Конвективные поверхности нагрева паровых теплогенераторов играют важную роль в процессе получения пара. В паровых котлах - это кипятильные трубы, расположенные в газоходах, трубы пароперегревателя.
Продукты сгорания, покидающие топочную камеру, передают теплоту наружной поверхности труб путём конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней, теплота передаётся через металлическую стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару - конвекцией. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности теплопередачи, т.е. передачи теплоты от продуктов сгорания к воде и пару.
При расчёте используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчёт выполняется для 1м3газа при нормальных условиях.
1.Определяются конструктивные характеристики (по табл. П1, П2 или чертежам): площади поверхности нагрева, живое сечение для прохода газов, шаг труб и рядов, диаметр труб и др.
2.Предварительно принимаются два значения температуры продуктов
сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева υ”1 и υ”2.
3.По уравнению теплового баланса определяется количество теплоты,
отданное продуктами сгорания воде или пару через конвективную поверхность
нагрева — Qk, QП (в кипятильном и конвективном пучках).
4.Вычисляется расчётная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе, средняя температура воды (для водогрейного котла), средний температурный напор и подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания.
5.По номограммам определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией
и излучением, вычисляется коэффициент теплопередачи и тепловосприятие поверхностью нагрева - QТ.
6.Если полученные из уравнения теплообмена значения тепловосприятия
Qi отличается от определённого по уравнению баланса QБ (QК, QП) не
более чем на 2 %, расчёт поверхности нагрева считается законченным. При
расхождении значений Qк и QБ (QК,QП) больше указанного предела
(2 %) принимают новое значение конечной температуры и повторяют расчёт
либо используют графическую интерполяцию.
7. Графическая интерполяция производится для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева по принятым двум значениям температур υ”1 и υ”2 и полученным двум значениям QT и QБ (QК, QП). Для этого строится зависимость Q =f(υ"), показанная на рис. 2. Точка пересечения прямых укажет температуру продуктов сгорания υ”p, которую следовало бы принять при расчёте. Если значение о υ”p отличается от одного из принятых предварительно значений υ”1 и υ”2 не более чем на 50 °С, то для завершения расчёта необходимо по υ”p повторно определить только QT, сохранив прежний коэффициент теплопередачи. При большем расхождении заново определяется коэффициент теплопередачи для найденной температуры υ”p.
Расчёты конвективных поверхностей нагрева сводятся в табл.5.
2.6. Расчет водяных экономайзеров
В промышленных паровых котлах работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры ВТИ, а при большем давлении - стальные. Общая схема устройства и обвязки чугунного водяного экономайзера показана на рис., a его расчёт рекомендуется проводить в определённой последовательности.
1.По температуре и энтальпии продуктов сгорания, известных из расчета
предыдущей поверхности нагрева (кипятильного пучка - газохода), определяются температура и энтальпия продуктов сгорания на входе в водяной
экономайзер.
2.По уравнению теплового баланса количество теплоты, которое должны
отдать продукты сгорания топлива, приравнивается к количеству теплоты, воспринятой водой в экономайзере..
3.По энтальпии воды после экономайзера и давлению её (давление в водяном экономайзере равно давлению в паровом котле) из [11, табл. 3.1] водяного насыщенного пара определяется температура воды на выходе из экономайзера. Если полученная температура воды окажется на 20 °С ниже температуры насыщения (кипения воды при соответствующем давлении), то чугунный
экономайзер будет работать в нормальном режиме. В противном случае воз
можно закипание воды в экономайзере, что недопустимо, в этом случае необходимо увеличить температуру уходящих топочных газов (т.е. снизить тепловосприятие экономайзера).
4.По конструктивным характеристикам, выбирается чугунная труба определенной длины L, а число труб в ряду выбирается от 3 – 9 с таким расчетом, чтобы скорость продуктов сгорания была в пределах от 6 до 9м/с при нормальной паропроизводительности котла.
5.По действительной скорости продуктов сгорания в экономайзере определяется коэффициент теплопередачи.
6.По полученной поверхности нагрева экономайзера определяется общее число труб, число рядов и устанавливается его конструктивная характеристика.
Расчет чугунного водяного экономайзера сводится в табл.6.