Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Теплогенераторы котельных - Фокин В.М. 2005г

..pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
23.02.2023
Размер:
4.09 Mб
Скачать

22.

Видимое тепловое

 

 

 

 

 

 

 

B Qр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

напряжение топочно-

 

 

qV

 

 

р н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

го объема, кВт/м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23.

Коэффициент за-

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

полнения пламенем

 

 

 

Табл. П6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

топочного объема

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24.

Эффективная сте-

 

 

aф

 

m aсв + (1 – m) aнс

 

 

 

 

 

 

 

пень черноты факела

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25.

Степень черноты

 

 

aт

 

 

 

 

 

aф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

топки

 

 

 

 

aф +(1aф) ψср

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26.

Теплота, вносимая

 

 

Qв

 

Qв = 39,8 αт V°,

 

 

 

 

 

 

 

в топку с воздухом,

 

 

 

 

 

 

а при наличии

 

 

 

 

 

 

 

кДж/кг, кДж/м3

 

 

 

 

 

 

воздухоподогрева-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

теля:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qв = 39,8αт V° + Iгор.в

 

 

 

 

27.

Полезное тепло-

 

 

Qт

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выделение в топке,

 

 

 

 

 

 

Qр 1

3

 

 

+Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

100

 

в

 

 

 

 

 

 

 

кДж/кг, кДж/м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 8.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наименование пара-

 

Обо-

 

 

Расчетная формула,

 

Расчет

метра и размерность

 

 

зна-

 

способ определения

 

 

 

 

 

 

чение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28.

Теоретическая

 

 

 

 

 

 

По I ϑ диаграмме

 

 

 

 

 

 

(адиабатическая)

 

 

ϑа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

согласно значению

 

 

 

 

 

 

температура горения,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29.

Средняя суммар-

 

 

 

 

 

 

 

Qт Iт′′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ная теплоемкость

 

 

ср

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

продуктов сгорания,

 

 

 

 

ϑа −ϑ′т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кДж/кг К, кДж/м3 К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.

Параметр топки М

 

 

М

 

Табл. П1, П2

 

 

 

 

 

 

 

31.

Тепловыделение в

 

BрQт

 

 

 

BрQт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

топке на 1 м2 стен,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fст

 

 

Fст

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вт/м2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32.

Температура газов

 

 

 

 

 

 

Рис. П5 или формула:

 

 

 

 

 

ϑ′′

 

 

 

 

 

 

 

ϑа +273

 

 

273

на выходе из топки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5,67ψ F a

(ϑ +273)3

 

0,6

 

 

т.д

 

 

 

 

 

 

 

 

действительная, °С

 

 

 

 

 

1+M

 

 

 

 

ср

ст

т

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1011ϕB c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р р

 

 

 

 

 

 

 

33.

Энтальпия газов

 

 

 

 

 

 

По I ϑ диаграмме

 

 

 

 

 

 

на выходе из топки

 

 

Ιт′′

 

 

 

 

 

 

 

действительная,

 

 

 

согласно ϑ′т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кДж/кг, кДж/м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34.

Теплота, переда-

 

 

Qл

 

ϕ (Qт

 

Ιт′′)

 

 

 

 

 

 

 

ваемая излучением в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

топке, кДж/кг, кДж/м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

водогрейного

 

 

котла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35.

Тепловая нагрузка

 

 

BрQл

 

 

 

BрQл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

радиационной по-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

верхности нагрева,

 

 

Hл

 

 

Hл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кВт/м2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36.

Расход воды, кг/с

Gк

Табл. П2

 

37.

Приращение эн-

 

 

BрQл

 

 

тальпии воды в топке

iт

 

 

водогрейного котла,

 

Gк

 

 

 

 

кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

38.

Температура воды

tк

Табл. П2

 

на входе в котел, °С

 

 

 

 

 

 

 

 

39.

Температура воды

tт′′

tк′ +

iт

 

 

на выходе из экран-

 

 

 

 

ных труб топки, °С

 

4,19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.6. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ПАРОВЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРОВ

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды. В паровых котлах – это кипятильные трубы, расположенные в газоходах, трубы пароперегревателя и водяного экономайзера, а в водогрейных котлах – трубы фестона и конвективного пучка (шахты).

