Методика розрахунку теплообміну в топці

Основні початкові дані приведені в табл. 5.2. Частина їх приймається з попередніх розрахунків:

- теплове навантаження паливного об'єму q_v, кВт/м³;

- довжина труб екранів l ₁, l _э, м;

- кутові коефіцієнти екранних труб х₁, х_э(задані);

- параметр М (заданий);

- об'ємна частка водяної пари r_Н20

- сумарна об'ємна частка r_п;

- тиск в топці Р_т, МПа;

- коефіцієнт забруднень поверхні нагріву, що сприймає промені ξ;

- корисне тепловиділення в топці Q_вт (теоретична ентальпія І_а), кДж/кг;

- витрата палива В, кг/с;

- коефіцієнт збереження тепла φ;

- вміст вуглецю і водню в робочій масі С^р, Н^р.

Таблиця 5.1

Параметр, позначення	Розм.	Формула, джерело	Результат
Об'єм топки Vт	м^3
Довжина топки Lт	м
Площа стін паливного фронту	м^2
Поверхня нагріву, що сприймає промені Нл	м^2

Продовження табл. 5.1

 

Параметр, позначення	Розм.	Формула, джерело	Результат
Площа стін топки Fст	м^2
Міра екранування ψ	–
Ефективна товщина випромінюючого шару S	м	Формула (5.15)
Температура газу на виході з топки tзт'	°C	Приймається 1150 – 1300
Ентальпія газів на виході з топки Ізт'	кДж/кг	Діаграма І-tпо tзт'
Коефіцієнт послаблення променів трьохатомними газами Кг	1/(МПа·м)	Формула (5.13)
Коефіцієнт послаблення променів частками сажі Кс	1/(МПа·м)	Формула (5.14)
Міра чорноти полум’я, що світиться асф	–	Формула (5.11)
Міра чорноти полум’я, що не світиться аг	–	Формула (5.12)
Коефіцієнт усереднювання m	–	Формула (5.6)
Міра чорноти факела аф	–	Формула (5.5)
Міра чорноти топки ат	–	Формула (5.7)
Теоретична температура горіння ta	°C	Діаграма І-t по Qвт
Абсолютна теоретична температура горіння Та	К
Середня сумарна тепломісткість газів VпсСср	кДж/(кг·°С)	Формула (5.10)
Критерій Больцмана Во	–	Формула (5.9)
Безрозмірна температура на виході з топки Θзт	–	Формула (5.1)
Розрахункова температура газу за топкою tзт	°C
Різниця Δtзт	°C
Теплові потужності топки Qл та Qл'	кВт	Формула (5.2) для Ізт та Ізт’
Різниця ΔQл	%

 

Продовження табл. 5.1

 

Параметр, позначення	Розм.	Формула, джерело	Результат
Кількість пари отриманої в екранах Dэ	кг/с	Формула (5.17)
Питомий паровідбір d	кг/(м^2·с)
Коефіцієнт прямої віддачі χ	%	Формула (9.16)

ВАРІАНТИ ЗАВДАНЬ

Варіанти завдань приведені в табл. 5.2. Розрахунку підлягають котли схема яких приведені на рис. 3.2.

Таблиця 5.2

Вар.	qv кВг/м^3	l 1 , м	х1	l э, м	хэ	Параметр M	ξ	Прототип (рис. 3.2)
		3,2	0,96	3,7	1,0	0,45	0,7
		2,2	0,95	3,2	1,0	0,42	0,9
		1,98	0,96	2,4	0,95	0,45	0,8
		2,4	0,97	3,7	0,96	0,43	0,75
		3,8	0,96	4,3	0,98	0,4	0,6
		2,0	1,0	2,15	1,0	0,5	0,65
		2,5	1,0	3,0	1,0	0,445	0,6
		2,56	0,98	3,25	0,98	0,48	0,6
		2,48	1,0	3,11	0,99	0,51	0,57
		2,78	0,92	3,5	0,96	0,5	0,78
		3,63	1,97	4,3	0,98	0,38	0,6
		1,8	0,98	2,0	1,0	0,443	0,55
		2,34	1,0	2,98	1,0	0,45	0,73
		3,4	0,97	4,2	1,0	0,4	0,62
		2,45	0,93	3,08	0,97	0,465	0,8
		3,28	0,98	3,75	1,0	0,45	0,66
		2,4	0,96	3,3	1,0	0,44	0,75
		2,08	0,97	3,48	0,92	0,47	0,85
		2,6	0,96	3,3	0,96	0,435	0,68

 

 

Продовження табл. 5.2

 

Вар.	qv кВг/м3	l 1, м	х1	l э, м	хэ	Параметр M	ξ	Прототип (рис. 3.2)
		3,9	1,0	4,4	0,95	0,48	0,5
		2,2	0,97	2,4	1,0	0,42	0,5
		2,6	0,97	3,32	0,97	0,4	0,6
		2,76	0,96	3,45	1,0	0,48	0,55
		3,4	0,96	4,1	0,94	0,51	0,85
		2,98	0,95	3,8	0,97	0,52	0,58
		3,6	0,97	4,36	1,0	0,395	0,7
		2,1	0,99	2,28	0,99	0,405	0,55
		2,64	0,92	3,68	1,0	0,45	0,65
		3,48	0,97	3,18	0,97	0,39	0,6
ЗО		2,45	0,97	3,18	1,0	0,475	0,52
		2,40	0,93	3,08	0,97	0,465	0,8
		3,28	0,99	3,70	1,0	0,455	0,67
		2,3	0,96	3,33	1,0	0,445	0,78
		2,1	0,97	3,48	0,95	0,48	0,88
		2,6	0,98	3,31	0,96	0,44	0,69

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Охарактеризуйте топку як систему сірих тіл.

2. Як впливає зміна значення коефіцієнту надлишку повітря на величину теоретичної температури горіння до температуру газу за топкою?

3. Опишіть характер зміни температури газу по довжині топки.

4. Які експлуатаційні і конструктивні чинники впливають на характер протікання теплообміну в топці?

5. Поясніть поняття "Ефективна товщина випромінюючого шару".

6. Поясніть фізичний сенс поняття "Міра чорноти топки", охарактеризуйте чинники, що впливають на її величину?

7. Вкажіть мету і послідовність розрахунку теплообміну в топці.

8. Якими параметрами характеризується конструктивна досконалість топкової камери?

9. У чому полягає фізичний сенс параметра "коефіцієнт прямої віддачі"? Як з його допомогою оцінюють ефективність роботи топки?

10. Поясніть, що характеризує критерій Больцмана і які параметри в нього входять?

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6

ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ВИПАРНОГО ПУЧКА ТРУБ

 

Мета заняття: вивчення особливостей протікання конвективного теплообміну у випарній поверхні нагріву допоміжного котла і чинників, що на нього впливають. Придбання навичок виконання теплового розрахунку випарної поверхні нагріву.

Завдання 1. Визначити теплову потужність випарної поверхні нагріву допоміжного котла Q_к, кВт і температуру газів на виході з неї t'' °С.

2. Знайти число рядів труб конвективного пучка Z₂ і площу поверхні його нагріву Н_к, м².

3. Дослідити вплив одного з конструктивних або експлуатаційних чинників на конвективний теплообмін.

 

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Конвективний теплообмін в суднових парових котлах протікає у випарних пучках труб, пароперегрівачах, економайзерах і повітропідігрівачам. У основу теплового розрахунку цих поверхонь нагріву покладено спільне рішення рівнянь теплопередачі і теплового балансу з боку ходу газів:

(6.1)

 

(6.2)

де k – коефіцієнт теплопередачі від газів до води, Вт/(м²·К);

Δt – температурний натиск (усереднена по поверхні різниця температур гріючого та обігріваємого середовищ). °С;

Н_к – площа поверхні нагріву, м²;

І', I" – ентальпія продуктів згорання на вході у випарну поверхню нагріву і виході з неї, кДж/кг

Додатково до виразів (6.1) і (6.2) може бути складене рівняння теплового балансу з боку пароводяного тракту, яке для випарної поверхні нагріву має вигляд:

(6.3)

де Q_л – теплова потужність топки, кВт.

 

Випарна поверхня нагріву водотрубних котлів виконується із сталевих суцільнотягнутих труб діаметром d рівним 0,029, 0,032, 0,038, 0,0445 м виготовлених із сталі марок Ст10, Ст15, Ст20. Товщина стінки труби – не менше 2,5 мм. Трубні пучки мають коридорне або шахове компонування, кріплення труб до колекторів котлів здійснюється вальцюванням або зварюванням. Основними геометричними характеристиками трубного пучка, рис. 10.1 є:

- d – зовнішній діаметр труб, м;

- S₁ – поперечний крок труб, м;

- S₂ – подовжній крок труб, м;

- S₂' – діагональний крок труб шахового пучка, м;

- σ₁ – відносний поперечний крок труб, σ₁ = S₁/d;

- σ₂ – відносний подовжній крок труб, σ₂ = S₂/d;

- σ₂' – середній відносний діагональний крок труб, σ₂' = S₂'/d.

 

Рис. 6.1. До розрахунку випарної поверхні нагріву