2.2.1. Загальні положення розрахунку

Розрахунок конвективних поверхонь нагріву виконують тільки перевірочний, оскільки всі котли даного типорозміру виготовляються заводом з однаковою котельною поверхнею нагріву. Тому мета розрахунку цих поверхонь нагріву полягає у визначенні температури димових газів на виході з них.

Особливість розрахунку конвективних поверхонь полягає в тому, що в рівнянні теплового балансу можна підрахувати тільки кількість тепла, відданого димовими газами, і немає можливості підрахувати кількість тепла, сприйняту середовищем, що обігрівається, тобто не можна скласти рівняння теплосприймання середовища, що обігрівається. Тому, при розрахунку цих поверхонь нагріву паралельно визначають кількість тепла переданого від димових газів до води, пари або повітря по рівняннях теплового балансу і, теплопередачі, заздалегідь задаючись температурою димових газів за поверхнею нагріву. При правильному попередньому виборі цієї температури кількості тепла, визначене по обох рівняннях, повинні співпасти. При неправильному її виборі цього не вийде і розрахунок поверхні нагріву виконується повторно при новому значенні заздалегідь вибраної температури димових газів за поверхнею нагріву. Розрахунок вважається закінченим, якщо розбіжність між кількістю переданого тепла, визначеною по обох рівняннях, не перевищує 2% при розрахунку котельних пучків.

Якщо температура димових газів при першому розрахунку була вибрана неправильно, то при другому розрахунку доцільно вибрати її так, щоб вона відрізнялася від температури, прийнятої при першому розрахунку, не більше, ніж на - 50°С, оскільки в цьому випадку можна не перераховувати коефіцієнт теплопередачі зважаючи на малу його зміну. Слід _:тільки перерахувати значення температурного натиску і вирішити рівняння теплового балансу і теплопередачі. Якщо і після другого розрахунку розбіжності між значеннями кількості тепла, визначеними по рівняннях теплового балансу і теплопередачі виявиться вищим 2%, весь розрахунок необхідно повторити з вибором іншої температури ы визначенням коефіцієнта теплопередачі і температурного натиску. Остаточними значеннями температури і теплосприймання є ті, які .ввійшли в рівняння теплового балансу.

Тепловий розрахунок пароперегрівача виконується конструкторським - перевіряється відповідність його поверхні для отримання перегрітої пари заданих параметрів при спалюванні заданого виду палива. При цьому, розрахунок пароперегрівача вважається закінченим, якщо розбіжність між проектним значенням поверхні нагріву і одержуваним в результаті розрахунку не перевищує - 2%. У протилежному випадку слід уточнити значення питомого теплового навантаження пароперегрівача відповідно до рекомендацій нормативного методу теплового розрахунку котлоагрегатів.

2.2.2. Тепловий розрахунок пароперіґрівача

Тепловий розрахунок пароперегрівача звичайно виконують конструкторським, оскільки поверхня нагріву, необхідна для перегріву до заданої температури даної кількості пари, в значній мірі залежить від характеристик спалюваного палива. Заздалегідь по кресленню котлоагрегата складається ескіз пароперегрівача і його принципова схема включення. Масштаб ескізу 1:50 або 1:100 залежно від продуктивності котла. По кресленням котлоагрегата визначаються необхідні для теплового розрахунку конструктивні характеристики пароперегрівача і представляються у вигляді таблиці 2.5.

. Таблиця 2.5-Конструктивні характеристики пароперігрівача

Найменування величин	Позначення	Од.вимірювання	Числові значення
Діаметр труби і товщина стінки Число змійовиків, включених паралельно за парою Число труб в ряді (вздовж газоходу) Число рядів по ходу газа Шаг труб: - продольный - поперечний Відносний продольный шаг Відносний поперечний шаг Розташування труб Характер омивання Розміри газоходу: Висота Ширина Перетин для проходу газів ab-zbdн Живий перетин для проходу пари Ефективна товщина випромінюючого шару Загальна поверхня нагріву (за кресленням)	dн×S m z n S1 S2 S1/ dн S2/ dн a b Fп.п. Sп.п. Нп.п.	мм шт шт шт мм мм - - м м м2 м2 м м2

Розрахунок пароперегрівача починають зі складання рівняння теплового балансу:

; (2.2.1)

Q_пп- сумарне теплосприймання перегрівача, кДж/кг

Д- паропродуктивність котлоагрегату, кг/с;

і - ентальпія перегрітої пари, визначається за допомогою таблиць насичення водяної пари по заданій в умові до курсового проекту температурі перегрітої пари, кДж/кг