Продукты сгорания, проходя по газовому тракту котла, передают теплоту наружной поверхности труб за счет конвекции и лучеиспускания, затем это же количество теплоты проходит через металлическую стенку, после чего теплота от внутренней поверхности труб передается воде и пару. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности теплопередачи – передачи теплоты от продуктов сгорания к воде и пару через разделяющую стенку.

При расчете используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчет выполняется для 1 кг жидкого топлива или 1 м3 газа при нормальных условиях. Для парового котельного агрегата расчет выполняется для каждого (или общего) газохода, а в водогрейном котле – вначале для фестона, а затем для конвективного пучка шахты в следующей последовательности.

1.Определяют конструктивные характеристики (по табл. П1, П2 или чертежам): площади поверхности нагрева, живое сечение для прохода газов, шаг труб и рядов, диаметр труб и др.

2.Предварительно, если известно по паспортным характеристикам котла (табл. П2 и 8.20 [12]), принимают значение температуры топочных газов после рассчитываемой поверхности нагрева. Если таких данных нет, то согласно условиям работы котла, задают произвольно два значения температур топочных газов ϑ1′′ и ϑ′2, которые вероятнее всего могут оказаться после рассчитываемой поверхности

нагрева, а расчеты вести параллельно. Например, после второго газохода парового котла (ДКВР или ДЕ) можно задать ϑ1′′ = 200 °С и ϑ′2= 250 °С.

3. Согласно уравнению теплового баланса, определяют количество теплоты Qб, передаваемое от продуктов сгорания к теплоносителю через конвективную поверхность нагрева, а именно: в кипятильном пучке парового котла – Qк, в фестоне – Qф, в конвективном пучке или шахте водогрейного котла – Qш. Затем вычисляют среднюю температуру воды (для водогрейного котла), средний температурный напор t и подсчитывают среднюю скорость продуктов сгорания.

4.По номограммам (рис. П6 – П8) графоаналитическим методом определяют коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, после чего вычисляют коэффициент теплопередачи и тепловосприятие поверхностью нагрева – Qт.

5.Если полученные из уравнения теплообмена значения тепловосприятия Qт отличаются от опре-

деленного по уравнению баланса Qб (Qк, Qф или Qш), т.е. при невязке расчета менее 2 %, расчет поверхности нагрева считается законченным, а предварительно заданное значение температуры на выходе из конвективной поверхности нагрева (газохода, фестона, шахты) и является истинной температурой для расчета последующих поверхностей нагрева.

При расхождении значений Qт и Qб (Qт и Qк, Qт и Qф, Qт и Qш), т.е. при невязке расчета более 2 % (что встречается чаще всего), задают новое значение температуры газов за поверхностью нагрева, причем температуру принимают в большую сторону при плюсовой (+) невязке и в меньшую сторону при минусовой () невязке, и вновь повторяют расчет.

6. Для ускорения расчета возможно использование графо-аналитического метода, приведенного на рис. П2. Графическую интерполяцию производят для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева по принятым предварительно двум значениям температур ϑ1′′ и ϑ′2и получен-

ным по результатам расчета двум значениям Qт и Qб (Qт и Qк, Qт и Qф, Qт и Qш).

Для этого на миллиметровой бумаге выстраивают четыре точки Qт = f (ϑ1′′, ϑ′2) и Qб = f (ϑ1′′, ϑ′2),

которые имеют вид, показанный на рис. П2. Точка пересечения прямых линий Qт и Qб укажет истинную или расчетную температуру топочных дымовых газов за поверхностью нагрева – ϑ′р. Причем, если ϑ′р

отличается от одного из принятых предварительно значений ϑ1′′ и ϑ′2менее чем на 50 °С, то для завершения расчета необходимо по истинной ϑ′рповторно определить только средний температурный напор

t и тепловосприятие Qт, сохранив при этом прежний коэффициент теплопередачи K, после чего уточнить невязку расчета , которая должна быть менее 2 %. При расхождении температур более 50 °С требуется заново, для найденной температуры ϑ′р, определить коэффициент теплопередачи K, тепловос-

приятие поверхностью нагрева Qт и проверить невязку расчета.

Расчеты конвективных поверхностей нагрева сводят в табл. 8.6 – для парового котла или табл. 8.7 и

8.8– для водогрейного котла.

