6. Тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева
К конвективным поверхностям нагрева относят кипятильные трубы котла и экономайзер. В них дымовые газы отдают воде большую часть теплоты за счет конвекции.
Теплоту, передаваемую через поверхность нагрева, считают по формуле:
Q = K*AtCp*H, где К - коэффициент теплопередачи, Вт/м2град; AtCp -усредненное значение разности температур в поверхности нагрева, °С; Н -площадь поверхности нагрева, м2.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
СФУ ИГУРЗ КП - 270109.65 - 075076
Лист
18
Среднюю
разность температур определяют по
формуле:
AtCP =( At6 - AtM)/2,3*lg(At6 /AtM)
где At6 , AtM - разность температур дымовых газов и нагреваемой среды на том конце поверхности, где эта разность больше и меньше. Следует иметь ввиду, что в трубах кипятильного пучка температура среды постоянна и равна температуре кипения при давлении в барабане котла.
Для кипятильных и экономайзерных труб коэффициент теплопередачи вычисляется по формуле: К = он /(1+е*а0, где а{ - коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубы, Вт/м2град; s - коэффициент загрязнения.
Коэффициент теплоотдачи находится по формуле: он = сохак+ал ,где ак и ал соответственно коэффициенты теплоотдачи конвекцией и излучением, Вт/м2град; о - коэффициент омывания, равный 0,9.
Величина ак зависит от характера омывания трубного пучка дымовыми газами (поперечного или продольного), а при поперечном омывании - от расположения труб (коридорного или шахматного). Кроме этого, она зависит от скорости газов. Среднюю скорость (м/с) дымовых газов в пучке труб определяют по формуле:
co=BPxVrx(QCp +273) 3600xFrx273
где Вр - расчетный часовой расход топлива, кг/ч; Fr - площадь поперечного сечения, м ; QCp - средняя температура дымовых газов в газоходе, С.
Коэффициент теплоотдачи излучением находится по формуле: ал= анханеСв
где ан - основное значение, принимаемое по номограмме 11; анеСв - степень черноты трехатомных газов.
Цель теплового расчета труб конвективного (кипятильного) пучка -определение температуры газов за котлом. Количество теплоты, отданное
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
СФУ ИГУРЭ КП - 270109.65 - 075076
19
дымовыми
газами при движении через эту поверхность
нагрева, определяют по формуле:
Q6 = фх(Нк - Нк +[AaxH°XB]) ,где Нк и Нк - энтальпии газов на входе в рассчитываемую поверхность и выходе из нее; (р - коэффициент сохранения теплоты; Н°хв - энтальпия холодного воздуха, кДж/кг; Да - подсос воздуха.
Поверочный расчет труб кипятильного (конвективного) пучка и конструктивный расчет экономайзера сводим в таблицу 5.
Таблица 5.
|
Рассчитываемая величина |
Обозн а- чение |
Размерность |
Расчетная формула |
Резуль тат |
|
Температура дымовых газов за пучком |
Q'k |
°C |
Принимаем предварительно 300-400 |
300 |
|
Энтальпия дымовых газов за пучком |
нк |
кДж/кг |
По принятой температуре, таб.2 |
4112,9 6 |
|
Тепловосприятие труб по тепловому балансу |
Q6 |
кДж/кг |
фх(Нк-Н"к+[ЛахН0хв]) 0,9825*(14457,6-4112,96+(0,1*245,36)) |
10187, 7 |
|
Температурный напор в начале газохода |
At6 |
°с |
Qt - tH, 1025-194 |
831 |
|
Температурный напор в конце газохода |
AtM |
°с |
Qk - tH, 300-194 |
106 |
|
Средний температурный напор |
AtK |
°с |
(At6-AtM)/2.3*lg(At6/AtM) (831-106)/2,3*lg(831/106) |
352,6 |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дота
СФУ ИГУРЗ КП - 270109.65 - 075076
Лист
20
|
|
|
|
| |||||||
|
|
Средняя температура газов в газоходе |
~Q~r |
°С |
(Q"t +Q"k)/2 (1025+3 00)/2 |
662,5 |
| ||||
|
Средняя скорость дымовых газов |
©к |
м/с |
BpxVrx(QKCF+273)/3600xFK*x 273 1416*9,5*(662,5+273)/3600* *1,37*273 |
