
Бетонные и кирпичные каналы в хорошем состоянии	3,0
Бетонные и кирпичные каналы, требующие ремонта	7,5
Обычная бутовая кладка на цементе	12,0

Замечание 1: В случаях грубо приближенных расчетов принимают следующие средние значения коэффициента λ: для кирпичных каналов 0,05; для металлических шероховатых труб 0,25; для металлических гладких труб 0,02.

Замечание 2: При расчете сопротивления на трение газопроводов, если скорость газа в них меньше 12 м/с, то сопротивление равно 1 Па (0.1 кгс/см²) на 1 м длины; при искусственной и указанных скоростях эти сопротивления не учитываются.

3. Проводят расчет дымовой трубы по методике приведенной ниже.