Лабораторна робота №6 тепловий розрахунок випарного пучка труб

Мета заняття: вивчення особливостей протікання конвективного теплообміну у випарній поверхні нагріву допоміжного котла і чинників, що на нього впливають. Придбання навичок виконання теплового розрахунку випарної поверхні нагріву.

Завдання 1. Визначити теплову потужність випарної поверхні нагріву допоміжного котла Q_к, кВт і температуру газів на виході з неї t'' °С.

2. Знайти число рядів труб конвективного пучка Z₂ і площу поверхні його нагріву Н_к, м².

3. Дослідити вплив одного з конструктивних або експлуатаційних чинників на конвективний теплообмін.

1. Загальні відомості

Конвективний теплообмін в суднових парових котлах протікає у випарних пучках труб, пароперегрівачах, економайзерах і повітропідігрівачам. У основу теплового розрахунку цих поверхонь нагріву покладено спільне рішення рівнянь теплопередачі і теплового балансу з боку ходу газів :

(6.1)

(6.2)

де k – коефіцієнт теплопередачі від газів до води, Вт/(м²·К);

Δt – температурний натиск (усереднена по поверхні різниця температур гріючого та обігріваємого середовищ). °С;

Н_к – площа поверхні нагріву, м²;

І', I" – ентальпія продуктів згорання на вході у випарну поверхню нагріву і виході з неї, кДж/кг

Додатково до виразів (6.1) і (6.2) може бути складене рівняння теплового балансу з боку пароводяного тракту, яке для випарної поверхні нагріву має вигляд:

(6.3)

де Q_л – теплова потужність топки, кВт.

Випарна поверхня нагріву водотрубних котлів виконується із сталевих суцільнотягнутих труб діаметром d рівним 0,029, 0,032, 0,038, 0,0445 м виготовлених із сталі марок Ст10, Ст15, Ст20. Товщина стінки труби – не менше 2,5 мм. Трубні пучки мають коридорне або шахове компонування, кріплення труб до колекторів котлів здійснюється вальцюванням або зварюванням. Основними геометричними характеристиками трубного пучка, рис. 10.1 є:

- d – зовнішній діаметр труб, м;

- S₁ – поперечний крок труб, м;

- S₂ – подовжній крок труб, м;

- S₂' – діагональний крок труб шахового пучка, м;

- σ₁ – відносний поперечний крок труб, σ₁ = S₁/d;

- σ₂ – відносний подовжній крок труб, σ₂ = S₂/d;

- σ₂' – середній відносний діагональний крок труб, σ₂' = S₂'/d.

Рис. 6.1. До розрахунку випарної поверхні нагріву

2. Коефіцієнт теплопередачі та його складові

У гладкотрубних випарних пучках коефіцієнт теплопередачі конвекцією від газів до середовища, що обігрівається, k. Вт/(м²·°С). визначають за формулою:

(6.4)

де α₁ – коефіцієнт тепловіддачі від газу до стінки труби, Вт/(м²·°С);

ε – коефіцієнт забруднення поверхні, м²·°С/Вт.

Величина коефіцієнта забруднення ε, м²·°С/Вт може бути знайдена по вираженню, отриманому Н. І. Пушкіним

де ω_г – швидкість руху газу, м/с.

При температурі, що перевищує 350 °С, тепловіддача супроводжується випромінюванням трьохатомних газів. Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки труби в цьому випадку:

(6.5)

де ω – коефіцієнт повноти омивання поверхні;

а_к, а_л – коефіцієнти тепловіддачі конвекцією і випромінюванням відповідно, Вт/(м²·°С).

Величина коефіцієнта повноти обмивання знаходиться як відношення повної середньої довжини труб пучка до довжини їх активно омиваної частини, рис. 6.1, тобто:

Його величина для конвективних пучків дорівнює 0,8 – 0,9. Довжини труб l_акт та l_ср визначаються з ескізу трубної частини котла.