Расчет конвективных поверхностей нагрева

Цель: определить температуру газов на выходе из первого и второго котельных пучков и водяного экономайзера.

Определяем конвективную поверхность нагрева для первого котельного пучка. Для этого необходимо решить два уравнения теплопередачи относительно двух температур, характерных для первого котельного пучка.

φB(I_q - I'₁ + I _в) = К'₁Н₁ ∆t'₁·10^-3, кВт (кДж/с)

φB(I_q - I₁ + I _в) = К₁Н₁ ∆ t ₁·10^-3, кВт (кДж/с)

φ – коэффициент сохранения тепла

В – расход топлива на котел, кг/с (м³/с)

Н₁ – поверхность нагрева котельного пучка

где Н_к – площадь поверхности нагрева в конвективной поверхности, берем из технической характеристики котла

I _в – количество тепла, внесенное в газоход с присасываемым воздухом

I _в = С _в (α₁ - α)V^оt _хв

С _в – теплоемкость воздуха, С _в = 1,3 кДж/м²·град

t _хв – 25-30^оС

α – коэффициент избытка воздуха перед конвективной поверхностью (котельным пучком)

α₁ – коэффициент избытка воздуха в первом котельном пучке

I₁ и I'₁ – энтальпии продуктов сгорания, соответствующие заданным температурам в первом котельном пучке (см курсовой проект-раздел «Расчет энтальпии продуктов сгорания»)

I _д – энтальпия продуктов сгорания перед котельным пучком, определяю методом интерполяции

Где t _д - действительная температура продуктов сгорания – получена путем расчетов на выходе из топочной камеры.

∆t – среднелогарифмическая разность температур подсчитывается дважды относительно заданных температур t₁ и t'₁ и подставляется в уравнение

где θ' _т – дествительная температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры, ^оС

θ ₁ – начальная температура в первом котельном пучке, ^оС

θ' ₁ – конечная температура в первом котельном пучке, ^оС

t _нас – температура насыщения при определенном давлении.

К – коэффициент теплопередачи подсчитывается дважды К₁ и К'₁

ω – коэффициент, учитывающий неполноту омывания нагрева, ω = ω₁ = ω₂ = 0,95

ζ – коэффициент загрязнения поверхности нагрева, ζ = 0,02, м²·град/Вт

α_л – коэффициент теплопередачи излучением

α_л1 = α_н1· а, Вт/м²·град запыленный

α'_л1 = α_н2· а, Вт/м²·град поток (тв. топливо мазут)

α_л1 = α_н1· а·с _г, Вт/м²·град незапыленный

α'_л1 = α_н2· а·с _г, Вт/м²·град поток (для газа)

а – степень черноты газового потока,

α_н – коэффициент теплоотдачи – определяем по средним температурам.

Определяем средние температуры:

Определяем температуру стенки трубы конвективной поверхности

t_ст = t_нас + Δt, ^оС

Δt = 60 ^оС – при сжигании твердого и жидкого топлива

Δt = 25 ^оС – при сжигании газа.

t_нас – температура насыщения, ^оС

По номограмме (приложение 1) находим α_н1 и α_н2

Определяем степень черноты газового потока. При этом необходимо вычислить суммарную оптическую величину.

к_рS = (k_г r_п +k_злμ)РS

k_г – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами – находим по номограмме (Приложение 2)

Р_пS = (r _Н2О + r _RO2)S,

где S – толщина излучающего слоя, м

Где S_{1 и} S₂ – поперечный и продольный шаг труб – берем из описания котла.

d_н – наружный диаметр трубы конвективной поверхности – из описания котла.

μ – концентрация золовых частиц в продуктах сгорания (см. Курсовой проект, раздел «Рачет продуктов сгорания»)

к_зл – коэффициент ослабления лучей золовыми частицами. При сжигании твердого топлива в слоевых топках к_зл = 0

r _Н2О – объемная доля водяных паров в продуктах сгорания (см. Курсовой проект, табл.1)

r _RO2 – объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания (см. Курсовой проект, табл.1)

Р = 1 мПа; Р_п – суммарная объемная доля

Определяем а – степень черноты газового потока – по номограмме (Приложение 3)

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением α_л1 и α'_л1

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных, шахматных пучков.

α_к1 = α_н1с_z1с_S1с_ф1, Вт/м²·град

α'_к1 = α'_н1с'_z1с'_S1с'_ф1, Вт/м²·град

где с_z – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания – находим по номограмме (Приложение 4 или 4а или 5)

Число рядов труб определяем из характеристик котла.

с_S – поправка на компановку пучка – находим по номограмме (Приложение 4 или 4а или 5) Для этого определяем σ₁ и σ₂

Где S_{1 и} S₂ – поперечный и продольный шаг труб – берем из описания котла.

d_н – наружный диаметр трубы конвективной поверхности – из описания котла.

с_ф – коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока – находим по номограмме (Приложение 4 или 4а или 5)

α_н – коэффициент теплоотдачи – находим по номограмме (Приложение 4 или 4а или 5)

F – живое сечение для прохода продуктов сгорания газохода – берем из характеристик котла

V_г – действительный суммарный объем продуктов сгорания в первом котельном пучке (см. табл. 1 Курсового проекта)

θ _ср1 и θ' _ср1 – средние расчетные температуры, ^оС

В – расход топлива на котел, кг/с

Решаем 2 уравнения теплопередачи (см. ранее) и сравниваем правую и левую стороны. Затем строим «График определения температуры за первым котельным пучком» на миллиметровой бумаге, масштаб: в 1 см I – 100кДж/кг; θ - 50 ^оС

I, кВт

Q_т

Q_б

Q_т

Q_б

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 θ, ^оС

Приложение 3 Степень черноты продуктов сгорания а в зависимости от суммарной оптической толщины среды

Приложение 1 Коэффициент теплоотдачи излучением

Приложение 2 Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами