5.2 Тепловой расчёт первого конвективного пучка

Расчёт конвективной поверхности нагрева начинаем с уточнения её конструкции и определения всех необходимых её размеров и характеристик, найденные по справочнику: длины, высоты, ширины, сгорания, общей площади поверхности теплообмена и т.п.

Далее с использованием чертежа котла и его технических характеристик определяют способ омывания труб конвективной поверхности нагрева продуктами сгорания, в нашем случае поперечный. Находим продольный и поперечный шаги труб конвективной поверхности, диаметр и число труб вдоль и поперёк потока.

Расчёт конвективной поверхности нагрева котла ведём в нижеследующей последовательности.

Определяем общую площадь для поверхности нагрева F = 207м². Она взята из технических характеристик котла, которые приведены в [3].

Находим площадь для прохода продуктов сгорания в конвективной поверхности нагрева f_ПР. для этого находим среднюю высоту труб l_СР в рассматриваемом проходном сечении конвективной поверхности, определяем ширину B проходного сечения, наружный диаметр d труб и их число в нём n₁. Величину площади проходного сечения, тогда можно рассчитать по формуле:

Температуру и энтальпию продуктов сгорания на входе в рассчитываемую конвективную поверхность берём из теплового расчёта предыдущей поверхности нагрева. Например, для первого конвективного пучка, когда продукты сгорания попадают сразу из топки в конвективный пучок, эта температура и энтальпия должны быть взята как рассчитанные на выходе из топки (см. формулы 4.17 и 4.18).

Задаёмся двумя температурами продуктов сгорания из рассчитываемой конвективной поверхности нагрева и . В дальнейшем для этих двух заданных температур и ведём два расчёта.

По этим двум заданным температурам по таблице 2.3 определяют энтальпии продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева и , затем рассчитываем по уравнению теплового баланса количество теплоты, переданное в поверхности нагрева Q_Б1 и Q_Б2.

Q_1Б = 0,9829*(8889,5077 – 3638,3704 + 0,05×133,303) = 5667,8940 кДж/м³

Q_2Б = 0,9829*(8889,5077 – 4613,6692 + 0,05×133,303) = 4209,2728кДж/м³

Находим средние температуры продуктов сгорания для конвективной поверхности нагрева, ^оС

Определяем средние скорости движения продуктов сгорания в проходном сечении конвективной поверхности нагрева, м/с,

V_Г – полный объём продуктов сгорания для рассчитанной поверхности нагрева, м³/м³, принимаемый по таблице (2.1).

По найденным скоростям, типу пучка труб и по известному способу омывания труб продуктами сгорания находим коэффициенты теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности труб α_1,Н = 140 Вт/(м²К) и α_2,Н =135 Вт/(м²К). тогда коэффициенты теплоотдачи конвекцией к трубам с учётом различного рода поправок могут быть рассчитаны по формулам, Вт/(м²К):

где С_S, С_Ф, С_n,2 – поправочные коэффициенты соответственно на компоновку поверхности нагрева, влияние изменения теплофизических свойств продуктов сгорания по длине поверхности нагрева, на число труб в поверхности нагрева вдоль потока продуктов сгорания, на относительную длину труб.

При использовании номограмм, следует пользоваться обозначениями:

S₁ и S₂ – поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева, м;

d – наружный диаметр труб поверхности нагрева, м;

- относительные поперечный и продольный шаги труб поверхности нагрева.

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности труб, Вт/(м²К):

где α_ЛН – коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания, Вт/(м²К);

а_Ф – степень черноты продуктов сгорания, определяемая по формуле (4.10). при расчёте а_Ф по этим формулам необходимо использовать новую длину пути луча для конвективной поверхности нагрева S_КП, м,

также в формуле (4.7) необходимо использовать своё парциальное давление водяного пара для данной поверхности нагрева, приведённой в таблице 2.1. Вместо температуры в этой формуле необходимо подставлять среднюю температуру продуктов сгорания в конвективной поверхности нагрева, найденную по формулам (5.5).

перед определением коэффициента теплоотдачи излучением α_ЛН следует рассчитать температуру наружной поверхности загрязнений на трубах t₃ по формуле, ^оС,

t₃ = t + Δt=110+60=170

t = 0.5×(t_ГВ + t_ХВ) =0.5×(150+70)=110^оС

Δt – перепад температуры в слое загрязнений, равный 60^оС;

следовательно α_1,ЛН = 79 Вт/(м²К), α_2,ЛН = 81 Вт/(м²К).

определим коэффициент ослабления лучей:

Затем рассчитывается коэффициент ослабления лучей сажестыми частицами (м×МПа)^-1.

(4.8)

тогда коэффициент ослабления лучей в топочной камере может быть рассчитан по формуле, м×МПа, при сжигании:

k = k_Г×r_П+k_к +k_мз×μ_зл= 44,1197×0,1892+0,15+0,0610×1,0083=8,5735

где при сжигании необходимо учесть коэффициенты ослабления лучей коксовыми k_к и золовыми частицами.

Коэффициенты ослабления лучей золовыми частицами можно рассчитать по формуле:

Затем рассчитывается коэффициент ослабления лучей сажестыми частицами (м×МПа)^-1.

тогда коэффициент ослабления лучей в топочной камере может быть рассчитан по формуле, м×МПа, при сжигании:

k = k_Г×r_П+k_к +k_мз×μ_зл= 48,4062×0,1892+0,15+0,0589×1,0083=9,3678

где при сжигании необходимо учесть коэффициенты ослабления лучей коксовыми k_к и золовыми частицами.

Коэффициенты ослабления лучей золовыми частицами можно рассчитать по формуле:

Рассчитывают коэффициент теплопередачи для конвективной поверхности нагрева, Вт/(м²К),

(5.9)

где ζ_Н – коэффициент, учитывающий неравномерность омывания продуктами сгорания конвективной поверхности нагрева, равный, 1;

χ₁ – коэффициент тепловой эффективности, равный 0,65.

Находим среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями для конвективной поверхности нагрева Δt₁ и Δt₂, учитывая схему движения теплоносителей. Для противоточных и прямоточных теплоносителей температурный напор можно определить по формуле, К:

где Δt_Б и Δt_М – наибольшая и наименьшая разности температур между продуктами сгорания и нагреваемой средой, К.

при температуре 400: Δt_Б =903,8042-150=753,8042^оС

Δt_М =400-70=330^оС

при температуре 500: Δt_Б =903,8042-750=753,8042^оС

Δt_М =500-70=430^оС

Рассчитаем по уравнению теплопередачи (5.2) количество теплоты Q_ТП1 и Q_ТП2, переданное в поверхности нагрева от продуктов сгорания к нагреваемой среде, кДж/м³

5.2.12 С использованием найденных теплот Q_ТП1 , Q_ТП2 и Q_Б1, Q_Б2 (пункт 5.2.4), и заданных ранее в п. 5.2.4 температур продуктов сгорания, сроим график. Пересечение линии Q_ТП = и Q_Б = даёт искомую температуру продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева , то есть когда Q_ТП = Q_Б.

При построение графика .

Уточняем Δt и пересчитываем Q_ТП:

при температуре 360: Δt_Б =903,8042-150=753,8042^оС

Δt_М =360-70=290^оС

5.2.13 Если полученное значение отличается от одного из ранее принятых в п. 5.2.4 значений и не более чем на 50^оС, то для завершения расчётов следует с использованием уточнить Δt и затем пересчитать Q_ТП, приняв коэффициент теплопередачи для случая, когда найденная температура сгорания отличается от принятой не более чем на 50^оС.