книги из ГПНТБ / Грузберг, Я. Ю. Судовые парогенераторы учебник

Определение лучевоспринимающей поверхности нагрева. Лучевос-

принимающая поверхность нагрева образуется первыми рядами труб конвективного пучка и экранов, размещенных в топке парогенератора.

Величину лучевоспринимающей поверхности нагрева определяют согласно данным эскизного чертежа парогенератора по расчетной формуле

в топке, м2;

Тст. э — площадь стен, занятых экранными трубами,

м2;

X — угловой коэффициент экранных труб. Площадь стен, занятая экраном (Д т. э), определяется как произ­

ведение расстояния между осями крайних труб данного экрана на со­ ответствующую освещенную длину экранных труб.

Угловой коэффициент находят в зависимости от конструктивных характеристик экрана по расчетным графикам. При сплошном экра­

нировании)— = 1 ) и для труб конвективного пучка коэффициент х

\ d J

принимают равным единице.

Экраны судовых однопроточных водотрубных парогенераторов обычно выполняют из труб диаметром 51 X 3,5 или 44,5 X 3 мм; для парогенераторов высокого давления диаметр труб уменьшают до 32 ХЗ

и29 X 2,5 мм с целью обеспечения надежности циркуляции воды в нем

идостаточной прочности коллекторов.

Теоретической температурой горения называется та температура,

до которой нагрелись бы газообразные продукты сгорания, если бы все тепло, вносимое в топку и выделившееся при сгорании, было це­ ликом воспринято ими. Теоретическая температура /теор определяется по полезному тепловыделению в топке QBT, равному энтальпии про­ дуктов сгорания ітеор при температуре tKop и избытке воздуха на выходе из топки аТ.

108

Из формулы (67)

Из формулы (68) следует, что теоретическая температура горения зависит от теплоты сгорания топлива, коэффициента избытка воздуха, а также от температуры и влажности воздуха, поступающего в топку. В результате теплообмена в топке в любой ее части температура газов меньше теоретической температуры горения. Наименьшее значение температуры газов в топочном объеме получается на выходе из топки /З.т. Поэтому тепловой расчет топки опирается на эти две температуры газов.

§ 32. Методы расчета теплообмена в топке

На основании ряда теоретических и экспериментальных работ соз­ дано несколько методов расчета теплообмена в топке, позволяющих определить температуру газов на выходе из топки. По известной тем­ пературе газов за топкой t3т можно определить количество воспри­ нятого в топке тепла как разницу между количеством пришедшего в топку тепла и суммарной энтальпией газов при температуре газов на выходе из топки. Наиболее приемлемыми методами расчета, широко применяемыми в современной парогенераторной практике, являются нормативный метод, разработанный ВТИ и ЦКТИ.

Расчет по нормативному методу основывается на применении тео­ рии подобия к топочным процессам. Расчетные формулы связывают переданное в топке количество тепла Qn и безразмерную температуру на выходе из топки Ѳ3.т с основными критериями подобия топочного процесса: критерием Больцмана (Во), силой поглощения (k S), геомет­ рическими безразмерными характеристиками (ф) и (р) и химическим критерием (П).

Для расчета теплообмена используют два уравнения. Исходной для расчета является формула, определяющая безразмерную темпера­ туру на выходе из топки:

109

5,68-10 8 — коэффициент излучения абсолютно черного тела,

Вт/(м2-°К4);

£— условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающих поверхностей (при мазутном отоплении при­

нимается равным 0,9); Ил — лучевоспринимающая поверхность нагрева, м2.

Рис. 62. График для определения степени чер­ ноты топки

Степень черноты камерных топок

где 0,82 — принятая величина поглощательной способности лучевоепринимающей поверхности нагрева

Величину атдля камерных топок можно определить по графику, приведенному на рис. 62, в зависимости от аф и г|)£.

Эффективная степень черноты факела аф зависит от степени чер­ ноты топочной среды а, степени заполнения топки светящимся пламе­ нем и характера температурного поля топки:

Для светящегося пламени мазута ß = 0,75.

