6 Расчет конвективных пучков

6.1 Расчет первого конвективного пучка

При расчете конвективной поверхности нагрева используем уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняем для 1 м³ сжигаемого газа при нормальных условиях.

Расчет конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [1].

По чертежу и источнику [1] определяем конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода:

- площадь поверхности нагрева, м², расположенная в рассчитываемом газоходе, Н₁ = 42,52;

- поперечный шаг труб (в поперечном направлении по отношению к потоку), м, S₁ = 0,11;

- продольный шаг труб (в продольном направлении по отношению к потоку), м, S₂ = 0,09;

- число рядов труб по ходу продуктов сгорания, z₂ = 26;

- площадь живого сечения, м² для прохода продуктов сгорания, f = 0,535.

По конструктивным данным подсчитываются относительный поперечный шаг δ_1,

δ₁ = S₁/d, (42)

и относительный продольный шаг δ₂,

δ₂ = S₂/d, (43)

где d – наружный диаметр труб, м.

δ₁ = 0,11/0,051 = 2,15;

δ₂ = 0,09/0,051 = 1,765.

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитываемого газохода ϑ″ = 350 ℃ и ϑ″ = 400 ℃. Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.

Определяем теплоту Q_б, кДж/м³, отданную продуктами сгорания

Q_б = φ · (H^′– H^″+ Δα_к · H⁰_прс), (44)

где φ – коэффициент сохранения теплоты;

H′ – энтальпия продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, кДж/м³, определяется по таблице 3 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после топочной камеры;

H^″ – энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м³;

Δα_к – присос воздуха в поверхность нагрева;

H⁰_прс – энтальпия присасываемого в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 30 ℃, кДж/м³.

= 0,975·(22173,6 – 7066,4 + 0,05·444,2) = 14751,2;

= 0,975·(22173,6 – 8120,1 + 0,05·444,2) = 13428,1.

Определяем расчётную температуру потока ϑ, ℃, продуктов сгорания в конвективной поверхности

_, (45)

где ϑ′ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, ℃;

ϑ^″ – температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева, ℃

Определяем среднюю скорость ω_г, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева

(46)

где В_р – расчетный расход топлива, м³/с;

F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м²;

(47)

где a и b – размеры газохода в расчетных сечениях, м, из чертежа котлоагрегата;

l – длина труб, м, из чертежа котлоагрегата;

d – наружный диаметр труб, м;

z₁ – число труб в ряду, из чертежа котлоагрегата

;

V_г – объем продуктов сгорания на 1 м³ газообразного топлива, м³/м³;

ϑ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, ℃

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией , Вт/(м²·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании коридорных пучков

(48)

где – коэффициент теплоотдачи, определяемый по [1, рис. 6.1] при поперечном омывании коридорных пучков, Вт/(м²·К);

– поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; определяется по [1, рис. 6.1] при поперечном омывании коридорных пучков;

– поправка на компоновку пучка; определяется по [1, рис. 6.1] при поперечном омывании коридорных пучков;

– коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока; определяется по [1, рис. 6.1] при поперечном омывании коридорных пучков.

= 69·1·1·1,03 = 71,07;

= 71·1·1·1,02 = 72,42.

Определяем степень черноты газового потока а

(49)

где e – основание натуральных логарифмов;

kps – суммарная оптическая толщина, м

(50)

где р – давление в газоходе, МПа; для котлов без наддува принимаем равным 0,1, [1, стр. 62].

s − толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков, м;

(51)

k_г – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, .

(52)

= 37,00·0,255·0,1·0,176 = 0,166;

= 36,11·0,255·0,1·0,176 = 0,162;

Определяем коэффициент теплоотдачи , Вт/(м²·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева

(53)

где – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К), определяем по [1, рис. 6.4];

– степень черноты;

– коэффициент, определяемый по [1, рис. 6.4].

Для определения и коэффициента вычисляем температуру загрязненной стенки , ℃

(54)

где – средняя температура окружающей среды, ℃; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;

– при сжигании газа принимаем равной 25 ℃.

= 194,1 + 25 = 219,1;

= 40·0,153·0,97 = 5,94;

= 44·0,149·0,975 = 6,39.

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи α₁, Вт/(м²·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева

α₁ = ξ · (α_к+ α_л), (55)

где ξ – коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимаем равным 1, [1, стр. 79].

= 1·(71,07 + 5,94) = 77,01;

= 1·(72,42 + 6,39) = 78,81.

Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К)

К = α₁ · ψ, (56)

где ψ – коэффициент тепловой эффективности, определяемый из [1, табл. 6.2] в зависимости от вида сжигаемого топлива.

= 0,85·77,01 = 65,46;

= 0,85·78,81 = 66,99.

Определяем количество теплоты Q_т, кДж/м³, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 м³ сжигаемого газа

(57)

где Δt – температурный напор, ℃, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева.

(58)

По принятым двум значениям температуры ϑ′ и ϑ^″ полученным двум значениям Q_б и Q_т производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура ϑ^″ на выходе из первого конвективного пучка равна 442 ℃, что находится в допустимых пределах.