Расчет теплообмена в топке
Целью расчёта является определение температуры и энтальпии продуктов сгорания на выходе из топки и количества теплоты, отданной газами в топке.
На основе теории подобия и экспериментальных данных выражены функциональные связи между параметрами, влияющими на теплообмен в топке, в следующем виде:
где θm – безразмерная температура;
Тm– температура газов за топкой (на выходе из топки), К;
Та – адиабатная (теоретическая) температура, К, то есть температура, которая установилась бы в топке при отсутствии теплообмена;
Во – критерий Больцмана; аm– степень черноты топки.
Предварительно задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из топки: ϑm = 1200 °С. Определяем энтальпию для этой температуры по диаграмме [прил.2]: Iт = 26000 кДж/кг.
- средняя
суммарная
изобарная
теплоемкость
продуктов
сгорания, кДж/(кг · К):
=
25,3 кДж/(кг
· К)
ξ – коэффициент загрязнения радиационной поверхности: ξ = 0,9 при сжигании жидких топлив.
Адиабатная температура Та, К:
Та = ϑа + 273 = 1750 + 273 = 2023 К
Критерий Больцмана определяется из выражения:
=
1,03
Коэффициент, характеризующий соотношение объемов, занимаемых светящимся пламенем и несветящимися трехатомными газами; принимается в зависимости от теплового напряжения топочного объема:
v
m = 0,308 + 0,658·q д·10-3 = 0,8Температура газов на выходе из топки, К:
Тт =ϑm+273=1200+273=1473 К
Парогенератор с вентиляционным дутьём, давление в топке Рг=0,1 МПа Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/(м · МПа)
=
1,75 1/(м ·
Мпа)
Коэффициент ослабления лучей частицами сажи, 1/(м · МПа)
=
23,6 1/(м ·
МПа)
Степень черноты светящегося пламени aсв и потока газов aг определяются по следующим формулам:
=0,9 =
0,2
При горении жидкого топлива основными излучающими компонентами являются трехатомные газы (одно- и двухатомные газы диатермичны) и взвешенные в топочных газах частицы сажи. Последние, раскаляясь, делают пламя светящимся. Величина аф рассчитывается по формуле:
=
0,76
Степень
черноты топки
определяется
из выражения:
= 0,9
Тогда безразмерная температура будет равна:
=0,73
Рассчитывается
температура
газов на
выходе из
топки:
= 0,73 · 2023 =
1318 К
=
1477 — 273 = 1215
К
Полученная температура газов на выходе из топки сопоставляется с избранной. Допускаемое расхождение ±50 °С. Значение не превышает исходного значения.
Расчет
теплообмена в
топке завершается
определением
количества
теплоты, передаваемой
в топке
излучением, кВт
= 1215 кВт
Тепловой расчет конвективных парообразующих поверхностей
нагрева
Тепловая мощность парообразующего пучка, кВт :
=1,53·
(2701 — 618,16)
- 1215
= 1971 кВт
Энтальпия газов на выходе из пучка, кДж/кг:
=29000
- (
1971/(0,14 ·
0,941))= 14038,7
кДж/кг
Температура газов на выходе из пучка, °С:
ϑ1 = 715 °С
Средняя температура газов в пучке, °С:
=
0,5 ·
(1215+ 715)
=965°С
Тгп = 965 + 273 = 1238 К
Принимаем шахматное расположение труб в пучке.
Принимаем значения относительных поперечных и продольных шагов (шаговых отношений):
=
32
мм
=
32 мм
Принимаем перемычку между отверстиями с внутренней стороны коллектора равную 6 мм.
Тогда число труб в одном ряду парообразующего пука водотрубного парогенератора:
=56,25
Округляем число труб в одном ряду парообразующего пучка до целого и получаем Z1п=57.
Далее снимаются
следующе размеры
с компоновочного
эскиза: 1)Средняя
расчётная длина
труб в
пучке
=4,2 м;
расчетная
длина
труб;
Проекция активной длины труб среднего ряда пучка на плоскость, перпендикулярную направлению потока
=3,2
м;Длина труб, измеренная по средней линии пучка между линиями
омывания,
является активно
омываемой длиной
труб
=3,5
м.
Живое сечение для прохода газов, м2:
=1,4
м2
Площадь поверхности
нагрева одного
ряда парообразующего
пучка, м2:
=18,8 м2
Средняя скорость газов в парообразующем пучке, м/с:
=5,4 м/с
Данное значение соответствует пределу 2-6 м/с.
Теплофизические параметры продуктов сгорания в парообразующем пучке:
=
0,069 Вт/(м ·
К)
=
151 ·
10-6 м2/с
=
0,765
Где ϑ = ϑгп = 965 °С
Коэффициенты теплоотдачи конвекцией определяются в зависимости от вида пучка труб, характера его омывания потоком и условий теплообмена.
При поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков теплоносителем, Вт/(м2 К):
= 164,5
Вт/(м2 К)
где Czп = 4 поправка на число рядов труб Z Cs=0,33 — поправка на относительные поперечные
Выполняется расчёт коэффициента теплоотдачи излучением:
При расчете коэффициента теплоотдачи излучением предварительно принимается значение плотности теплового потока: q = 35 · 103 Вт/м2
Значение коэффициента загрязнения труб ε=11,25∙10−3 м2*К/Вт
Тогда температура поверхности загрязняющего слоя в парообразующем пучке, оС:
или
= 590 оС
Тзагр
= tзагр
+ 273
=863 К
где tж = ts = 170 оС - средняя температура нагреваемой среды.
Эффективная толщина излучающего слоя газов в межтрубном пространстве, м:
=0,02
м
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами в парообразующем пучке, 1/(м*МПа):
их
степень
черноты: аг
= 1
— е
-kгPгSэ =
0,04
=16,5 1/(м*МПа)
Коэффициент полноты омывания поверхности нагрева, характеризующий степень эффективности использования поверхности нагрева, омываемой потоком продуктов сгорания, определяется по формуле:
=0,76
Суммарный коэффициент теплоотдачи для парообразующих поверхностей, определяется по уравнению:
=128 Вт/( м2*К)
Температурный
напор в
парообразующем
пучке, °С:
=695
°С
Расчетная площадь поверхности нагрева парообразующего пучка, м2
=66,43
м2
Расчётное число рядов труб в парообразующем пучке
=3,54
Корректируем до целого числа Z2 п=4, а исходя из принятого числа рядов определяется действительная поверхность нагрева пучка, м2:
=
66
м2
Далее выполняется проверочный расчёт конвективных поверхностей нагрева графическим методом.
Задаёмся тремя значениями υ1, проводим для них расчёты и заносим их в таблицу.
Таблица 3
-
А
600
11000
681
2515
54,8
3509
Б
650
12500
715
2321
54,8
3682
В
700
14000
747
2128
54,8
3848
Далее строим график и определяем действительные значения:
Рис.1 Графическое решение системы уравнений теплового баланса и теплопередачи
Полученные действительные значени: ϑ 1д = 600 °С
Q пд = 760 кВт
I1д = 11700 кДж/кг