2.6 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
S1 ,S2 - поперечный и продольный шаг труб,
S1 = S2 = 110 мм, [2], стр.33
Подсчитываем относительный поперечный шаг 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.
²min = 300 ° C; ²max = 500 °С.
3. Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания (кДж/кг):
Qs = ∙(h¢ - h² + ∙h0прc)
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; — присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее (табл.3); h0прc — энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха tв = 30°С определяется по формуле: h0прс= V0В CВ tв
h0прc=9,91∙ 1,32 30 = 392,436 кДж/кг
h¢= = 23500 кДж/кг;
По h-t диаграмме: h²min = 5297,1 кДж/кг;
h²max = 9053,51 кДж/кг;
Коэффициент сохранения тепла: = 0,985
Qб min= 0,985 (23500 – 5297,1 + 0,05 392,436) = 17949,2 кДж/кг;
Qб 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 сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее.
5. Подсчитываем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева (м/с)
Wг = Bр∙ Vг∙ ( +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; VГ —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).
Wг min=459,62 11,11 (650 + 273) / (0,348 273 3600) =13,78 м/с;
Wг 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;
СФ min = 1,08; СФ max = 1,04;
mi n= 84Вт/К∙м2 ; max = 89 Вт/К∙м2.
ak min = 1 1,08 84 1= 90,72 Вт/К∙м2
ak 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 = (kг rn + kзл∙ μ) p s
где: kг — коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;
kзл − 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
Pn= rn p
Pn = 0,216 0,1 = 0,0216 МПа,
где: p — давление продуктов сгорания в газоходе принимается 0,1 МПа [2], стр.62.
kг=
kг min = (м∙МПа)-1
kг max = (м∙МПа)-1
kpsmin = 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
amin= 0,16; amax= 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 cг,
где: — коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме на рис. 6.4,[2]; а — степень черноты; cг — коэффициент, определяется по рис. 6.4,[2].
Для определения и коэффициента cг вычисляется температура загрязненной стенки (°С)
tз = 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
cг min= 0,93 cг 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 теплоотдачи от продуктов 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.
a1min = 1 (90,72 +5,65) = 96,37 Вт/(м2∙K);
a1max = 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
Kmin = 0,85 96,37 = 81,915 Вт/(м2∙K);
Kmax = 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),
Qт = [(K H T) / (Bр 1000 )] ∙3600
Для испарительной конвективной поверхности нагрева °С :
tk - температура насыщения при давлении в паровом котле, определяется из таблиц для насыщенных водяных паров, °С
tk = 195,04 °С, [1]стр.47:
Tmin = (1000 - 300) / [ln (1000 – 195,04) / (300 – 195,04)] = 344 °С
Tmax = (1000 - 500) / [ln (1000 – 195,04) / (500 – 195,04)] = 515 °С
Qт min = (81,915 63,3 344 ∙3,6) / 459,62 = 13971,05 кДж/кг;
Qт 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 Qт и Qб 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 сгорания²кп1 , которую следовало бы принять при расчете.
13. Определив температуру кп1 = 370 °С, находим по рис.1 [приложение] h²кп = 7000 кДж/кг.
14. Количество тепла переданное в первом конвективном пучке
Qкп = ∙ (h¢кп - h²кп + h0прс )
Qкп = 0,985 (23500 – 7000 + 0,05 392,44) = 16271,89 кДж/кг.
3. РАСЧЕТ ХВОСТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
3.1 Конструктивный расчет водяного экономайзера
В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении — стальные. При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. При сжигании высоковлажных топлив в пылеугольных топках применяется двухступенчатая установка водяного экономайзера и воздухоподогревателя.
При установке только водяного экономайзера рекомендуется такая последовательность его расчета:
1. По уравнению теплового баланса определяем количество теплоты (кДж/кг), которое должны отдать продукты сгорания при принятой температуре уходящих газов:
Qэк=∙ (h¢эк-h²эк+эк∙ h0прc)
где — коэффициент сохранения теплоты (табл.5) при температуре и коэффициенте избытка воздуха после поверхности нагрева, предшествующей рассчитываемой поверхности; h¢эк— энтальпия продуктов сгорания на входе в экономайзер, определяется из рис.1[приложение ] по температуре продуктов сгорания, известной из расчета предыдущей поверхности нагрева, кДж/кг; h²эк — энтальпия уходящих газов, определяется из табл.5 по принятой в начале расчета температуре уходящих газов, кДж/кг; эк— присос воздуха в экономайзер, принимается по табл.3; h0прc — энтальпия теоретического количества воздуха, при температуре воздуха Tв = 30(°С) определяется по формуле:
h0прc=V0В CВ Tв
h0прc=9,91∙ 1,32 30 = 392,436 кДж/кг
h¢эк=h²кп=7000 кДж/кг
h²эк=hух=3165 кДж/кг
=0,985
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13
