2.7 Расчет газоходов паровых котлов

Основные уравнения при расчете конвективного теплообмена в газоходах следующие:

уравнение теплопередачи

ккал/ч ; (2.7.1)

где К – коэффициент теплопередачи от газов к воде;

Н – поверхность нагрева газохода;

t_cp– средняя логарифмическая разность температур нагревающей и нагреваемой среды (температурный напор);

уравнение количества тепла, переданного поверхности нагрева в результате изменения теплосодержаний газов до входа в газоход и по выходе из него

ккал/ч (2.7.2)

где - значение коэффициента сохранения тепла, учитывающего

потери тепла в окружающую среду;

В_р – часовой расход топлива в кг;

I₁^’ = - теплосодержание газов до газохода;

I₁^” =- теплосодержание газов после

газохода;

- теплосодержание воздуха присосанного

в газоход;

- приращение значения коэффициента избытка воздуха

в газоходе;

Расчет считается завершенным, когда оба уравнения превращаются в равенство

(2.7.3)

Для котельных поверхностей величину расчетного коэффициента теплопередачи подсчитывают из выражения

ккал/м²ч град (2.7.4)

где - значение коэффициента омывания или степень за-

полнения газохода, составляет 0,9 – 1;

- значение коэффициента загрязнения средние значения

могут быть взяты из табл .2.7.1

Таблица2.7.1

Значения коэффициента

Топливо	Гладкотрубные пучки	Чугунные экономайзеры
Твердое топливо	0,015 – 0,02	0,03
Мазут	0,015	0,025
Природный газ	0,005	0,01

Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков находят по формуле

ккал/м²ч град (2.7.5)

где С_z– поправка на число поперечных рядов труб;

- значение коэффициента теплопроводности при средней

температуре потока (табл. 2.7.2);

- значение коэффициента кинематической вязкости при

средней температуре потока (табл.2.7.2);

- скорость газов в м/с;

d – наружный диаметр труб,

или по номограмме ( рис. 2.6.4)

Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков находят по формуле

ккал/м²ч град (2.7.6)

или по номограмме (рис. 2.7.3)

Таблица 2.7.2

Физические характеристики воздуха и дымовых газов среднего состава

Температура в град	Воздух		Дымовые газы
	106, м2/сек	102, ккал/м2град	106, м2/сек	102, ккал/м2град	Pr
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900	13,3 23 34,8 48,2 63 79,3 96,8 115 135 155	2,1 2,76 3,38 3,96 4,48 4,94 5,36 5,77 6,17 6,56	12,2 21,5 32,8 45,8 60,4 76,3 93,6 112 132 152	1,96 2,69 3,45 4,16 4,9 5,64 6,38 7,11 7,87 8,61	0,72 0,69 0,67 0,65 0,64 0,63 0,62 0,61 0,6 0,59

Значение коэффициента теплоотдачи при продольном

омывании поверхности нагрева находят по формуле

ккал/м²ч град, (2.7.7)

где Pr– величина критерия физических свойств для дымовых

газов среднего состава табл. 2.7.2;

С_t– поправка зависящая от температур потока и стенки

(при охлаждении газов принимается постоянной

равной 1,06);

С_В– поправка на относительную длину учитывается по

номограмме (рис. 2.7.3,б) только если;

d_э- эквивалентный диаметр в м,

или по номограмме (рис.2.7.3,а).

При течении газов внутри труб эквивалентный диаметр равен внутреннему диаметру трубы.

Для газохода заполненного трубами:

м, (2.7.8)

где и - поперечные размеры газохода в м;

- количество труб в газоходе;

- диаметр труб в м.

