Расчет конвективных поверхностей нагрева

 

7. Расчет топочной камеры

Объем топочной камеры, (м³):

Тепло, вносимое воздухом в топку, (кДж/кг):

                           (6.1)

где - отношение количества воздуха на выходе из ВЗП к теоретически необходимому количеству

 - энтальпия горячего воздуха, в зависимости от t_ГВ [1]

t_ГВ = 250-300 ⁰С, при V^Г>25% (каменный уголь) выбирается по этой температуре с таблицы 4.1

 по данным

Теплосодержание в топке на 1 кг топлива, (кДж/кг):

                                 (6.2)

Теоретическая температура горения t_a =1700 ⁰C

Температура газов на выходе из топки =1000 ⁰C

Теплосодержание газов на выходе из топки =114722,59 кДж/кг

Средняя суммарная  теплоемкость продуктов сгорания 1кг топлива, (кДж/кг⁰С):

                                               (6.3)

Степень черноты  камерной топки а_т – по номограмме:

                                    (6.4)

Эффективная степень черноты топки:

                                          (6.5)

                                   (6.6)

                                             (6.7)

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности:

Коэффициент, учитывающий относительное положение  ядра факела по высоте топочной камеры:

                     (6.8)

где - по таблице 3.2

p=0,1 Мпа

                                   (6.9)

Расчетная температура  газов на выходе из топки, (⁰С):

                    (6.10)

Теплосодержание газов на выходе из топки: '_m =14722,59 кДж/кг

Тепло, переданное излучением топке:

                                       (6.11)

Видимое теплонапряжение топочного объема:

                                          (6.12)

 

8. Расчет фестона.

Диаметр труб: =100 мм

Количество  труб в ряду: =9

Количество  рядов труб: =10

Общее количество труб в расчетном участке: = =90

Средняя длинна труб (м):

Расчетная площадь  поверхности нагрева (м ):

                                               (7.1)

Шаг труб поперек  движения газов (мм): =250 мм

Шаг труб вдоль  движения газов (мм): =100+0,004=100,004мм

Относительный шаг труб:

поперечный 

продольный 

Площадь живого сечения для прохода газов (м ):

(7.2)

Температура газов на выходе из фестона ( С):

                                       (7.3)

Теплосодержание газов на выходе из фестона (кДж/кг):

Энтальпия присоса  воздуха (кДж/кг):

                                           (7.4)

Количества  теплоты, отданной газами конвективной поверхности нагрева (кДж/кг):

                                 (7.5)

Коэффициент теплопередачи с I ступени ПП:

                                            (7.6)

Коэффициент тепловой эффективности: , для мазута 0,6-0,65, для твердого топлива 0,65

Коэффициент теплопередачи излучением пучка:

                                            (7.7)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

                                       (7.8)

                                              (7.9)

Средний температурный  напор ( С):

                                          (7.10)

                                             7.11)

Конвективное  тепловосприятие газохода (кДж/кг):

                                         (7.12)

Правильность  расчета фестона:

                                    (7.13)

 

9. Расчет конвективных поверхностей нагрева
1. Расчет первого конвективного пучка

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.

При расчете  конвективных поверхностей нагрева  используется уравнение теплопередачи  и уравнение теплового баланса.

Уравнение теплопередачи

                                 (8.1)

Уравнение теплового баланса

                             (8.2)

 

где К — коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева, Вт/(м²·К);

 — температурный напор, °С;

В_р — расчетный расход топлива, кг/с;

Н — расчетная поверхность нагрева, м²;

 — коэффициент сохранения  теплоты, учитывающий потери теплоты  от наружного охлаждения;

I', I» — энтальпии продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, кДж/кг;

 — количество теплоты,  вносимое присасываемым в газоход  воздухом, кДж/кг.

Коэффициент теплопередачи (К) является расчетной характеристикой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводности и теплового излучения.

Из уравнения  теплопередачи ясно, что количество теплоты, переданное через заданную поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи  и разность температур продуктов  сгорания и нагреваемой жидкости. Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры  продуктов сгорания и температуры  воспринимающей теплоту среды. По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхности нагрева работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды. Поэтому чем дальше расположена конвективная поверхность нагрева от топочной камеры, тем большие размеры должна она иметь и тем больше металла расходуется на ее изготовление.

Уравнение теплового баланса показывает, какое  количество теплоты отдают продукты сгорания воде или пару через конвективную поверхность нагрева.

Количество  теплоты (Q_б), отданное продуктами сгорания приравнивается к теплоте, воспринятой водой или паром. Для расчета задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем уточняют ее путем последовательных приближений. В связи с этим расчет ведут для двух значении температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода.

8.1 Тепловой расчёт первого газохода

По чертежу  определяются конструктивные характеристики рассчитываемого  конвективного  газохода (в нашем случае все газоходы одинаковые):   площадь  поверхности  нагрева, шаг труб и рядов (расстояния между осями труб), диаметр труб, число труб в ряду, число рядов труб и площадь живого сечения для  прохода  продуктов сгорания. Для данной конструкции котла ширина газохода а=1,2 м, а высота b=2,75 м.

 

 

Таблица 8.1

 Конструктивные  характеристики первого газохода

Наименование величин	Условные обозначения	Результаты
Поверхность нагрева, м2	Н	235
Число рядов труб:
вдоль оси котла	z1	9
поперек оси котла	z2	10
Диаметр труб, мм	dн	51х2,5
Расчётные шаги труб в мм.
Продольный	S1	100
поперечный	S2	110

 

Площадь живого сечения для прохода продуктов  сгорания

                                     (8.3)

Предварительно  принимаем два значения температуры  продуктов сгорания после рассчитанного  газохода.

Определяем  тепло, отданное продуктами сгорания

где - коэффициент сохранения теплоты;

- энтальпия продуктов сгорания  перед поверхностью нагрева, определяется  по таблице 6 при температуре  и коэффициенте избытка воздуха  после поверхности нагрева, предшествующей  рассчитываемой поверхности;

- энтальпия продуктов сгорания  после рассчитываемой поверхности  нагрева, определяется по таблице  6  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 неё (таблица 3.2);

- энтальпия присосанного в  конвективную поверхность нагрева  воздуха, при температуре воздуха  25˚С.

Для температуры 300˚С после конвективной поверхности нагрева:

Для температуры 900˚С после конвективной поверхности нагрева:

Определяем  расчётную температуру потока продуктов  сгорания в конвективном газоходе

                                          (8.4)

где - температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из неё

Для температуры 300˚С после конвективной поверхности нагрева:

Для температуры 600˚С после конвективной поверхности нагрева:

Определяем  температурный напор

                                          (8.5)

где t_к – температура охлаждающей среды (температура кипения воды при давлении в котле).

Для температуры 300˚С после конвективной поверхности нагрева:

Для температуры  900˚С после конвективной поверхности нагрева:

Определяем  среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева

                                (8.6)

где В_р – расчётный расход топлива (8.15), кг/с;

F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания (8.3);

V_Г – объем продуктов сгорания на 1 кг топлива (таблица 3.2);

- средняя расчётная температура  продуктов сгорания (8.4), ˚С.

Для температуры 300˚С после конвективной поверхности нагрева:

Для температуры 900˚С после конвективной поверхности нагрева:

Определяем  коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности  нагрева

                               (8.7)