Расчет конвективных пучков котла

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб пу-тем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутрен-ней теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару – конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс, называемый теплопередачей.

При расчете конвективных поверхностей нагрева используется уравне-ние теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняется для 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива или 1 м³ газа при нормальных ус-ловиях.

Уравнение теплопередачи

нагрева, м²; j – коэффициент сохранения теплоты, учитывающий потери те-плоты от наружного охлаждения; I ¢, I ¢¢ – энтальпии продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, кДж/кг или кДж/м³; I _прс ⁰ – количество теплоты, вносимое присасыванием в газоход воздухом, кДж/кг или кДж/м³.

В уравнении (3.1) коэффициент теплопередачи (K) является расчет-ной характеристикой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводности и теплового излучения. Из уравнения теплопередачи яс-но, что количество теплоты, переданное через заданную поверхность нагре-ва, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и разность темпера-тур продуктов сгорания и нагреваемой жидкости. Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры., работают при большей разности температуры продуктов сгорания и темпера-туры воспринимающей теплоту среды, По мере движения продуктов сгора-ния по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхно-сти нагрева (водяной экономайзер, воздухоподогреватель) работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды.

Поэтому чем дальше расположена конвективная поверхность нагрева от то-почной камеры, тем большие размеры должна она иметь и тем больше ме-талла расходуется на ее изготовление.

При выборе последовательности размещения конвективных поверхно-стей нагрева в котлоагрегате стремятся так расположить эти поверхности, чтобы разность температуры продуктов сгорания и температуры восприни-мающей среды была наибольшей. Например, пароперегреватель располагают сразу после топки или фестона, поскольку температура пара выше темпера-туры воды, а водяной экономайзер – после конвективной поверхности нагре-ва, потому что температура воды в водяном экономайзере ниже температуры кипения воды в паровом котле.

Уравнение теплового баланса (3.2) показывает, какое количество теп-лоты отдают продукты сгорания воде или пару через конвективную поверх-ность нагрева.

Количество теплоты (Q_б), отданное продуктами сгорания, приравнива-

ется к теплоте, воспринятой водой или паром. Для расчета задаются темпера-турой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и за-тем уточняют ее путем последовательных приближений. В связи с этим рас-чет ведут для двух значений температуры продуктов сгорания после рассчи-тываемого газохода.

Площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газо-

где d – наружный диаметр труб, м; l – длина труб, расположенных в газохо-де, м; n – общее число труб, расположенных в газоходе.

Из чертежа котлоагрегата определяются: S ₁ – поперечный шаг труб (в поперечном направлении по отношению к потоку, рис. 3.1), м; S ₂ – продоль-ный шаг труб (в продольном направлении по отношению к потоку); z ₁ – чис-ло труб в ряду; z ₂ – число рядов труб по ходу продуктов сгорания.

По конструктивным данным подсчитываются относительный попереч-

где a и b – размеры газохода в расчетных сечениях, м; l – длина труб (при изогнутых трубах – длина проекции труб), м; z – число труб в пучке.

2. Предварительно принимаются два значения температуры продуктов сгорания после рассчитанного газохода. В дальнейшем весь расчет ведется для двух предварительно принятых температур.

Рис. 3.1. Коэффициент теплопередачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков.

3. Определяется теплота, отданная продуктами сгорания (кДж/кг или кДж/м³),

где j – коэффициент сохранения теплоты, определяется по формуле (3.20)

расчетной работы №1; I ¢ – энтальпия продуктов сгорания перед поверхно-стью нагрева, определяется по табл. 2.5 расчетной работы №1 при темпера-туре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшест-вующей рассчитываемой поверхности; I ¢¢ – энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, определяется по табл. 2.5 рас-четной работы №1 при двух предварительно принятых температурах после конвективной поверхности нагрева; D a_к – присос воздуха в конвективную

поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка

где J ¢ и J ¢¢ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее.

5. Определяется температурный напор (° С)

где t _к – температура охлаждающей среды, для парового котла принимается

равной температуре кипения воды при давлении в котле, а для водогрейного

– равной полусумме температур воды на входе в поверхность нагрева и вы-ходе из нее, ° С.

6. Подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева (м/с)

(табл. 2.3 расчетной работы №1).

7. Определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков и ширм

где a _н – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме: при по-

перечном омывании коридорных пучков – по рис. 3.1, при поперечном омы-вании шахматных пучков – по рис. 3.2, при продольном омывании – по рис. 3.3; c _z – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, опреде-

ляется: при поперечном омывании коридорных пучков – по рис. 3.1, при по-перечном омывании шахматных пучков – по рис. 3.2; c_s – поправка на ком-

поновку пучка, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков

продольном омывании – по рис. 3.3; c_l – поправка на относительную длину, вводится при l d <50в случае прямого входа в трубу,без закругления;при

продольном омывании продуктами сгорания поправка вводится для котель-ных пучков и не вводится для ширм (рис. 3.3).

8. Вычисляется степень черноты газового потока по номограмме (рис. 2.5). При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину

где k _г – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяется по (2.12); k _зл – коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, при сжигании жидкого топлива и газа принимается k _зл = 0; m – концентрация золовых частиц; p – давление в газоходе, для котлоагрегатов без наддува

принимается равным 0,1 МПа.

Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков (м)

9. Определяется коэффициент теплоотдачи a _л, учитывающий передачу

теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева Вт/(м²×К). Для не-запыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива)

где a_н – коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме на рис. 3.4;

где t – средняя температура окружающей среды, для паровых котлов прини-мается равной температуре насыщения при давлении в котле, а для водо-грейных – полусумме температур воды на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, ° С; D t – при сжигании жидких топлив принимается равной 60° С, при сжигании газа 25° С.

10. Подсчитывается суммарный коэффициент теплоотдачи от продук-тов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м²×К),

где x – коэффициент использования, учитывающей уменьшение тепловос-приятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее про-

Рис.3.2. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков.

дуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимает-ся x = 1, для сложно омываемых пучков x = 0,95.

11. Вычисляется коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К)

где y – коэффициент тепловой эффективности, определяемый из табл. 3.1 в зависимости от вида сжигаемого топлива.

Рис.3.3. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при продольном омывании для воздуха и продуктов сгорания.

Рис. 5.4. Коэффициент теплоотдачи излу-чением.

12. Определяется коли-чество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева на 1 кг сжигаемого жидкого топлива или на 1 м³ газа (кДж/кг или кДж/м³)

D t определяется для прямото-ка, перекрестного тока с чис-лом ходов более четырех при постоянной температуре одной из сред (испарительные кон-вективные поверхности нагре-ва) как среднелогарифмиче-ская разность температур (° С)

_{D t =} ^{D t}б ^{- D t}м _,

_2,3lg^{D t}б (3.19)

D t _м

где D t_б, D t _м – большая и

меньшая разности температу-ры продуктов сгорания и тем-пературы нагреваемой жидко-сти.

Для испарительной кон-вективной поверхности нагре-ва (° С)

(3.20)

где t_кип – температура насыщения при давлении в паровом котле, определя-

ется из таблиц для насыщенных водяных паров, ° С.

Если для прямотока, противотока, перекрестного тока с числом ходов более четырех при постоянной температуре одной из сред (испарительные

Таблица 3.1 Коэффициент тепловой эффективности y для конвективных поверхностей

нагрева при сжигании мазута и газа

Примечания: 1. При сжигании газа после сжигания мазута коэффициент тепловой эффек-тивности принимается средним между значениями для газа и мазута. 2. Больший коэффи-циент тепловой эффективности принимается для меньшей скорости.

13. По принятым двум значениям температуры J ¢ и J ¢¢ и полученным

I II

двум значениям Q_б и Q_т производится графическая интерполяция для опре-

деления температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строится зависимость Q = f (J ¢¢), показанная на рис. 3.5. Точка пересе-

чения прямых укажет температуру продуктов сгорания J ¢ _р ¢, которую следова-ло бы принять при расчете. Если значение J ¢ _р ¢ отличается от одного из приня-

прежний коэффициент теплопередачи. При большем расхождении заново определяется коэффициент теплопередачи для найденной температуры J ¢ _р ¢.

Рис. 3.5. Графическое определение расчетной температуры.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману