Расчет конвективного пучка

В производственно-отопительных теплогенерато­рах конвективный пучок является одной из основных парообразующих поверхностей нагрева. Опыт эксплуа­тации теплогенераторов позволил выработать наиболее рациональные схемы конвективных пучков. В связи с этим тепловой расчет конвективного пучка чаще всего следует выполнять как поверочный, используя сущест­вующие типовые чертежи. Конвективный пучок теплоге­нераторов типа ДКВР, КЕ, ДЕ, как правило, распола­гается в двух газоходах (см. прил. 1).

После определения температуры дымовых газов на выходе из топки или за пароперегревателем при­ступают к расчету конвективного пучка теплогене­ратора.

При расчете конвективного пучка используют уравнения теплопередачи и теплового баланса.

Урав­нение теплового баланса

 

(3.62)

 

где - количество теплоты, отданное газами, кДж/кг, (кДж/м³)

- коэффициент сохранения теплоты;

- энтальпии продуктов сгорания при входе в газоход и выходе из него, кДж/кг (кДж/м³);

- энтальпия присасываемого воздуха, кДж/кг (кДж/м³).

 

Уравнение теплопередачи

, (3.63)

 

 

где Q_Т - количество теплоты, переданное от га­зов к на­греваемому теплоносителю, кДж/м³; k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*К); Н - пло­щадь поверхности нагрева, м²; Δ t - средний темпера­турный напор, ° С; В_р - расчетный расход топлива, кг/ч (м³/ч).

Расчет производят по обеим газоходам конвек­тивного пучка. В результате расчета по известным поверхностям нагрева определяют температуры газов за газохо­дами: первым -t₁", и вторым – t₂”. Этими температурами предварительно задаются с последующим их уточнением. Значения t₁" и t₂” можно определить методом графиче­ской интерполяции или методом после­довательных при­ближений. Рекомендуется использовать первый метод как менее трудоемкий.

Метод графической интерполяции заключается, в следующем. Задаются двумя значениями температуры за каждым газоходом и проводят два параллельных расче­та, по определению всех величин входящих в уравне­ния (3.62) и (3.63). По полученным значениям Q_δ и Q_т строят график в координатах Q –t”. Точка пере­сечения прямых, дающая равенство Q_δ=Q_m, определяет искомую температуру.

Поверочный расчет первого газохода конвектив­ного пучка ведут в следующей последовательности:

1. Температуру t₁’,° С и энтальпию I₁’,кДж/кг (кДж/м³) дымовых газов на входе в первый газоход принимают равными значениям этих параметров на вы­ходе из топки (при отсутствии пароперегревателя).

 

t₁’=t_Т”, I₁’= I_Т”

2. Задаются двумя значениями температуры дымо­вых газов на выходе из первого газохода

 

t₁” =500⁰ C, t ’= 300⁰ C

 

и далее ведут два параллельных расчета для ка­ждой из этих температур.

 

3. Определяют по it- диаграмме (рис. 2.1) эн­тальпию дымовых газов на выходе из первого газохода I₁”,кДж/кг (кДж/м³) для двух значений температуры t₁".

4. Определяют энтальпию присасываемого воздуха Δ I_в, кДж/кг (кДж/м³)

 

Δ I_в =Δα₁ V ⁰ c _в t _хв, (3.64)

 

где Δα₁ - присосы воздуха в первый газоход, принимают по прил.6.

Расшифровку остальных условных обозначений см. формулу (3.20).

5. Определяют тепловосприятие первого газохода по уравнению теплового баланса Q_δ, кДж/кг (кДж/м³)

 

Q_δ =φ (I₁’ - I₁” +ΔI_в),(3.65)

Коэффициент сохранения теплоты φ вычисляют по форму­ле (3.42).

 

6. Определяют поверхность нагрева газохода. В конвективных пучках расчетную поверхность нагрева принимают равной полной поверхности труб с наружной (газовой) стороны, H_I, м²

 

H_I = d_n1Z₁ l_об1, (3.66)

 

где d_n1 - наружный диаметр конвективных труб, м, принимаемый по прил.1;

Z₁ - количество труб в первом газоходе, определяют по чертежу теплогенера­тора;

l _об1 - обогреваемая длина трубы, м, определяют по чертежу теплогенератора.

 

7. Определяют средний температурный напор Δ t,°С

 

Δ t = , (3.67)

где - наибольшая разность температур сред (дымовых газов и теплоносителя) ° С;

- наименьшая разность температур сред, °С.

Для конвективных поверхностей нагрева темпера­тура воды является величиной постоянной, зависящей только от давления и равной температуре насыщения, которую определяют по прил. 9. В этом случае (рис. 3.8) наибольшая разность температур

 

(3.68)

 

а наименьшая разность температур

(3.69)

 

8. Определяют среднюю температуру дымовых га­зов, ° C

		(3.70)

 

9. Определяют расчетную скорость движения ды­мовых
газов, w, м/с

		(3.71)

 

где В_р - расчетный расход топлива, кг/ч (м³/ч), см. п. 3.13;

V_дг - суммарный объем дымовых газов, м³/кг (м³/м³), берется из табл. 2.2;

F₁ - площадь живого сечения для прохода дымо­вых га­зов, м², определяют по формуле:

	(3.72)

 

 

где - площади соответственно входного и выходного живых сечений газохода, м².