8.6.Расчет кипятильного пучка – газохода парового котла

 

 

Об

Расчетная фор-

Расчет

 

Наименование пара-

оз-

 

 

 

 

 

 

 

 

метра и размерность

на-

мула, способ оп-

ϑ′′

ϑ′′

 

 

 

че-

ределения

1

2

 

 

 

ние

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Наружный диаметр

dн

Конструктивные

 

 

 

 

труб и их расположе-

 

 

 

 

характеристики

 

 

 

 

ние, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Поперечный шаг

s1

Табл. П1

 

 

 

 

 

труб, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Относительный по-

σ1

s1/dн

 

 

 

 

 

 

 

 

перечный шаг труб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Продольный шаг

s2

Табл. П1

 

 

 

 

 

труб, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Относительный

σ2

s2/dн

 

 

 

 

 

 

 

 

продольный шаг труб

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Число рядов труб

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по ходу продуктов

Табл. П1

 

 

 

 

 

сгорания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчетная поверх-

Hк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ность нагрева (кон-

То же

 

 

 

 

 

 

 

вективная), м2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Сечение для прохо-

Fг

То же

 

 

 

 

 

 

 

да топочных газов, м2

 

 

 

 

 

 

 

9. Эффективная тол-

 

0,9dн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s s

 

 

 

 

 

 

 

щина излучающего

 

2

 

 

 

 

 

 

1,27

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

слоя, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dн

 

 

 

 

 

10. Температура газов

ϑ′к

ϑ′к = ϑ′т, где ϑ′т

 

 

 

 

– из расчета топ-

 

 

 

 

перед газоходом, °С

 

 

 

 

 

ки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11. Энтальпия газов

Iк

 

Iк′ = Iт′′, где Iт′′

 

 

 

 

 

 

перед газоходом,

– из расчета топ-

 

 

 

 

 

 

кДж/кг, кДж/м3

 

ки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Температура то-

ϑ′к

Табл. 8.17, 8.20

 

 

ϑрк

 

почных газов за газо-

[12], П1, П2 или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′

 

ходом, °С

 

принимается

 

 

 

 

 

 

13. Энтальпия газов

Iк′′

По I ϑ диа-

 

 

 

 

 

 

за газоходом, кДж/кг,

грамме, согласно

 

 

 

 

 

 

кДж/м3

 

ϑ′к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14. Тепловосприятие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пучка по уравнению

Qк

ϕ(Iк′ − Iк′′ + ∆αкIв0)

 

 

 

 

 

 

теплового баланса,

 

 

 

 

 

 

кДж/кг, кДж/м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. Средняя темпера-

ϑкср

0,5(ϑ′к +ϑ′к)

 

 

 

 

 

 

тура газов в пучке, °С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 8.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Об

 

Расчетная фор-

Расчет

 

Наименование пара-

оз-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

метра и размерность

на-

мула, способ оп-

ϑ′′

ϑ′′

 

 

 

 

 

че-

 

ределения

1

2

 

 

 

 

 

ние

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

3

 

 

4

5

6

 

 

 

16. Температура на-

tн

Табл. 3.1 [12]

 

 

 

 

 

 

сыщения, °С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17. Температурный на-

 

ϑ′к tн

 

 

 

 

 

 

пор перед пучком

tб

 

 

 

 

 

 

(больший), °С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18. Температурный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

напор за пучком

tм

ϑ′′к tн

 

 

 

 

 

 

(меньший), °С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19. Средний темпера-

t

 

tб −∆tм

 

 

 

 

 

 

турный напор, °С

 

ln(tб /tм )

 

 

 

 

 

 

 

 

20. Объем топочных

Vг

Табл. 8.2,

 

 

 

 

 

 

газов в газоходе,

 

 

 

 

 

 

м3/кг, м33

 

для газохода

 

 

 

 

 

 

21. Объемная доля

rH2O

То же

 

 

 

 

 

 

водяных паров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22. Суммарная объ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

емная доля трехатом-

rn

То же

 

 

 

 

 

 

ных газов и водяных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

паров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23. Средняя скорость

 

 

B V

(ϑср + 273)

 

 

 

 

 

 

 

 

р г

к

 

 

 

 

 

 

газов, м/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fг 273

 

 

 

 

 

 

 

24. Коэффициент теп-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лоотдачи конвекцией

αк

Рис. П6

 

 

 

 

 

 

от газов к трубам,

 

αк = αн сZ сS сф

 

 

 

 

 

 

Вт/м2 К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25. Суммарная по-

pS

prnS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

глощательная спо-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

собность трехатом-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ных газов и водяных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

паров, м Па 105

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26. Коэффициент ос-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лабления лучей трех-

 

Рис. П3,

 

 

 

 

 

 

 

 

атомными газами и

K

 

 

 

 

 

 

 

 

водяными парами,

г

при ϑкср

 

 

 

 

 

 

 

 

1/(м Па 105)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27. Сила поглощения

 

KгrnpS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лучистого потока га-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28. Степень черноты

a

Рис. П4

 

 

 

 

 

 

 

 

газового потока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончание табл. 8.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

3

 

4

5

 

6

 

 

 

29. Температура за-

 

tст = tн + 25 для

 

 

 

 

 

 

 

 

газа,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

грязненной стенки

tст

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tст = tн + 60 для

 

 

 

 

 

 

 

труб, °С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мазута

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30. Коэффициент теп-

 

αн acг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лоотдачи излучением,

αл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вт/м2 К

 

рис. П8

 

 

 

 

 

 

 

 

31. Коэффициент теп-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ловой эффективности

ψк

0,85 – для газа;

 

 

 

 

 

 

 

для конвективных по-

 

0,6 – для мазута

 

 

 

 

 

 

 

верхностей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32. Коэффициент теп-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лопередачи в пучке,

K

ψк (αк + αл)

 

 

 

 

 

 

 

Вт/м2 К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33. Тепловосприятие

 

 

KHкt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пучка по уравнению

Qт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

теплопередачи,

 

Bр 103

 

 

 

 

 

 

 

 

кДж/кг, кДж/м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34. Невязка расчета,

100 –

Qт

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%

к

 

 

Qк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.7. Расчет фестона водогрейного котла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Об

 

Расчетная фор-

Расчет

 

Наименование пара-

оз-

 

 

 

 

 

 

 

 

метра и размерность

на-

мула, способ оп-

ϑ′′

ϑ′′

 

 

 

 

 

 

че-

 

ределения

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ние

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

3

 

4

5

6

 

 

 

1. Наружный диаметр

Dн

Конструктивные

 

 

 

 

 

 

 

труб и их расположе-

 

 

 

 

 

 

 

данные, табл. П2

 

 

 

 

 

 

 

ние, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Поперечный шаг

s1

То же

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

труб, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Относительный по-

σ1

s1/dн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

перечный шаг труб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Продольный шаг

s2

Табл. П2

 

 

 

 

 

 

 

труб, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Относительный про-

σ2

s2/dн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дольный шаг труб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Число рядов труб по

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ходу продуктов сгора-

Табл. П2

 

 

 

 

 

 

 

ния

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчетная поверх-

Hф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ность нагрева фестона,

То же

 

 

 

 

 

 

 

м2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Сечение для прохо-

Fг

То же

 

 

 

 

 

 

 

да топочных газов, м2

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 8.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Об

 

Расчетная фор-

Расчет

 

Наименование пара-

оз-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

метра и размерность

на-

мула, способ оп-

ϑ′′

ϑ′′

 

 

 

 

 

че-

 

ределения

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ние

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

3

4

5

6

 

 

 

9. Эффективная тол-

 

0,9dн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щина излучающего

 

s1s2

 

 

 

 

 

 

 

 

1,27

 

1

 

 

 

 

 

 

слоя, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dн

 

 

 

 

 

 

 

10. Температура газов

ϑ′ф

ϑ′ф = ϑ′т, где

 

 

 

 

 

 

ϑ′т

из расчета

 

 

 

 

 

 

перед фестоном, °С

 

 

 

 

 

 

 

 

топки

 

 

 

 

 

 

 

11. Энтальпия газов

Iф

 

Iф′ = Iт′′, где Iт′′

 

 

 

 

 

 

перед фестоном,

 

 

 

 

 

 

 

кДж/кг, кДж/м3

 

из расчета топки

 

 

 

 

 

 

12. Температура то-

ϑ′′ф

Табл. П2 или

 

 

ϑ′′рф

 

почных газов за фес-

 

 

 

принимается

 

 

 

тоном, °С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. Энтальпия газов

Iф′′

По I ϑ диа-

 

 

 

 

 

 

за фестоном, кДж/кг,

грамме, согласно

 

 

 

 

 

 

кДж/м3

 

ϑ′ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14. Тепловосприятие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фестона по уравнению

Qф

ϕ(Iф′ − Iф′′

0

 

 

 

 

 

 

