Глава 6 розрахунок конвективних поверхонь нагріву

Конвективні поверхні нагрівання парових та водогрійних котлів грають важливу роль в процесі отримання пара або го-рячей води, а також використання теплоти продуктів згоряння, що залишають топку. Ефективність роботи конвективних поверхонь нагріву в значній мірі залежить від интен-сивности передачі теплоти продуктами згоряння воді і пару.

При розрахунку конвективних поверхонь нагріву використовується рівняння теплопередачі і рівняння теплового балансу.

.

рівняння теплового балансу

де К - коефіцієнт теплопередачі, віднесений до розрахункової поверхні нагрівання, Вт / (м2 · К);

температурний напір, ° С;

Н - розрахункова поверхня нагріву, м2;

коефіцієнт збереження теплоти, що враховує втрати теплоти від зовнішнього охолодження;

I ', I "- ентальпії продуктів згоряння на вході в поверхню нагріву і на виході з неї, кДж / кг;

-кількість теплоти, що вноситься присмоктується в газохід повітрям, кДж / кг.

Коефіцієнт теплопередачі (К) є розрахунковою характеристикою процесу і цілком визначається явищами конвекції, теплопровідності і теплового випромінювання.

З рівняння теплопередачі ясно, що кількість теплоти, передане через задану поверхню нагріву, тим більше, чим більше коефіцієнт теплопередачі і різниця температур продуктів згоряння і рідини, що нагрівається. Очевидно, що поверхні нагрівання, розташовані в безпосередній близькості від камери згоряння, працюють при більшій різниці температури продуктів згоряння і температури сприймає теплоту середовища. У міру руху продуктів згоряння по газовому тракту температура їх зменшується і хвостові поверхні нагрівання працюють при меншому перепаді температур продуктів згоряння і нагрівається середовища. Тому чим далі розташована конвективна поверхню нагріву від топкової камери, тим більші розміри повинна вона мати і тим більше металу витрачається на її виготовлення.

Рівняння теплового балансу показує, яка кількість теплоти віддають продукти згоряння воді або пару через конвективную поверхню нагріву.

Кількість теплоти (Qб), віддане продуктами згоряння прирівнюється до теплоти, сприйнятої водою або парою. Для розрахунку задаються температурою продуктів згоряння після розраховується поверхні нагрівання і потім уточнюють її шляхом послідовно-вательного наближень. У зв'язку з цим розрахунок ведуть для двох значенні температури продуктів згоряння після розраховується газоходу.

6.1 Тепловий розрахунок першого газоходу

1. За кресленням визначаються конструктивні характеристики розраховується конвективного газоходу: площа поверхні нагрівання, крок труб і рядів (відстані між осями труб), діа-метр труб, число труб в ряду, число рядів труб і площа живого перетину для проходу продуктів згоряння. Для даної конструкції котла ширина газоходу а = 1,6 м, а висота b = 2,1 м [2].

Конструктивні характеристики першого газоходу [2]

Площа живого перетину для проходу продуктів згоряння

.

3. Попередньо приймаємо два значення температури продуктів згоряння після розрахованого газоходу.

4. Визначаємо тепло, віддане продуктами згоряння (6.2)

,

де

- коефіцієнт збереження теплоти (4.12);

- ентальпія продуктів згоряння перед поверхнею нагріву, визначається по табліце.3 при температурі і коефіцієнті надлишку повітря після поверхні нагрівання, що передує розраховується поверхні (5.7);

- ентальпія продуктів згоряння після розраховується поверхні нагрівання, визначається за таблицею 3 при двох попередньо прийнятих температурах після конвективного поверхні нагрівання;

- присос повітря в конвективну поверхню нагрівання, визначається як різниця коефіцієнтів надлишку повітря на вході і виході з неї (таблиця 1);

- ентальпія присмокталися в конвективну поверхню нагрівання повітря, при температурі повітря +30? С (4.4).

для температури 300˚С після конвективного поверхні нагрівання:

,

для температури 600˚С після конвективного поверхні нагрівання:

.