9,346 | ||||||
|
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов |
- |
мхМПа |
rnxSKxp р-0,1 0,2039*0,165*0,1 |
0,0034 | ||||||
|
Коэффициент теплоотдачи конвекцией |
ак |
Вт/м гра д |
Определяем по номограмме 9 |
64 | ||||||
|
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами |
кг |
- |
Определяем по номограмме 6 |
3,8 | ||||||
|
Суммарная сила поглощения потока газов |
- |
мхМПа |
rnxSKxpxKr 0,2039*0,165*0,1*3,8 |
0,0128 | ||||||
|
Степень черноты газового потока |
&НЕСВ |
|
Определяем по номограмме 7 |
0,13 | ||||||
|
Коэффициент загрязнения поверхности |
8 |
м хград/ Вт |
Определяем по номограмме 10 |
0,005 | ||||||
|
Температура наружной поверхности труб |
tcT |
°С |
tCT=tH+At tH=194,l°C AtH=60°C |
254,1 | ||||||
|
Коэффициент |
|
|
aHX^HECB «и - |
| ||||||
|
|
|
|
|
|
|
СФУ ИГУРЗ КП - 270109.65 - 075076 |
/lucm 1 | |||
|
|
|
|
|
| ||||||
|
| Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
|
| ||||
|
|
ал |
9 Г Вт/м гра Д |
определяем по номограмме 11 |
11,44 |
|
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке труб |
си |
Вт/м2гра д |
со*ак +ал 0,93*64+11,44 |
70,96 |
|
Коэффициент теплопередачи |
кк |
Вт/м гра Д |
ai/(l+e><ai) 70,96/(1+0,005*70,96) |
52,38 |
|
Тепловосприятие пучка труб по уравнению теплопередачи |
Qt |
кДж/кг |
3,6*(KK*HK*AtK)/Bp 3,6*(52,38*207,3*352,6)/ 1416 |
9733,9 |
|
Невязка |
|
% |
100-(QT/Q6)*100 100-(9733,9/10187,7)*100 |
-4,45 |
|
Тепловосприятие экономайзера |
Q3 |
кДж/кг |
Q н*Лка - (Q« +Q6) 19090*0,84-(4740,78+10187,7) |
1107,1 |
|
Энтальпия воды на выходе из экономайзера |
И'э |
кДж/кг |
[(Q3*Bp)/(l+n/100)*D]+hnB (1107,1 * 1416)/(1+(4/100))* 10000+419 Л |
150,74 |
|
Температура воды на выходе из экономайзера |
t"3 |
°с |
Ьэ/4,19 150,74/4,19 |
35,97 |
|
Температурный напор в начале экономайзера |
At6 |
°с |
Q"k " f Э 300-35,97 |
264 |
|
Температурный напор в конце экономайзера |
AtM |
°с |
©yx-tnB; tnB = 100 С, 150-100 |
50 |
теплоотдачи
запаленного потокаИзм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
СФУИГУРЗ КП - 270109.65 - 075076
Лист
22
Определяем
расчетную невязку теплового баланса
по уравнению: AQ
= СТИЛКА - ^+Q6+Q3)x(100-q4)/100
, кДж/кг
|
Средний |
At3 |
^с" |
(At6-AtM)/2,3xlg(At6/AtM) |
|
|
температурный напор в |
|
|
(264-50)/2,3><lg(264/50) |
128,76 |
|
экономайзере |
|
|
|
|
|
Средняя |
есрэ |
иС |
(0"к +еух)/2 |
|
|
температура дымовых газов |
|
|
(300+ 150)/2 |
225 |
|
Число труб в |
Z] |
HIT |
Принимается по |
7 |
|
горизонтальном |
|
|
рекомендованной |
|
|
раду |
|
|
Скорости (6-8 м/с) |
|
|
Средняя скорость |
|
|
BpxVrx(0cp3 |
8Д |
|
дымовых газов в |
соэ |
м/с |
+273)/3600хРжэх273 |
|
|
экономайзере |
|
|
1416*9,5*(225+273)/(3600*0,8 4*273) |
|
|
Коэффициент |
Кэ |
Вт/м гра |
Определяем по номограмме |
20 |
|
теплопередачи |
|
д |
12 |
|
|
Поверхность |
Нэ |
м2 |
(ОэхВрхО,28)/(КэхА1э) |
170,5 |
|
нагрева |
|
|
(1107,1*1416*0,28)/(20*128,7 6) |
|
|
Число труб |
Пэ |
шт |
Нэ/Н э 170,5/2,95 |
58 |
|
Число рядов по |
z2 |
HIT |
n3/zi |
8 |
|
ходу |
|
|
58/7 |
|
|
движения газов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
СФУИГУРЗ КП - 270109.65 - 075076
Лист
23
где
QrH
- располагаемая
теплота; Qjj
-
теплота, переданная излучением в топке;
Q6
-
тепловосприятие кипятильных труб; Q3
- тепловосприятие
экономайзера;
Цка
-
коэффициент
полезного действия котлоагрегата.
AQ « 19090*0,84-(4740,78+ 10187,7+ 1107Д)*(100-5)/100 - 801,8
Относительная величина невязки: (AQ/Q^ xlOO = (801,8/19090)* 100=42 , что менее 5%.
Лист I
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
СФЧ ИГУРЗ КП - 270109.65 - 075076
24