При течении газов в каналах некруглого сечения и про­дольном омывании или пучка труб, или одной трубы эквива­лентный диаметр подсчитывают по формуле

м, (2.7.9)

где F— площадь живого сечения газохода в м²;

U—часть периметра, через которую происходит

теплообмен, в м

Чтобы использовать номограммы (рис. 2.7.1, 2.7.2, 2.7.3) вместо формул (2.7.5), (2.7.6) и (2.7.7), необходимо предварительно найти:

1)температуру потока , которую принимают по формуле

(2.7.10)

2. объемную долю водяных паров, содержащихся в дымо­- вых газах которую берут из табл. 2.2.1 при соответствую­ щем значении коэффициента избытка воздуха (для первых га- зоходов при а_т, для последующих при а_к);

3. число рядов труб вдоль и поперек газового потока и их шаг в поперечном (S₁) и продольном (S₂) направлениях;

4. площадь живого сечения газохода Fв м², определяемую как разность между площадью всего газохода и площадью, за­- нятой трубами; эта площадь подсчитывается:

а)для течения газов внутри труб (продольное омывание)

м², (2.7.11)

б)для продольного омывания потоком газов труб снаружи

м², (2.7.12)

в)для поперечного oмывания потоком газов трубного пучка

м², (2.7.13)

где а и Ь — поперечные размеры газохода в свету в м;

n — число труб в .газоходе;

n₁—среднее число труб в одном ряду;

d_вн— внутренний диаметр труб в м;

d— наружный диаметр труб в м;

l— длина омываемых газами труб в м;

5) среднюю скорость перемещения газового потока по газо-­ ходу, определяемую по формуле

м/с, (2.7.14)

где и— общий объем дымовых газов при входе

в газоход и выхо­де из него в м³/кг (берет-

ся из табл. 2.2.1);

Вр — расчетный часовой расход топлива в кг;

F— площадь живого сечения газохода в м².

Значение коэффициента теплоотдачи излучением продуктов сгорания определяют по формуле

ккал/м²ч град, (2.7.15)

где - степень черноты не запыленного потока газов

при температуре Т°К; определяется по форму-

ле (2.6.10) или по номограмме (рис.2.6.2,);

Т - абсолютная температура потока; определяется

по фор­муле типа(2.7.10);

Т_ст=t_ст+273 - абсолютная температура наружной поверхнос-

ти стенки, воспринимающей лучистое тепло, в °К;

град, (2.7.16)

где - температура насыщенного пара или средняя температура протекаю­щей воды в град;

- значение коэффициента загрязнения (табл.2.7.1);

Q_б- тепло, переданное поверхности нагрева рассчи-

тываемого газохода (уравнение 2.7.2 ) в ккал;

Н - поверхность нагрева рассчитываемого газохода в м²,

или по номограмме (рис. 2.7.1).

Рис.2.7.1 Значение коэффициента теплоотдачи излучением

Эффективная толщина излучающего слоя Sдля гладкотрубных пучков, определяется по формулам:

при

м, (2.7.17)

при

м, (2.7.18)

где S₁иS₂— средние для пучка продольные и поперечные шаги труб в м.

Итак, все величины, необходимые для определения значения коэффициента теплопередачи (2.7.4), а, следовательно, и для решения равенства (2.7.3), могут быть найдены, если будет правильно выбрана температура газов, покидающих газоход.

Чтобы быстрее сбалансировать равенство (2.7.3), задаются двумя произвольными значениями температуры газов по выхо­де из рассчитываемого газохода (но, естественно, более низки­ми, чем температура газов при входе в данный газоход, т. е. при условии расчета первого газохода меньше например,=700°С и=400°C), и по этим значениям находят все необходимые величины, входящие в равенство (2.7.3). Если равенство (2.7.3) сбалансируется при одной из заданных тем­ператур, то эта температура и будет искомой температурой газов, покидающих газоход.

Для этого на оси абсцисс ( рис.2.7.2 ) откладывают в известном масштабе температуру газов покидающих газоход, а по оси ординат (в своем масштабе) – числовые значения равенства (2.7.3),подсчитанные при этих температурах. Полученные точки дают возможность построить две прямые, точка пересечения этих прямых при переносе ее на ось абсцисс и дает искомую температуру .

Рис.2.7.2. Вспомогательный график для нахождения искомой температуры газов на выходе из рассматриваемого газохода

Рис. 2.7.3. Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков

Рис. 2.7.4 Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков

2.7.4. Номограмма для определения значения коэффициента теплоотдачи конвекцией

а) поправочные коэффициенты к номограмме;

б) при продольном омывании для воздуха и дымовых газов.