теплового баланса,

+ ∆αфIв )

 

 

 

 

 

 

кДж/кг, кДж/м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. Средняя темпера-

ϑфср

0,5(ϑ′ф +ϑ′ф)

 

 

 

 

 

 

тура газов в фестоне,

 

 

 

 

 

 

°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16. Температура воды

tф

tф= tт′′, где tт′′ из

 

 

 

 

 

 

на входе в фестон, °С

расчета топки

 

 

 

 

 

 

17. Расход воды через

Gв.к

 

 

 

Табл. П2

 

 

 

 

 

 

водогрейный котел,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кг/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18. Приращение эн-

 

 

BрQф

 

 

 

 

 

 

 

тальпии воды в фесто-

iф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gв.к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

не, кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19.

Температура воды

tф′′

tф′ +(iф /4,19)

 

 

 

 

 

на выходе из фестона,

 

 

 

 

 

°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20.

Средняя темпера-

tфср

0,5(tф

+tф′′ )

 

 

 

 

 

тура воды в фестоне,

 

 

 

 

 

°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21.

Средний темпера-

t

ϑср tср

 

 

 

 

 

турный напор, °С

 

 

ф

ф

 

 

 

 

 

22.

Объем топочных

Vг

Табл. 8.2,

 

 

 

 

 

газов в фестоне, м3/кг,

 

 

 

 

 

м33

 

для фестона

 

 

 

 

 

23.

Объемная доля

rH2O

То же

 

 

 

 

 

водяных паров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончание табл. 8.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

3

 

 

4

5

6

 

24.

Суммарная объ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

емная доля трехатом-

rn

То же

 

 

 

 

 

ных газов и водяных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

паров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25.

Средняя скорость

 

 

B V (ϑср + 273)

 

 

 

 

 

 

 

р г

ф

 

 

 

 

 

газов, м/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fг 273

 

 

 

 

 

 

26.

Коэффициент теп-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лоотдачи конвекцией

αк

Рис. П7

 

 

 

 

 

от газов к трубам,

 

αк = αн сZ сS сф

 

 

 

 

 

Вт/м2 К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27.

Суммарная по-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

глощательная спо-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

собность трехатом-

pS

prnS

 

 

 

 

 

 

 

ных газов и водяных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

паров м Па 105

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28. Коэффициент ос-

 

Рис. П3,

 

 

 

 

 

лабления лучей трех-

Kг

 

 

 

 

 

при ϑфср

 

 

 

 

 

атомными газами и

 

 

 

 

 

водяными парами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29.

Сила поглощения

 

KгrnpS

 

 

 

 

 

лучистого потока га-

 

 

 

 

 

 

зов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.

Степень черноты

a

Рис. П4

 

 

 

 

 

газового потока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31.

Температура за-

 

газ: tст = tфср + 25,

 

 

 

 

грязненной стенки

tст

мазут: tст = tфср

+

 

 

 

 

труб, °С

 

80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32.

Коэффициент теп-

 

αн acг

 

 

 

 

 

 

 

лоотдачи излучением,

αл

 

 

 

 

 

 

 

Вт/м2 К

 

рис. П8

 

 

 

 

 

33.

Коэффициент теп-

 

0,85 – для газа;

 

 

 

 

ловой эффективности

ψф

 

 

 

 

0,6 – для мазута

 

 

 

 

фестона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34.

Коэффициент теп-

K

ψф (αк + αл)

 

 

 

 

 

лопередачи в фестоне,

 

 

 

 

 

Вт/м2 К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35. Тепловосприятие

 

 

KHфt

 

 

 

 

фестона по уравне-

Qт

 

 

 

 

нию теплопередачи,

 

B 103

 

 

 

кДж/кг, кДж/м3

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36. Невязка расчета,

100 –

Qт

100

 

 

 

 

 

 

 

%

ф

 

 

Qф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.6. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ПАРОВЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРОВ

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды. В паровых котлах – это кипятильные трубы, расположенные в газоходах, трубы пароперегревателя и водяного экономайзера, а в водогрейных котлах – трубы фестона и конвективного пучка (шахты).

Продукты сгорания, проходя по газовому тракту котла, передают теплоту наружной поверхности труб за счет конвекции и лучеиспускания, затем это же количество теплоты проходит через металлическую стенку, после чего теплота от внутренней поверхности труб передается воде и пару. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности теплопередачи – передачи теплоты от продуктов сгорания к воде и пару через разделяющую стенку.

