6. Поверочный расчет фестона.

6.1.) В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из топки расположен трехрядный испарительный пучок, образованный трубами заднего топочного экрана, с увеличенным поперечными и продольными шагами и называемый фестон. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона.

Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном _ф^’’ при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки _т^’’.

6.2) По чертежам парового котла составляют эскиз фестона (рис. 7).

По чертежам и эскизу фестона парового котла составляем таблицу:

Конструктивные размеры и характеристики фестона.

Таблица 6.1.

Наименование величин	Обозн.	Раз-ть	Ряды фестона				Для всего фестона
			1	2		3
Наружный диаметр труб	d	м	0,06
Количество труб в ряду	Z1	—	16	16		16	—
Длина трубы в ряду	Li	м	4,375	4,325		4,4	—
Поперечный шаг труб	S1	м	0,24	0,24		0,24	0,24
Продольный шаг труб	S2	м	0,22	0,22		0,22	0,22
Угловой коэф. Фестона	Хф	—	—	—		—	1
Расположение труб			Шахматное
Расчётная поверхность нагрева	H	м2	13,195	13,04	13,270		39,505
Высота газохода	ai	м	4,4	4,25	4,07		—
Ширина газохода	b	м	4,4				—
Площадь живого сечения	F	м2	15,16	14,55		13,684	14,422
Относительный поперечный шаг труб	S1/d	—	4	4		4	4
Относительный продольный шаг труб	S2/d	—	3,67	3,67		3,67	3,67
Эффективная толщина излучающего слоя	Sф	м	—	—		—	0,955274

Принимаем Х_ф= 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя (в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт.

По S₁^сри S₂^сропределяем эффективную толщину излучающего слоя фестона S_ф:

м

6.4) Расположение труб в пучке – шахматное, омывание газами – поперечное (угол отклонения потока от нормали не учитываем). Высоту газохода “а” определяют в плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Ширина газохода “b” одинакова для всех рядов фестона, её определяют как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого боковых экранов.

6.5) Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:

F_i = a_ib - Z₁ l_iпрd;

F_вх=F₁= a₁b - Z₁₍₁₎ l_1пр d =4,44,4-164,3750,06=15,16 м²;

F2== a₂b - Z₁₍₂₎ l_1пр d=4,25·4,4-16·4,3250,06=14,548 м²;

F_вых=F₃= a₃b - Z₁₍₃₎ l_3пр d=4,074,4 - 16 4,40,06=13,684 м²

где l_iпр– длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб рассчитываемого ряда.

F_срнаходим как среднее арифметическое между F₁и F₃:

F_ср=(F_вх +F_вых)/2=(15,16+ 13,684)/2=14,422 м²

6.6) Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации, т.е гибов в пределах фестона:

Н_i=dZ_1il_i;

где Z_1i– число труб в ряду; l_i– длина трубы в ряду по её оси.

Н₁=dZ₁₍₁₎l₁=0,06164,375=13,195 м²;

Н₂=dZ₁₍₂₎l₂=0,06164,325=13,044 м²;

Н₃=dZ₁₍₃₎l₃=0,06164,4=13,270 м².

Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:

Н_i= Н₁+ Н₂+ Н₃= 13,195+13,044+13,270 = 39,509 м;

На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых превышает 5% от поверхности фестона, и поэтому дополнительную поверхность экрана в области фестона суммируют с поверхностью экранов:

H’_ф =H_ф+Н_доп = 39,509+2,25=41,759 м²;

6.7) Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.

6.8) Ориентировочно принимают температуру газов за фестоном на 30100⁰С ниже, чем перед ним. Примем ниже на 60⁰С:

_ф^”=_ф^’-60=1091,4 – 60=1031,4C

Таблица 6.2.

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Величина
Температура газов перед фестоном	т’’=ф’	0С	1091,404
Энтальпия газов перед фестоном	Jт’’=Jф’	ккал/м3	4740,25
Объёмы газов на выходе из топки при т	Vг	м3/кг	11,809
Объёмная доля водяных паров	rH2O	—	0,1842
Объёмная доля трёхатомных газов	rRO2	—	0,2714
Температура состояния насыщения при давлении в барабане	tн	0С	255

J_ф^’’=4453,67 ккал/м³и по уравнению теплового баланса определяем тепловосприятие фестона:

6.9)Уравнение теплопередачи для всех поверхностей нагрева записывают в следующем виде:

Где k—коэффициент теплопередачи,t—температурный напор,

Н—расчётная поверхность нагрева.

При сжигании газа и мазута коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

где _к — коэффициент теплоотдачи конвекцией;_л — коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке;- коэффициент использования поверхности нагрева, учитывающий уменьшение ее тепловосприятия за счет неравномерного омывания поверхности газами, образования застойных зон и частичного перетекания газов мимо поверхности..

Для поперечно омываемых трубных пучков принимают = 1;

Для определения _к—коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб рассчитаем среднюю скорость газового потока:

.

где υ– средняя температура газов по фестону:

υ=(υ_ф’+υ_ф”)/2=(1091,404+1031,14)2=1061 ^оС

Для нахождения _кпо номограмме 13 определяем_н=31 ккал/м²ч^оС и добавочные коэффициенты: С_z=0,89; С_ф=1,01; С_s≈1;

_к =_нС_zС_фС_s = 31∙0,89∙1,01∙1 = 27,8659 ккал/м²ч^оС.

Для нахождения _лиспользуем номограмму 19 и степень черноты продуктов горенияa:

р = 1кгс/ см²; r_n=0,2714; S_ф=0,955274; =0,1842

По номограмме находим k_г= 0,5;

Для не запылённой поверхности:

kpS= (k_гr_n )Sp=(0,50,2714)0,955274=0,129631

Температуру загрязненной стенки для всех поверхностей нагева при сжигании газового топлива принимают: t_з=t+25. Тогда, для фестонаt_з=255+25=280 ^оС

По номограмме 19 находим _н=155 ккал/м²ч^оС; С_г=0,975;

 _л =_наС_г =1550,12160,975 =18,3768 ккал/м²ч^оС;

Коэффициент теплопередачи к:

Находим температурный напор ∆tи тепловосприятии фестона по уравнению теплопередачиQ^т:

6.10) Если тепловосприятия фестона по уравнениям теплового баланса и теплопередачи отличаются менее чем на 5%, то температура за фестоном задана правильно:

Полученное расхождение не допустимо. Задаемся новой температурой на выходе из фестона:

_ф^”=_ф^’-100=1091,4 – 100=991,4C

Тогда J_ф^’’=4262, 7 ккал/м³

Считаем температуру за фестоном _ф^’’=991,4Cокончательной;

J_ф^’’=4262,7 ккал/ м³.