6.2 Расчет второго конвективного пучка

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

Расчет конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [3].

По чертежу определяем конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода:

- площадь поверхности нагрева, м², расположенная в рассчитываемом га­зоходе, Н₂ = 25,52;

- 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, F₁ = 0,327.

По конструктивным данным подсчитываем относительный поперечный шаг δ₁ и относительный продольный шаг δ₂:

δ₁ = 0,11/0,051 = 2,16,

δ₂ = 0,09/0,051 = 1,765.

Площадь живого сечения f, м² для прохода продуктов сгорания,

(59)

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;

;

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитываемого газохода ϑ″ = 200 ℃ и ϑ″ = 300 ℃. 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), (60)

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·(9027,3 – 4262,3 + 0,1·444,2) = 4689,2;

= 0,975·(9027,3 – 6463,5 + 0,1·444,2) = 2543,0.

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

_, (61)

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

(62)

где В_р – расчетный расход топлива, м³/с;

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

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

(63)

где – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме из [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;

= 72·1·1·1,11 = 79,92;

= 75·1·1·1,09 = 81,75.

Определяем степень черноты газового потока а

(64)

где e – основание натуральных логарифмов;

kps – суммарная оптическая толщина, м

(65)

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;

(66)

k_г – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, .

(67)

= 40,23·0,242·0,1·0,176 = 0,171;

= 38,43·0,242·0,1·0,176 = 0,164;

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

(68)

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 , ℃

(69)

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

– при сжигании газа принимаем равной 25 ℃, [1, стр. 78].

= 194,1 + 25 = 219,1;

= 32·0,157·0,93 = 4,67;

= 36·0,151·0,94 = 5,11.

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

α₁ = ξ · (α_к+ α_л), (70)

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·(79,92 + 4,67) = 84,59;

= 1·(81,75 + 5,11) = 86,86.

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

К = α₁·ψ, (71)

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

= 0,85·84,59 = 71,90;

= 0,85·86,86 = 73,83.

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

(72)

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

(73)

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 второго конвективного пучка равна 292 ℃, что находится в допустимых пределах.