При расчете используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчет выполняется для 1 кг жидкого топлива или 1 м3 газа при нормальных условиях. Для парового котельного агрегата расчет выполняется для каждого (или общего) газохода, а в водогрейном котле – вначале для фестона, а затем для конвективного пучка шахты в следующей последовательности.

1.Определяют конструктивные характеристики (по табл. П1, П2 или чертежам): площади поверхности нагрева, живое сечение для прохода газов, шаг труб и рядов, диаметр труб и др.

2.Предварительно, если известно по паспортным характеристикам котла (табл. П2 и 8.20 [12]), принимают значение температуры топочных газов после рассчитываемой поверхности нагрева. Если таких данных нет, то согласно условиям работы котла, задают произвольно два значения температур топочных газов ϑ1′′ и ϑ′2, которые вероятнее всего могут оказаться после рассчитываемой поверхности

нагрева, а расчеты вести параллельно. Например, после второго газохода парового котла (ДКВР или ДЕ) можно задать ϑ1′′ = 200 °С и ϑ′2= 250 °С.

3. Согласно уравнению теплового баланса, определяют количество теплоты Qб, передаваемое от продуктов сгорания к теплоносителю через конвективную поверхность нагрева, а именно: в кипятильном пучке парового котла – Qк, в фестоне – Qф, в конвективном пучке или шахте водогрейного котла – Qш. Затем вычисляют среднюю температуру воды (для водогрейного котла), средний температурный напор t и подсчитывают среднюю скорость продуктов сгорания.

4.По номограммам (рис. П6 – П8) графоаналитическим методом определяют коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, после чего вычисляют коэффициент теплопередачи и тепловосприятие поверхностью нагрева – Qт.

5.Если полученные из уравнения теплообмена значения тепловосприятия Qт отличаются от опре-

деленного по уравнению баланса Qб (Qк, Qф или Qш), т.е. при невязке расчета менее 2 %, расчет поверхности нагрева считается законченным, а предварительно заданное значение температуры на выходе из конвективной поверхности нагрева (газохода, фестона, шахты) и является истинной температурой для расчета последующих поверхностей нагрева.

При расхождении значений Qт и Qб (Qт и Qк, Qт и Qф, Qт и Qш), т.е. при невязке расчета более 2 % (что встречается чаще всего), задают новое значение температуры газов за поверхностью нагрева, причем температуру принимают в большую сторону при плюсовой (+) невязке и в меньшую сторону при минусовой () невязке, и вновь повторяют расчет.

6. Для ускорения расчета возможно использование графо-аналитического метода, приведенного на рис. П2. Графическую интерполяцию производят для определения температуры продуктов сгорания по-

сле поверхности нагрева по принятым предварительно двум значениям температур ϑ1′′ и ϑ′2и получен-

ным по результатам расчета двум значениям Qт и Qб (Qт и Qк, Qт и Qф, Qт и Qш).

Для этого на миллиметровой бумаге выстраивают четыре точки Qт = f (ϑ1′′, ϑ′2) и Qб = f (ϑ1′′, ϑ′2),

которые имеют вид, показанный на рис. П2. Точка пересечения прямых линий Qт и Qб укажет истинную или расчетную температуру топочных дымовых газов за поверхностью нагрева – ϑ′р. Причем, если ϑ′р

отличается от одного из принятых предварительно значений ϑ1′′ и ϑ′2менее чем на 50 °С, то для завершения расчета необходимо по истинной ϑ′рповторно определить только средний температурный напор

t и тепловосприятие Qт, сохранив при этом прежний коэффициент теплопередачи K, после чего уточнить невязку расчета , которая должна быть менее 2 %. При расхождении температур более 50 °С требуется заново, для найденной температуры ϑ′р, определить коэффициент теплопередачи K, тепловос-

приятие поверхностью нагрева Qт и проверить невязку расчета.

Расчеты конвективных поверхностей нагрева сводят в табл. 8.6 – для парового котла или табл. 8.7 и

8.8– для водогрейного котла.