U 0

Степень черноты топочной среды принимается равной единице для

где е = 2,72 — основание натуральных логарифмов;

р— давление в топке (для топок, работающих без наддува,

рпринимается равным 0,1 МН/м2).

Для светящегося пламени величина k равна коэффициенту ослаб­ ления лучей сажистыми частицами и рассчитывается по формуле

Эффективная толщина излучающего слоя пламени для любых то­ пок определяется на основе предварительного эскиза парогенератора

где П — химический критерий, учитывающий влияние атна темпера­

° ? + 2 К - > )

Если необходимо произвести тепловой расчет топок, работающих на жидком топливе при пониженных нагрузках (что достигается от­ ключением части форсунок), то следует учесть ухудшение заполнения

в формулу (69) вместо коэффициента 0,445 вводят переменный коэффи­ циент А, определяемый по формуле:

В практических расчетах топки, если задана величина лучевоспринимающей поверхности нагрева, температуру газов на выходе из топки определяют на основании исходного уравнения (69) и крите­ рия Больцмана из формулы (70) по выражению

+ 1

фВр (Бс)ср

111

Для сокращения расчетов по определению температуры газов за топкой t3T можно пользоваться расчетной номограммой, приведенной

В зависимости от способа определения температуры газов на вы­ ходе из топки t3т тепловой расчет может быть также выполнен двумя способами: 1) по формуле (80) или (80'); 2) по расчетной номограмме, приведенной на рис. 63. Первый способ можно применять для общего случая, так как он охватывает все возможные нагрузки парогенера­ тора в процессе эксплуатации. Второй способ более приемлем для рас­ чета парогенераторов на номинальной нагрузке.

При расчете топки с определением /зт по номограмме вычисляют по формуле (65) полезное тепловыделение в топке QBT ; = /теор. Из диаграммы і— t определяют теоретическую температуру горения /теор. По уравнению (63) находят расчетный расход топлива Вр. По формуле (66) рассчитывают лучевоспринимающую поверхность нагрева Нл. Выбрав условный коэффициент загрязнения £, определяют тепловое напряжение лучевоспринимающей поверхности нагрева:

B p Q в. т

Согласно указаниям, данным в § 31, выбирают в первом приближе­

нии величину t3.т и по формуле (77) вычисляют коэффициент ослабле­ ния лучей топочной средой k. По формуле (78) рассчитывают эффектив­ ную толщину излучающего слоя s. Значение коэффициента ß выби­ рают согласно указаниям к формуле (75), а затем последовательно рассчитывают степень черноты топочной среды а по формуле (76) и эффективную степень черноты факела аф по формуле (75). По формуле (74) определяют степень экранирования ф, степень черноты топки аг находят по формуле (73) или по номограмме, приведенной на рис. 62, по значениям аф и ф£.

По вычисленным значениям ат, qn и ^теор находят из номограммы температуру газов на выходе из топки t3T, а затем по диаграмме і— t определяют энтальпию газов t3.T. Температура газов на выходе из топки 4.т> вычисленная по уравнению (80) или (80') либо найденная по номограмме, не должна отличаться от предварительно принятой

температуры t3,т более чем на + 100° С. В противном случае необхо­ димо произвести перерасчет топки. Расчетное количество тепла, пе­ реданного в топке, определяют по формуле (81).

112

Грузберг .

Рис. 63. Номограмма для определения температуры газов на выходе из топки

Г л ав а X

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ НАГРЕВА

§33. Теплопроводность

итеплоотдача соприкосновением

Теплообмен в парогенераторах происходит через стенки, являю­ щиеся поверхностью нагрева. Тепло может передаваться стенке двумя способами: лучеиспусканием, или, что то же самое, радиацией, и кон­ векцией, или соприкосновением.

