Методика теплового розрахунку

Перед виконанням теплового розрахунку необхідно скласти ескіз конвективного пучка, визначити середню довжину труб в пучку l _ср, активну довжину l _акт і проекцію активної довжини l _пр (див. рис. 6.1).

Розрахунок теплообміну ведуть методом послідовних наближень. Рекомендується наступний порядок розрахунку:

- визначають кількість труб в одному ряду Z₁ = L_т/S₁, отриманий результат округлюють до найближчого цілого і, при необхідності, коригують величину поперечного кроку S₁;

- знаходять площу нагріву одного ряду труб, м²:

(6.13)

- визначають площу перерізу для проходу газів, м²;

(6.14)

 

- визначають теплову потужність випарника Q₁, кВт;

- знаходять ентальпію газів за випарником, кДж/кг;

(6.15)

 

потім визначають температуру газів t" по діаграмі I – t;

- обчислюють середню абсолютну температуру газів Т_г;

- знаходять середню швидкість газу в пучку, м/с:

(6.16)

 

- визначають величини коефіцієнта тепловіддачі а _к і теплопередачі k;

- розраховують величину температурного натиску Δt, °С;

- з рівняння теплопередачі визначають необхідну величину поверхні нагріву, м²:

(6.17)

і кількість рядів труб:

(6.18)

- отримане число рядів труб округлюють до найближчого цілого Z₂* і уточнюють величину поверхні нагріву:

(6.19)

Якщо величина Н_к* відрізняється від Н_к більше, ніж на 2 %, необхідно виконати перевірочний тепловий розрахунок і уточнити значення температури газу на виході з випарника t_г''* та паропродуктивність котла D_к*.

Перевірочний тепловий розрахунок полягає в спільному рішенні рівнянь теплового балансу по газовій стороні і теплопередачі, тобто рівнянь (6.1) і (6.2). Для цього:

- призначають три значення температури газу за випарником з кроком 50 °С; t_г'' – 50, t_г'', t_г'' + 50, визначають відповідні їм ентальпії;

- для кожної з прийнятих температур визначають нове значення температурного натиску Δt, величина коефіцієнта теплопередачі k не перераховується;

- знаходять теплову потужність випарника по рівняннях (6.1) і (6.2), які вирішуються графічно (рис. 6.2). В результаті рішення уточнюють значення теплової потужності Q_к*, температуру газу за пучком t_г''* та паропродуктивність котла по насиченій парі D_к*, кг/с:

 

6.20

 

 

Рис. 6.2. Графічне рішення рівнянь теплового балансу і теплопередачі

 

У тому випадку, якщо уточнена температура газу за випарником t_г''* відрізняється від прийнятих більш ніж на + 50 °С, необхідно повторити тепловий розрахунок, включаючи повторне визначення величин Δt і k.

Початкові дані для розрахунку:

- температура газу на виході з топки, t_зт, °С;

- ентальпія газу на виході з топки І_зт, кДж/кг;

-температура газу на виході з випарника t_г'', °С;

- довжина топки L_т, м;

- довжини труб l _ср, l _пр, м;

- коефіцієнт повноти обмивання поверхні ω;

- зовнішній діаметр труб d, м;

- кроки труб S₁, S₂, S₂', м;

- питоме теплове навантаження поверхні q, кВт/м².

Розрахунок проводиться в послідовності, приведеній в табл. 6.2.

 

Таблиця 6.2

Параметр, позначення	Розм.	Формула, джерело	Результат
Кількість труб у ряду Z1	–
Площа нагріву ряду Hр	м^2	Формула (6.13)
Площа живого перерізу Fг	м^2	Формула (6.14)
Ефективна товщина випромінюючого шару S	м	Формула (6.10)
Теплова потужність випарника Q к	кВт	Формула (6.3)
Ентальпія газу за випарником І''	кДж/кг	Формула (6.15)
Температура газу за пучком tг''	°С	Діаграма I – t по І''
Середня температура газу tг, Тг	°С, К
Середня швидкість ωг	м/с	Формула (6.16)
Фізичні параметри газу: - к-т кінематичної в'язкості ν - к-т теплопровідності λ критерій Прандтля Рr	м^2/с Вт/(м^2·°С) –	Таблиця 6.1 Таблиця 6.1 Таблиця 6.1
Поправочні коефіцієнти Сs і Сz	–	Див. пп.3.1 або 3.2
Коефіцієнт тепловіддачі від газу до стінки труби а к	Вт/(м^2·°С)	Формула (6.6) або (6.7)
Температура шару забруднень Тст	К
Міра чорноти потоку газів а г	–	Формула (6.9)
Приведена міра чорноти а пр	–
Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням а л	Вт/(м^2·°С)	Формула (6.8)
Коефіцієнт тепловіддачі k	Вт/(м^2·°С)	Формула (6.4)
Температурний натиск Δt	°С	Формула (6.12)
Розрахункова поверхня конвективного нагріву Нк	м^2	Формула (6.17)

 

 

Продовження табл. 6.2

 

Параметр, позначення	Розм.	Формула, джерело	Результат
Розрахункове число рядів труб Z2	–	Формула (6.18)
Прийнята кількість рядів труб Z2*	–	Округлити Z2* до найближчого цілого
Прийнята площа поверхні нагріву Нк*	м^2
Розбіжність ΔНк	%

 

При округленні Z₂ у більшу сторону величина поверхні нагріву випарника Н_к зросте, температура газу t_г'' за ним знизиться, паропродуктивність котла D_к і його ККД η_к зростуть. При округленні Z₂ в меншу сторону параметри котла змінюються протилежним чином. Для уточнення їх значень необхідно провести перевірочний розрахунок як вказано вище.

Після закінчення виконання розрахунку конвективного теплообміну дослідіть вплив на його показники одного з перерахованих нижче параметрів:

- поперечного кроку труб S₁;

- коефіцієнта надлишку повітря α;

- коефіцієнта повноти обмивання ω;

- зовнішнього діаметру труб d.