8.6.Расчет кипятильного пучка – газохода парового котла

 

 

Об

Расчетная фор-

Расчет

 

Наименование пара-

оз-

 

 

 

 

 

 

 

 

метра и размерность

на-

мула, способ оп-

ϑ′′

ϑ′′

 

 

 

че-

ределения

1

2

 

 

 

ние

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Наружный диаметр

dн

Конструктивные

 

 

 

 

труб и их расположе-

 

 

 

 

характеристики

 

 

 

 

ние, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Поперечный шаг

s1

Табл. П1

 

 

 

 

 

труб, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Относительный по-

σ1

s1/dн

 

 

 

 

 

 

 

 

перечный шаг труб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Продольный шаг

s2

Табл. П1

 

 

 

 

 

труб, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Относительный

σ2

s2/dн

 

 

 

 

 

 

 

 

продольный шаг труб

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Число рядов труб

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по ходу продуктов

Табл. П1

 

 

 

 

 

сгорания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчетная поверх-

Hк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ность нагрева (кон-

То же

 

 

 

 

 

 

 

вективная), м2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Сечение для прохо-

Fг

То же

 

 

 

 

 

 

 

да топочных газов, м2

 

 

 

 

 

 

 

9. Эффективная тол-

 

0,9dн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s s

 

 

 

 

 

 

 

щина излучающего

 

2

 

 

 

 

 

 

1,27

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

слоя, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dн

 

 

 

 

 

10. Температура газов

ϑ′к

ϑ′к = ϑ′т, где ϑ′т

 

 

 

 

– из расчета топ-

 

 

 

 

перед газоходом, °С

 

 

 

 

 

ки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11. Энтальпия газов

Iк

Iк′ = Iт′′, где Iт′′

 

 

 

 

перед газоходом,

– из расчета топ-

 

 

 

 

кДж/кг, кДж/м3

 

ки

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Температура то-

ϑ′к

Табл. 8.17, 8.20

 

 

ϑрк

 

 

почных газов за газо-

[12], П1, П2 или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′

 

ходом, °С

 

принимается

 

 

 

 

 

 

13. Энтальпия газов

Iк′′

По I ϑ диа-

 

 

 

 

 

 

за газоходом, кДж/кг,

грамме, согласно

 

 

 

 

 

 

кДж/м3

 

ϑ′к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14. Тепловосприятие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пучка по уравнению

Qк

ϕ(Iк′ − Iк′′ + ∆αкIв0)

 

 

 

 

 

 

теплового баланса,

 

 

 

 

 

 

кДж/кг, кДж/м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. Средняя темпера-

ϑкср

0,5(ϑ′к +ϑ′к)

 

 

 

 

 

 

тура газов в пучке, °С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 8.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Об

 

Расчетная фор-

Расчет

 

Наименование пара-

оз-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

метра и размерность

на-

мула, способ оп-

ϑ′′

ϑ′′

 

 

 

 

 

че-

 

ределения

1

2

 

 

 

 

 

ние

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

3

 

 

4

5

6

 

 

 

16. Температура на-

tн

Табл. 3.1 [12]

 

 

 

 

 

 

сыщения, °С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17. Температурный на-

 

ϑ′к tн

 

 

 

 

 

 

пор перед пучком

tб

 

 

 

 

 

 

(больший), °С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18. Температурный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

напор за пучком

tм

ϑ′′к tн

 

 

 

 

 

 

(меньший), °С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19. Средний темпера-

t

 

tб −∆tм

 

 

 

 

 

 

турный напор, °С

 

ln(tб /tм )

 

 

 

 

 

 

 

 

20. Объем топочных

Vг

Табл. 8.2,

 

 

 

 

 

 

газов в газоходе,

 

 

 

 

 

 

м3/кг, м33

 

для газохода

 

 

 

 

 

 

21. Объемная доля

rH2O

То же

 

 

 

 

 

 

водяных паров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22. Суммарная объ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

емная доля трехатом-

rn

То же

 

 

 

 

 

 

ных газов и водяных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

паров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23. Средняя скорость

 

 

B V

(ϑср + 273)

 

 

 

 

 

 

 

 

р г

к

 

 

 

 

 

 

газов, м/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fг 273

 

 

 

 

 

 

 

24. Коэффициент теп-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лоотдачи конвекцией

αк

Рис. П6

 

 

 

 

 

 

от газов к трубам,

 

αк = αн сZ сS сф

 

 

 

 

 

 

Вт/м2 К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25. Суммарная по-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

глощательная спо-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

собность трехатом-

pS

prnS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ных газов и водяных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

паров, м Па 105

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26. Коэффициент ос-

Kг

Рис. П3,