Расчет конвективных поверхностей

При расчете конвективных поверхностей используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса.

Расчет выполняется на 1м³ или 1кг сжимаемого топлива.

1.Уравнение теплопередачи:

Q=(kFt)В_р

2.Уравнение теплового баланса:

Q=(H - H + _прH⁰_х.в.)

Н и Н -энтальпия продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее (кДж/кг;кДж/м³);

Н⁰_х.в. - энтальпия, приносимая присасываемым в газоход воздухом;

_пр – величина присоса воздуха.

Из уравнения теплопередачи видно, что количество теплоты, переданное через поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и температурный напор.

Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей тепло среды.

По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхности нагрева (экономайзер, воздухоподогреватель) работают при меньшей разности температур.

Поэтому, чем дальше расположена поверхность нагрева от точки, тем большие размеры она должна иметь.

При выборе последовательности размещения конвективных поверхностей в котельном агрегате стремятся так разместить эти поверхности, чтобы температурный напор t был наибольшим.

Уравнение теплового баланса показывает, какое количество теплоты отдают продукты сгорания воде или пару через конвективную поверхность нагрева.

Количество теплоты, отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой водой или паром с учетом потерь в окружающую среду.

Для расчета задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности, а затем уточняют ее путем последовательных приближений. Также, чтобы избежать повторяющихся расчетов, задают две температуры продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности и расчет производят параллельно для двух температур. Затем с помощью графоаналитического анализа по полученным результатам определяют действительную температуру после рассчитываемой поверхности.

РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ КОТЛА :

1. По чертежу определяются конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода: площадь поверхности нагрева (F), продольный и поперечный шаги труб (S₁ и S₂), диаметр труб (d), число труб в ряду и число рядов (Z₁ и Z₂), площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (F₁).

Площадь поверхности нагрева, расположенной в рассчитываемом газоходе, равна:

F=dln, где

l-длина труб (средняя по газоходу);

n-общее число труб;

Площадь проходного сечения для прохода продуктов сгорания:

• При поперечном омывании гладких труб: F=ab-z₁dl;

• При продольном омывании гладких труб: F=ab-zd²/4;

a и b – размеры газохода в расчетном сечении(высота и ширина);

z – число труб в пучке.

2. Предварительно принимаются два значения температуры продуктов сгорания на выходе из рассчитываемой поверхности (параллельно ведутся два расчета по двум принятым температурам).

3. Определяется теплота, отданная продуктами сгорания, из уравнения теплового баланса:

Q=(H - H + _прH⁰_х.в.)

Н и Н - принимаются по ht – диаграмме продуктов сгорания или по таблицам;

Н⁰_х.в.  39,8 V₀ (при температуре воды расчетной равной 30 ⁰С)

4. Вычисляется расчетная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе:

=(+)/2;

5. Определяется температурный напор:

t =  - t_к , где t_к – средняя температура охлаждающей среды;

Для парового котла принимается равной температуре кипения воды при давлении в котле.

Для водогрейного котла равна полусумме температур воды на входе и на выходе из котла.

6. Определяется скорость продуктов сгорания поверхности нагрева:

_г = В_рV_г(+273)/(F1273)

7. Определяется коэффициент теплоотдачи конвекции от продуктов сгорания к поверхности нагрева

• При поперечном омывании коридорных и шахматных пучков и ширм:

_к = _н С_я С_s С_ф;

• При продольном: _к = _н С_l С_ф;

_н - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограммам;

С_я - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания;

С_s – поправка на компановку пучка;

С_ф – поправка, учитывающая изменение физических параметров потока;

С_l – поправка на относительную длину.

8. Рассчитывается степень черноты газового потока (а) по номограмме, для чего определяется суммарная оптическая толщина:kps = (k_гV_п + k_зл )рS , где

k_г – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;

k_зл – коэффициент ослабления лучей золовыми частицами;

V_п – доля трехатомных газов в продуктах сгорания;

 - концентрация золовых частиц;

р – давление в газоходе(при работе котла без наддува принимается 0,1 МПа);

S – толщина излучающего слоя для гладких трубных пучков:

S = 0,9d (4/S₁S₂/d² – 1).

9. Определяется коэффициент теплоотдачи излучения конвективной поверхности:

_л = _н С_l С_г , где

_н – коэффициент теплоотдачи по монограмме;

С_г – поправка, учитывающая влияние температуры стенки поверхности нагрева.

9. Суммарный коэффициент теплоотдачи:

₁=(_к + _л), где  - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерности омывания ее продуктами сгорания (учитывает наличие застойных зон)

• Для поперечно омываемых пучков =1;

• Для сложно омываемых пучков =0,95;