Расчет теплообмена в конвективных поверхностях нагрева котлоагрегата

Конвективные поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания воде и пару. Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружных поверхностей труб к внутренним теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару – конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс называемый теплоотдачей.

Предварительно задается диапазон температур дымовых газов на выходе из котельного агрегата (два значения).

Для выбранных температур составляем тепловой баланс конвективных пучков. Расчет теплового баланса кипятильных пучков объединяют.

Определяют количество теплоты, которое приносят с собой дымовые газы Q_Б (приход тепла) и отдают наружные поверхности труб.

Q_т– количество теплоты, которое принимается трубами на процесс парообразования (расход тепла)

Q_Б = Q_т

Строим график и по расчетной температуре газов выходящих из топки определяем энтальпию.

 

Расчет I кипятильного пучка

Расчет сводится в таблицу №4.1.

Строим график и по нему определяем температуру дымовых газов на выходе из 1 кипятильного пучка

q_1кп”_(р)=466 °С

Определяем количество теплоты воспринятое первым кипятильным пучком

Q_1кп=j × (I_т’-I_1кп” +Da _IКП ×I⁰_ХВ), ккал/кг

I”_1кп=1545 ккал/м³

Q_1кп = 0,97× (3600-1545+0,05 ×63,58)=1996,43 ккал/кг

 

Таблица №4.1 - Расчет I кипятильного пучка.

№	Наименование	Ед. изм.	Формула	Расчет	q1кп”=400	q1кп”=600
	Температура дымовых газов на входе в IКП	°С		из расчета топки
	Энтальпия дымовых газов на выходе из топки IТ”	Ккал/кг		По I - q диаграмме
	Энтальпия дымовых газов на выходе из топки IТ”	Ккал/кг		По I - q диаграмме
	Кол-во теплоты отданное дымовыми газами	Ккал/кг	QБ=j× (IТ”-I1кп” + +DaIКП ×I^0ХВ)	QБ1=0,97(3600-1305+ +0,05∙63,58) = 2237,74 QБ2 =0,97(3600-2080+ +0,05∙63,58)=1483,12	2237,74	1483,12
	Температур-ный напор	°С	DtСР =(DtБ – DtМ)/ln(DtБ/DtМ)	DtБ=1025-194,13= =830,13 DtМ1=400-194,13=205,87 DtМ2=600-194,13=405,87 DtСР1=(830,87-205,87)/ /ln(830,87/ 205,87)=447,96 DtСР1=(830,87-405,87)/ /ln(830,87/405,87)=593,21	447,96	593,21
	Средняя температура дымовых газов	°С	q1кп^СР=(qТ”+q1кп”)/2	qКП1^СР=(1025+400)/2=712,5 qКП2^СР =(1025+600)/2=812,5	712,5	812,5
	Средний объем дымовых газов в кипятильных пучках VКП^СР	м^3	(VТ^² + VIКП^²) / 2	V1КП^СР =(9,669+10,007)/ / 2 =9,838	9,838	9,838
	Определение площади живого сечения для прохода продуктов сгорания при поперечном смывании гладких труб	м^2	F = a ∙b – n ∙l ∙d где а–ширина живого сечения кипятильных пучков; в - высота живого сечения кипятильных пучков; n – количество труб в кипятильном пучке; l – длина кипятильных труб; d–диаметр кипятиль-ных труб	F1=(1,84∙0,72-0,5∙0,34∙0,28+ 0,22∙0,72∙0,5) -0,051∙6∙ ∙(1,38+ +2,2)/2=0,8087 F2=1,68∙1,2-0,051∙13∙1,68=0,902 F3=(3,18∙0,45-0,5∙0,34∙0,28)- -0,051∙4∙(1,62+3,6)/2=0,851 Fср1=3/[(1/0,8087)+(1/0,902)++(1/0,851)]=0,852	0,852	0,852
	Средняя скорость дымовых газов	м/с	vСР = ВР×VСР^1×(q1кп^СР+ 273)/ /3600×FСР×273	vСР1 = 736,768×9,838× ∙(712,5 + 273)/3600∙ 0,852× ×273=8,53 vСР2 = 736,768×9,838× (812,5+273)/3600× ×0,852 ×273=9,4	8,53	9,4
	Коэффициент теплоотдачи конвекцией	Ккал/ /м^2ч×°С	aК = aН×СZ×СS×СФ s1 = s1/d; s2 = s2/d	[1, номограмма 12] s1=1,76; s2 = 2,16 aК^1=52,5×1×0,99×0,99=51,4 aК^2=56×1×0,99×0,95=52,67	51,46	52,67
	Определение температуры стенки трубы	°С	tСТ = tНАС + 60	tСТ = 194 + 60 = 254
	Определение эффективной толщины излучающего слоя газового потока	м	S = 0.9×d× [(4/p)× ∙(S1×S2/d^2) -1]	S=0,9×0,051× [(4/p)× (0,09×0,11/0,051^2)-1] = 0,177	0,177	0,177
	Средняя объемная доля трехатомных газов в КП		rП^СР= (r т”+r Iкп”)/2	rП^СР=(0,18198+0,1764)/2= =0,17899	0,17899	0,17899
	Среднее парциальное давление газов		РП^СР= S ×rП^СР	РП^СР= 0,177× 0,17899 = 0,032	0,032	0,032
	Средняя объемная доля водяных паров		rH2O^СР=(r т”+r Iкп”)/2	rH2O^СР=(0,0517+0,0506)/2= 0,05115	0,05115	0,05115
	Определение коэффициента ослабления лучей для 3ат. газов Кг			[1, номограмма 3]	3,7	3,25
	Сила поглощения газового потока Kрs		Kрs	Kрs1=3,7×0,032=0,1184 Kрs2=3,25×0,032=0,104	0,1184	0,104
	Степень черноты факела а		а= 1-е^-kps		0,11	0,099
	Определение коэффициент теплопередачи лучистой	Ккал/ /м^2×ч×°С	[1, номогр.19] aл = aн ∙ а	aЛ^1=40×0,11=4,4 aЛ^2=65×0,099=6,435	4,4	6,435
	Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для конвектив-ного пучка	Ккал/ /м^2×ч×°С	a = x× (aК + aЛ) x=0,95 [1,п.7-51]	a^1=0,95× (51,46+4,4) = 53,067 a^2=0,95× (52,67+6,435) = 56,15	53,067	56,15
	Определение коэффициент теплопереда-чи	Ккал/ /м^2×ч×°С	К=y×a y =0,65[1, т.7-1]	К^1= 0,65×53,067 = 34,49 К^2= 0,65×56,15 = 36,5	34,49	36,5
	Количество теплоты, воспринятое конвективной поверхнос-тью нагрева на процесс парообразо-вания	Ккал/кг	QТ=К×Н×DtСР/ВР Н=Нк∙ZI/Zк	Н=149∙13/23=84,217 QТ1=34,49×84,217×447,96// 736,768=1766,04   QТ2=36,5×84,217×593,21/ / 736,768=2474,93	1766,04	2474,93