- определяют для случая поперечного омы­вания гладкотрубных пучков, как разность между полной площадью поперечного сечения газохода в свету и частью этой площади, занятой трубами

	(3.73)

 

	(3.74)

 

 

где - поперечные размеры первого газо­хода в свету (между его внутренними стенами) соот­ветственно на входе в газоход и выходе из него, м, принимают по чертежу теплогенератора;

- количество труб в одном ряду соответст­вующе­го сечения, шт., определяют по чер­тежу теплогенератора.

 

 

Рис. 3.8. График распределения температур в пер­вом газоходе.

 

10. Определяют коэффициент теплоотдачи конвек­цией при поперечном омывании коридорных гладкотруб­ных пучков по формуле (3.49), a_к, Вт/(м^2.К)

 

 

где a_н - номинальный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²*К), определяемый по скорости дымовых газов w (см. п. 9) и наружному диаметру труб газохода d_H1;

C_z - поправка на количество рядов труб Z по ходу движения дымовых газов, величину Z определяют по чертежу теплогенератора;

C_s - поправка на компоновку пучка, зависящая от относительного поперечного и продоль­ного шагов, значения поперечного S_1, мм и продольного S₂, мм ша­гов труб принимают по прил. 1;

- поправка на физические характеристики по­тока.

Величины находят по номограмме (рис. 3.5).

 

11. Определяют температуру загрязненной стенки труб газохода t_СТ,°С

 

(3.75)

 

где - температурный перепад между температу­рой за­грязненной стенки и температурой среды в трубе, ° С, принимают равным при сжигании твердого и жидкого топлив = 60°С, при сжигании газа = 25°С.

 

 

12. Определяют коэффициент теплоотдачи излуче­нием продуктов сгорания для незапыленного потока (при сжигании газа и мазута, а также слоевом сжига­нии твердого топлива) по формуле, Вт/(м^2.К)

	(3.76)

 

где α_н - номинальный коэффициент теплоотдачи излуче­нием, Вт/(м^2.К), определяемый по температуре стенки труб газохода t_{C T} (см. п. 11) и средней температуре дымовых газов t_{C T} (см. п. 8);

С_г - поправка, вводимая для незапыленного по­тока дымовых газов;

- степень черноты излучающей среды, опреде­ляемая по формуле (3.52)

		(3.77)

 

 

где k_г - коэффициент ослабления лучей трехатомными газа­ми, (м^.МПа)^-1, определяемый по формуле, аналогич­ной выражению (3.29), или номограмме (рис. 3.2);

r_n - суммарная объемная доля трехатомных га­зов, бе­рется из табл. 2.2;

Р - давление в газоходе конвективного пучка, МПа, для агрегатов, работающих без наддува, P = 0,1 МПа;

S - оптическая толщина излучающего слоя газов в меж­трубном пространстве газохода конвективного пучка, м, определяемая по формуле, аналогичной выраже­нию (3.53)

, (3.78)

В формуле (3.78) величины S_l, S₂ и d_H1 имеют размерность м.

Величины a_н и c_г находят по номограмме (рис. 3.6).

 

13. Определяют коэффициент теплоотдачи от про­дуктов сгорания к стенкам труб первого газохода по формуле (3.54), a₁, Вт/(м^2.К)

 

Как и в § 3.3. коэффициент использования пучка труб газохода равен 1.

 

14. Определяют коэффициент теплопередачи в пер­вом газоходе конвективного пучка, К₁, Вт/(м²*К)

 

(3.79)

 

где Ψ - коэффициент тепловой эффективности, определяют по прил. 11.

 

15. Определяют количество теплоты, воспринятого пер­вым газоходом, по уравнению теплопередачи, Q_Т, кДж/кг (кДж/м³)

	(3.80)

 

16. По полученным значениям Q_δ (см. п. 3.65) и Q_Т (см. п. 3.80) на миллиметровой бумаге строят график в координатах Q-t₁" (рис. 3.9). Точка пере­сечения прямых укажет действительную температуру продуктов сгорания на выходе из первого газохода t₁".

 

17. По It-диаграмме (рис. 2.1) для полученной температуры t₁" определяют энтальпию дымовых газов на выходе из первого газохода I₁”, кДж/кг (кДж/м³).

 

18. Определяют количество теплоты по балансу, воспринятое в первом газоходе, Q₁, кДж/кг (кДж/м³)

 

, (3.81)

Рис. 3.9. Графическое определение температуры дымо­вых газов на выходе из первого газохода конвективно­го пучка.

 

 

Далее выполняют расчет второго газохода кон­вективного пучка.

Расчет производят в той же после­довательности (п.п. 2-18), задавшись предвари­тельно двумя значе­ниями температуры дымовых газов на выходе из вто­рого газохода