Тепловой расчет конвективного пучка

1. По конструктивным данным выбираем:

 Н - площадь поверхности нагрева;

 

 H = 63,3м² ;

 

 F - площадь живого сечения (м²) для прохода продуктов сгорания;

 

 F = 0,348 м².

 

 d-наружный диаметр труб;

 

 d = 51мм

 

 S_{1 ,}S₂ - поперечный и продольный шаг труб,

 

S₁ = S₂ = 110 мм, [2], стр.33

 

Подсчитываем относительный поперечныйшаг G₁ = S₁ / d и относительный продольный шаг G₂ = S₂ / d

 

 G₁ =110 / 51 = 2,15; G₂ =110 / 51 = 2,15

 

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

 

²_min = 300 °C; ²_max = 500 °С.

3. Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания (кДж/кг):

 

Q_s = ∙(h¢ - h² + ∙h⁰_прc)

 

где:  — коэффициент сохранения теплоты (табл.5); h¢—энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, определяется по рис.1(приложение) при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности;h²— энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, определяется по рис.1(приложение) при двух предварительно принятых температурах после конвективной поверхности нагрева;  —присосвоздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избыткавоздуха на входеи выходе изнее (табл.3); h⁰_прc — энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха t _в = 30°С определяется по формуле: h⁰_прс= V⁰_В C_В t _в

h⁰_прc=9,91∙ 1,32 30 = 392,436 кДж/кг

 

h¢=  = 23500 кДж/кг;

 

По h-t диаграмме: h²_min = 5297,1 кДж/кг;

 

 h²_max = 9053,51 кДж/кг;

 

Коэффициент сохранения тепла: = 0,985

 

Q_{б min}= 0,985 (23500 – 5297,1 + 0,05 392,436) = 17949,2 кДж/кг;

Q_{б max}= 0,985 (23500 – 9053,51+ 0,05 392,436) = 14249,1 кДж/кг;

4. Вычисляем, расчетную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе (°С)

 

Q = (Q¢ + ²) / 2

_min = (1000 + 300) / 2 = 650 °С;

_max = (1000 + 500) / 2 = 750 °С;

 

 где Q¢ и ²— температура продуктов сгоранияна входе в поверхность и на выходеиз нее.

5. Подсчитываем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева (м/с)

 

W_г = B_р∙ V_г∙ (  +273) / (F 273 3600)

 

где Вр — расчетный расход топлива, кг/с (табл.5); F— площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (см. п. 1), м²; V_Г —объем продуктов сгорания на 1 кг твердого и жидкого топлива (из расчетной табл. 3 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха); — средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С (см. п. 4).

 

 W_{г min}=459,62 11,11 (650 + 273) / (0,348 273 3600) =13,78 м/с;

 W_{г max}=459,62 11,11 (750 + 273) / (0,348 273 3600) = 15,27 м/с.

6. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

при поперечном смывании коридорных и шахматных пучков и ширм

 

_ф

 

где:  - коэффициент теплоотдачи определяемый по номограмме:

при поперечном омывании коридорных пучков - по рис. 6.1 [2]; - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется при поперечном омывании коридорных пучков - по рис. 6.1 [2];  - поправка на компоновку пучка, определяется: при поперечном смывании коридорных пучков - по рис. 6.1 [2]; Сф - коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков труб - по рис. 6.1 [2].

 

 = 1;  = 1;

 С_{Ф min} = 1,08; С_{Ф max} = 1,04;

_{mi n}= 84Вт/К∙м² ; _max = 89 Вт/К∙м².

 a_{k min} = 1 1,08 84 1= 90,72 Вт/К∙м²

 a_{k max}=1 1,04 89 1 = 92,56 Вт/К∙м²

7. Вычисляем степень черноты газового потока по номограмме рис. 5.6. [2]. При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину

 

kps = (k_г r_n + k_зл∙ μ) p s

 

 где: k_г — коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;

 k_зл − коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, [2], стр.75

 μ − концентрация золовых частиц.

 Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков (м)

 

S = 0,9 d (4/ ∙ (S₁ S₂ / d² ) -1)

 S = 0,9 51 10^-3 (4 / 3,14 (110² / 51²) -1) = 0,213 м

P_n= r_n p

 P_n = 0,216 0,1 = 0,0216 МПа,

где: p — давление продуктов сгорания в газоходе принимается 0,1 МПа [2], стр.62.

 

k_г=  

k_{г min =} (м∙МПа)^-1

k_{г max =}  (м∙МПа)^-1

kps_min = 36,48 0,0216 0,213 = 0,167

kps₂ = 33,05∙ 0,0216 0,213 = 0,152

 

По рис.5.6 [2] определяем степень черноты газового потока

 

 a_min= 0,16; a_max= 0,14.

 

8. Определяем коэффициент теплоотдачи , учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/(м² ∙К):

для незапыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива)

 

= ∙ a c_г,

 

где:  — коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме на рис. 6.4,[2]; а — степень черноты; c_г — коэффициент,определяется по рис. 6.4,[2].

 Для определения  и коэффициента c_г вычисляется температура загрязненной стенки (°С)

 

 t_з = t + t,

где: t — средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения при давлении в котле, а для водогрейных — полусумме температур воды на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, °С; t — при сжигании газа принимается равной 25°С ,[2] стр.78.

 

t = 195,04 °C

 t₃= 195,04 + 25= 220,4 °C

 c_{г min}= 0,93 c_{г max}= 0,97.

_min= 38 Вт/(м²∙K); _max= 58 Вт/(м²∙K);

_min = 38 0,93 0,16 = 5,65 Вт/(м²∙K);

_max = 58 0,97 0,14= 7,87 Вт/(м²∙K).

 

 9. Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачиотпродуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м²∙K):

 

∙( + ),

 

где:  - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимается

 

= 1.[2], стр.79.

 

 a_1min = 1 (90,72 +5,65) = 96,37 Вт/(м²∙K);

 a_1max = 1 (92,56 + 7,87) = 100,43 Вт/(м²∙K).

10. Вычисляем коэффициент теплопередачи Вт/(м²∙K),

К= ∙

 

где: —коэффициент тепловой эффективности, определяемый из табл. 6.1 и 6.2 в зависимости от вида сжигаемого, топлива [2]:

 

= 0,85

K_min = 0,85 96,37 = 81,915 Вт/(м²∙K);

K_max = 0,85 100,43 = 85,366 Вт/(м²∙K).

11. Определяем количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1кг сжигаемого твердого и жидкого топлива (кДж/кг),

 

 Q_т = [(K H T) / (B_р 1000 )] ∙3600

 

Для испарительной конвективной поверхности нагрева °С :

 

 

t_k- температура насыщения при давлении в паровом котле, определяется из таблиц для насыщенных водяных паров, °С

 

t_k = 195,04 °С, [1]стр.47:

T_min = (1000 - 300) / [ln (1000 – 195,04) / (300 – 195,04)] = 344 °С

T_max = (1000 - 500) / [ln (1000 – 195,04) / (500 – 195,04)] = 515 °С

Q_{т min} = (81,915 63,3 344 ∙3,6) / 459,62 = 13971,05 кДж/кг;

 Q_{т max} = (85,366 63,3 515 3,6) / 459,62 = 21792,14 кДж/кг.

12. По принятым двум значениям температуры ₁” и ₂” и полученным двум значениям Q_т и Q_б производится графическая интерполяция для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строится зависимость Q =f( "), показанная на рис.2[приложение]. Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания ²_кп1 , которую следовало бы принять при расчете.

13. Определив температуру _кп1 = 370 °С, находим по рис.1 [приложение] h²_кп = 7000 кДж/кг.

14. Количество тепла переданное в первом конвективном пучке

 

Q_кп = ∙ (h¢_кп - h²_кп +  h⁰_прс )

Q_кп = 0,985 (23500 – 7000 + 0,05 392,44) = 16271,89 кДж/кг.