і - - ентальпія насиченої пари, визначається по таблицях водяної пари залежно від заданого в умові до курсового проекту тиску перегрітої пари, причому використовується абсолютний тиск пари, кДж/кг;

φ - коефіцієнт збереження тепла;

I ,I - ентальпії димових газів на вході в пароперегрівнику і на виході з нього, кДж/кг ;

Δα _ппI_хп^I тепловміст повітря, яке надходить в газохід, кДж*'

(2.2.2)

Оскільки, в пароперегрівач надходять димові гази з топки, то ентальпія димових газів на вході в пароперегрівач приймається рівній ентальпії димових газів на виході з топки, тобтоI=I

По лівій частині рівняння (2.1) визначається Q_пп, а з правої - ентальпія димових газів за пароперегрівачем

(2.2.3)

Потім, за допомогою I - V діаграми (або I - V -таблиці) знаходиться температура димових газів за пароперегрівачем.

Усереднена температура димових газів в пароперегрівачі підраховується по формулі

(2.2.4)

де υ^” температура димових газів на вході в пароперегрівач і дорівнює температурі димових газів на виході з топки.

Середній температурний натиск гріючих (димових газів) середовищ, що нагріваються (пара), знаходиться виразом

(2.2.5)

Середня швидкість пари в пароперегрівачі знаходиться по формулі:

(2.2.6)

де υ_пп - питомий об'єм перегрітої пари, яка визначається по таблицях насичення водяної пари при t_пп , м3/кг;

F_пп - площа перетину пароперегрівача для проходу пари( див. табл. 2.5)

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до перегрітої пари може бути знайдений по формулі

(2.27)

або по номограмі на рис. 2.6.

У формулі (2.2.7) λ -коефіцієнт теплопровідності пари, Вт/м.к ;

ν - коефіцієнт кінематичної в'язкості пари, м2/с;

Р - число Прандтля для пари.

Фізичні параметри (λ,ν, P) приймаються для усереднених значень температури пари в пароперегрівачі.

Усереднена швидкість димових газів в пучку, труб пароперегрівача визначається по формулі

(2.2.8)

де F_пп - площа поперечного перетину для проходу газів в пароперегрівачі, м²; (див. табл2.6)

Як поперечний перетин приймається перетин, перегороджений трубами (живий перетин), так, що площа поперечного перетину визначається по формулі

F_пп=ab-zbd_н (2.2.9)

де а - розмір газоходу у напрямі труб, м;

b - розмір газоходу упоперек труб, м;

z - число труб, що перегороджують перетин газоходу в одному ряду;

d_з - зовнішній діаметр труб, м.

Коефіцієнт тепловіддачі від димових газів до поверхні труб пароперегрівача при коридорному розташуванні, труб знаходиться по формулі:

(2.2.10)

де С_z - поправка на число поперечних рядів труб по ходу газу; (визначається графічно);

Z - число рядів труб;

C_ф - поправка, що враховує вплив на коефіцієнт тепловіддачі складу димових газів і. їх температури, визначається по графіку на мал. 5.2;

λ_Г - коефіцієнт теплопровідності димових газів, Вт/(м.к);

ν_г .- кінематичний коефіцієнт в'язкості димових газів, м/с;

Р_r -критерій Прандтля, для димових газів.

λ_Г, ν_{г ,} Р_г - визначаються по таблиці додатку 7.

Уточнюється значення α_к по номограмі на мал. 5.2.

Ефективна товщина випромінюючого шару при випромінюванні обмеженого з усіх боків газового об'єму на захищаючі поверхні визначається по формулі

(2.2.11)

Коефіцієнт ослаблення променів трьохатомними газами знаходиться таким чином

(2.2.13)

і уточнюється по номограмі на рис. 4.2.

Потім, слід визначити силу поглинання газового потоку трьохатомними газами

KPS=K_Г*r_Г*S_ПП (2.2.14)

Ступінь чорноти запиленого потоку знаходиться по формулі:

(2.2.15)

і уточнити по графіку на мал. 2.3.

Економічність і надійність роботи котлоагрегата залежить від ступеня забруднення поверхонь нагріву, знижуючись у міру зростання золових відкладень. По рекомендації нормативного методу теплового розрахунку котлоагрегата [ I ] орієнтовно приймають для коридорних пароперегрівачів при спалюванні рідкого палива E = 0,003; при спалюванні твердого і газоподібного палива Е= 0,005

Температура зовнішньої поверхні забруднених труб знаходиться по формулі

_

де Н_пп – проектна величина поверхні нагріву пароперегрівника, м²

Якщо проектна величина поверхні нагріву пароперегрівача не відома, то при розрахунку температури –t_ст необхідно орієнтовно задатися величиною питомого теплового навантаження пароперегрівача

кВт/м² (2.2.17)

Нормативний метод розрахунку котлоагрегатів [ I ] рекомендує для пароперегрівачів приймати теплове навантаження пароперегрівачів залежно від температури димових газів на вході в пароперегрівач:

при υ_пп<900°С q =23,26 кВт/м²

при υ_пп900-1000°С q= 25.586 кВт/м²

при υ_пп> 1000°С q = 27,912 кВт/м²

Значення коефіцієнту омивання або ступінь заповнення газоходу для більшості існуючих конструкцій складає 0,9-1.

Віддача тепла димовими газами стінці труби проходить як чистою конвекцією, так і випромінюванням, при високій температурі димових газів випромінювання оказує вплив на процес передачі тепла в пароперегрівнику.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням незапиленого потоку визначається за графіком на мал.. 5.4, на основі якого:

α_л=α_н*а*с_Г;

де α_н знаходять за графіком в залежності від середньої температури димових газів і температури зовнішньої поверхні труб,

а – ступінь чорноти газового потоку;

С_Г – поправний коефіцієнт, який залежить від температур газового потоку і стінки, визначається за графіком на мал..5.4.

Загальний коефіцієнт тепловіддачі від димових газів до стінки труби визначається шляхом додавання коефіцієнтів тепловіддачі конвекцією і випромінюванням і виражається формулою:

α₁= ωα_к+ α_л (2.2.18)

В пароперегрівниках величина 1/α₂ впливає на коефіцієнт теплопередачі і формула для його визначення має вигляд:

( 2.2.19)

Величина поверхні нагріву визначається із рівняння теплопередачі в пароперегрівнику і виражається формулою:

(2.2.20)

Результат теплового розрахунку пароперегрівника зводять у таблицю (2.6).

Після завершення розрахунку пароперегрівника необхідно перевірити точність визначення поверхні нагріву. Якщо нев’язка не перевищує ±2%, розрахунок вважається завершеним. В іншому випадку його слід повторити, зімінив температуру газів;

Величина температурного напору у всіх випадках перераховується.

Крім того, необхідно на окремому листі представити графік змін температур гріючого середовища (димових газів) і нагрітого вздовж поверхні нагріву пароперегрівника з вказаними конкретними значеннями температур середовищ на вході в пароперегрівник і на виході з нього.

Таблиця 2.6. -Тепловий розрахунок пароперегрівача

Найменування розраховуємої величини	Позначення.	Од. виміру	Розрахункова ф-ла	Розрахунок	Результати розрахунку
1	2	3	4	5	6
Теплосприймання пароперегрівача Ентальпія димових газів за пароперегрівачем Температура димових газів за пароперегрівачем Середня температура димових газів Середня температура пари в пароперегрівнику Середній температурний напор в пароперегрівнику Питомий обєм пару в пароперегрівнику при середній температурі Середня швидкість пару в пароперегрівнику Коефіціент тепловіддачі від стінки труби до пари Середня швидкість димових газів в пароперегрівнику Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від димових газів до стінки Сумарна поглинальна здатність трьоатомних газів Коефіцієнт послаблення промінів трьохатомними газами Сила поглинання газового потоку Ступінь чорноти газового потоку Коефіцієнт забрубнення труб Температура зовнішньої поверхні труб Коефіцієнт тепловіддачі випромвнюванням незапиленого потоку Коефіцієнт омивання пароперегрівача димовими газами Коефіцієнт тепловіддачі відт газів до стінки труби Коефіцієнт теплопередачі в пароперегрівнику Поверхня нагріву пароперегрівника Невязка поверхні нагріву пароперегрівника	Qn.n. ∆tn.n. vn.n. Wn.n. α2 Wг αк - Кг KPS a E tст αл ω α1 Кn.n Нп.п..	кДж/м3 кДж/м3 ºС ºС ºС ºС м3/кг м/с Вт/м3К м/с Вт/м2К барм - - - м2К/Вт ºС Вт/м2К - Вт/м2К Вт/м2К м2 %	I-V таблиця таблиці водяного пару Номограмма на рис. 5.2. Zn.n.Sn.n. КгZnSn.n. 1-e-RPS/0.981 Рекомендації нормативного методу теплового розрахунку котлоагрегатів номограмма на рис. 5.4. - ωαк+αл