5. Визначаємо розрахункову температуру потоку продуктів згоряння в конвективному газоході

де

- температура продуктів згоряння на вході в поверхню і на виході з неї.

для температури 300˚С після конвективного поверхні нагрівання:

для температури 600˚С після конвективного поверхні нагрівання:

.

Визначаємо температурний напір

,

де tк - температура охолоджуючої середовища (температура кипіння води при тиску в котлі [3]).

для температури 300˚С після конвективного поверхні нагрівання:

,

для температури 600˚С після конвективного поверхні нагрівання:

.

7. Визначаємо середню швидкість продуктів згоряння в поверхні нагріву

F - площа живого перетину для проходу продуктів згоряння (6.3);

VГ - обсяг продуктів згоряння на 1 кг палива (таблиця 2);

- середня розрахункова температура продуктів згоряння (6.4), ˚С.

для температури 300˚С після конвективного поверхні нагрівання:

,

для температури 600˚С після конвективного поверхні нагрівання:

.

8. Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від продуктів згоряння до поверхні нагрівання

де

- коефіцієнт тепловіддачі (додаток 1, рисунок 10);

- поправка на число рядів труб по ходу продуктів згорання (додаток 1, рисунок 10);

- поправка на компоновку пучка (додаток 1, рисунок 10);

- коефіцієнт, що враховує вплив зміни фізичних параметрів потоку (додаток 1, рисунок 10);

для температури 300˚С після конвективного поверхні нагрівання:

,

для температури 600˚С після конвективного поверхні нагрівання:

Визначаємо ступінь чорноти газового потоку

де

- коефіцієнт ослаблення променів трехатомного газами (5.14), (м · МПа) -1;

р - тиск в газоході, МПа;

s - товщина випромінюючого шару, м.

,

для температури 300˚С після конвективного поверхні нагрівання:

,

для температури 600˚С після конвективного поверхні нагрівання:

0. Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі, що враховує передачу теплоти випромінюванням в конвективних поверхнях нагріву

,

де

- коефіцієнт тепловіддачі (додаток 1, рисунок 11 б)), Вт / м2 · К;

а - ступінь чорноти.

ля визначення

обчислюється температура забрудненої стінки

,

де t - середня температура навколишнього середовища (температура насичення при тиску в котлі Р = 1,3 МПа [3]), ˚С;

˚С - при спалюванні твердих палив.

.

для температури 300˚С після конвективного поверхні нагрівання:

,

для температури 600˚С після конвективного поверхні нагрівання:

.

1. Визначаємо сумарний коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згоряння до поверхні нагрівання

,

де

- коефіцієнт використання, що враховує зменшення теплосприй поверхні нагрівання внаслідок нерівномірного омивання її продуктами згоряння, часткового протікання продуктів згоряння повз неї і утворення застійних зон; для поперечного омивання пучків приймається[2].

для температури 300˚С після конвективного поверхні нагрівання:

,

для температури 600˚С після конвективного поверхні нагрівання:

.

12. Визначаємо коефіцієнт теплопередачі

де

- коефіцієнт теплової ефективності [2].

для температури 300˚С після конвективного поверхні нагрівання:

,

для температури 600˚С після конвективного поверхні нагрівання:

.

13. Визначаємо кількість теплоти, сприйняте поверхнею нагріву, на 1 кг палива (6.1)

для температури 300˚С після конвективного поверхні нагрівання:

,

для температури 600˚С після конвективного поверхні нагрівання:

,

.

14. За прийнятими двома значеннями температури

і отриманим двом значеніямQб і QТ проводиться графічна інтерполяція для визначення температури продуктів згоряння після поверхні нагрівання.

Малюнок 5. Графічне визначення розрахункової температури

не більше ніж на 50˚С менше або більше попередньо обраної, тому визначаємо тільки , зберігши колишній коефіцієнт тепловіддачі.

.

Складаємо зведену таблицю.

Теплотехнічні характеристики першого газоходу