6.Расчет конвективных пучков

6.1 Расчет первого конвективного пучка

Конструктивные данные:

Расположение труб шахматное; [табл.2.9,2]

Продольный шаг труб 110мм; [табл.2.9,2]

Поперечный шаг труб 90мм; [табл.2.9,2]

Диаметр труб 512,5мм; [табл.2.9,2]

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания 0,41м² ; [табл.2.9,2]

При расчете конвективной поверхности нагрева используем уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняем для 1 м³ сжигаемого газа при нормальных условиях.

Расчет конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2, стр.69].

Общая площадь поверхности нагрева газоходов находим из таблицы 2.9 [2, стр.33], м².

H=117,69 (40)

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитываемого пучка υ″=600⁰С и υ″=500⁰С. Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.

Определяем теплоту Q_б ,кДж/м³, отданную продуктами сгорания

Q_б = φ (H^′–H^″+ΔαH⁰_прс), (41)

где φ – коэффициент сохранения теплоты;

H′ – энтальпия продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, кДж/м³, определяется по таблице 4 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после топочной камеры;

H^″ – энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м³;

Δα– присос воздуха в поверхность нагрева, Δα=0,05;

H⁰_прс–энтальпия присасываемого в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 30⁰С, кДж/м³.

Q_б1 = 0,98(20609,27–13223,40+0,05490,73)=7262,19.

Q_б2 = 0,98(20609,27–10891,10+0,05490,73) =9547,84.

Определяем расчётную температуру потока υ, ⁰С, продуктов сгорания в конвективной поверхности

_, (42)

где υ′ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, ⁰С;

υ^″ – температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева ⁰С.

Определяем температурный напор, ⁰С.

Δt= - t_к, (43)

где t_к – температура окружающей среды, для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле

Δt₁=751– 194,1=556,9

Δt₂=701 – 194,1=406,9

Определяем среднюю скорость ω_г, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева

, (44)

где В_р – расчетный расход топлива, кг/с;

F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м²;

V_г – объем продуктов сгорания на 1 м³ газообразного топлива, м³/м³;

υ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, ⁰С.

.

.

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией α_к, Вт/(м²·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева; при поперечном омывании коридорных пучков

α_к = α_н с_zс_sс_ф, (45)

где α_н – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме рис.6.2 [2, стр.74] при поперечном омывании шахматных пучков, Вт/(м²·К);

α_н1=108.

α_н2=102.

с_z – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; определяется по номограмме рис.6.2 [2, стр.74] при поперечном омывании шахматных пучков;

с_z=0,93.

с_s – поправка на компоновку пучка; определяется по номограмме рис.6.2 [2, стр.75] при поперечном омывании шахматных пучков;

с_s=0,97.

с_ф – коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока; определяется по номограмме рис.6.2 [2, стр.75] при поперечном омывании шахматных пучков.

с_ф1= 1,05.

с_ф2= 1,075.

α_к1=108*0,93*1,05*1,05 = 103.

α_к2=102*0,93*1,075*1,05 = 100.

Определяем степень черноты газового потока а по номограмме рис.5.6 [2, стр.64]. Для определения степени черноты по номограмме вычисляем суммарную оптическую толщину kps

kрs = k_г*r_п*p*s, (46)

где р – давление в газоходе, МПа; для котлов без наддува принимаем равным 0,1;

s − толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков, м;

(47)

.

k_г – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, .

, (48)

Kрs₁= 45,32*0,2564*0,1*0,128 = 0,148.

Kрs₂= 39,65*0,2564*0,1*0,128 = 0,130.

а ₁ = 0,137.

а ₂ = 0,121.

Определяем коэффициент теплоотдачи α_л, Вт/(м²·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева

α_л =α_н*а*с_г, (49)

где α_н – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К), определяем по номограмме на рис.6.4 [2, стр.78];

а – степень черноты;

с_г – коэффициент, определяемый по рис.6.4 [2, стр.78].

Для определения α_н и коэффициента с_г вычисляем температуру загрязненной стенки t_з, ⁰С

t_з = t + ∆t, (50)

где t – средняя температура окружающей среды, ⁰С; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;

∆t – при сжигании газа принимаем равной 25 ⁰С.

t_з = 194,1 + 25 = 219,1.

_н1 = 75.

_н2 = 55.

с_г1 = 0,98.

с_г2 = 0,97.

α_л1 = 75*0,137*0,98 = 10.

α_л2 = 115*0,12*0,97 = 6,5.

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи α₁, Вт/(м²·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева

α₁ = ξ *(α_к+ α_л), (51)

где ξ – коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепло-восприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимаем равным 1.

α₁⁶⁰⁰ =1(103 +10)=113.

α₁⁵⁰⁰ =1(100+6,5)=106,5.

Определяем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К)

К = α₁*ψ, (52)

где ψ – коэффициент тепловой эффективности, определяемый из табл.6.2 [2, стр.79] в зависимости от вида сжигаемого топлива; принимаем равным 0,9.

К₁ = 113*0,9=101,7.

К₂ = 106,5*0,9=95,85.

Определяем количество теплоты Q_т, кДж/м³, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 м³ сжигаемого газа

, (53)

.

.

По принятым двум значениям температуры υ′ и υ^″ полученным двум значениям Q_б и Q_т производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура υ^″ на выходе из первого конвективного пучка равна 330 ⁰С.