У современных парргенераторов часть тепла передается поверх­ ности нагрева излучением; остальное тепло поверхность нагрева, рас­ положенная в газоходах парогенератора, поглощает, соприкасаясь с омывающими ее горячими дымовыми газами. Водяной пар, углекис­ лый газ и сернистый газ, содержащиеся в продуктах сгорания топлива, обладают способностью к излучению. Таким образом, когда дымовые газы движутся по газоходам парогенератора, они передают стенкам тепло не только соприкосновением, но и излучением.

Теплоотдача соприкосновением имеет место в конвективной поверх­ ности нагрева парогенератора, которая образуется трубами испари­ тельного пучка, пароперегревателя, водяного экономайзера и воздухо­ подогревателя.

При установившемся процессе через наружную и внутреннюю поверхности стенок проходит в единицу времени одинаковый тепло­ вой поток, который, согласно закону Фурье, прямо пропорционален поверхности стенки Я (м2), коэффициенту теплопроводности 4 Вт/(м-°С), разности температур наружной и внутренней поверхно­

стей стенки 4т — 4т (°С) и обратно пропорционален толщине стенки б (м), т. е.

Величина 4 зависит от свойства материала стенки и температуры и ориентировочно принимается: для стали 4 = 46,5 Вт/(м-°С); для

где а — коэффициент теплоотдачи от жидкости или газа к стенке или, наоборот, от стенки к жидкости или газу, Вт/(м2-°С) [ккал/(м2-ч-°С) ];

4 , 4 — температуры стенки и жидкости или газа (или наоборот), °С.

114

Определение коэффициента теплоотдачи конвекцией и излучением газов. Коэффициент теплоотдачи измеряет мощность теплового по­ тока, которая передается от греющего тела к стенке (или наоборот) через поверхность, равную 1 м2, при разности температур 1° С.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке обозначают через а х и определяют по формуле

Коэффициент теплоотдачи конвекцией. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке является сложной функцией и зависит от множества различных факторов, основными из которых являются: скорость и температура газового потока, расположение труб в пучке и род их поверхности (гладкая или ребристая), характер омывания труб (продольное, поперечное или косое) и физические свойства омы­ ваемой среды. Величину а к определяют на основе материалов экспери­ ментальных исследований, выполненных в ЦКТИ и ВТИ.

Расчетные формулы составлены для определения коэффициента теплоотдачи ак при поперечном омывании поверхности нагрева с шах­ матным или коридорным расположением труб и при продольном омывании поверхности нагрева.

Поперечное омывание в парогенераторах бывает в пучках испари­ тельных труб, пароперегревателя, водяного экономайзера и воздухо­ подогревателя. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных пучков определяют по формуле

(85)

где сг — поправочный коэффициент на число поперечных рядов труб в рассчитываемом пучке.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных пучков вычисляют по следующим формулам:

к

< 0 ,7

(86)

t'

0,25

Вт/(м2-°С), (87)

—-----средний относительный продольный шаг труб. dH

Для судовых парогенераторов очень часто — = -^- и тогда фор- dH dH

мула (87) принимает вид

tT, tr — температуры газов соответственно на входе в поверхность

116

Расчетное живое сечение для прохода газов определяют при попе­ речном омывании пучка труб по формуле

где а, b — поперечные размеры газохода в свету, м.

Физические характеристики воздуха ѵв, Хв и дымовых газов сред­

По формуле (85) построена номограмма, приведенная на рис. 64, для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией при попереч­ ном омывании коридорных пучков. По формулам (86) и (87) построена номограмма, приведенная на рис. 65, для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных пуч­ ков.

Продольное омывание в водотрубных парогенераторах бывает на среднем участке второго пучка испарительных труб и в трубах возду­

при //<£,•<50.

При течении газов внутри трубы эквивалентный диаметр равен внутреннему диаметру трубы (d3 = dBH). Для газохода, заполненного трубами, эквивалентным диаметром называется диаметр условной трубы, имеющей одинаковое с газоходом сопротивление:

По формуле (94) построена номограмма для определения коэффи­ циента теплоотдачи конвекцией при продольном омывании (рис. 66), где tB— средняя температура воздуха, °С.

Во втором пучке испарительных труб водотрубных парогенера­ торов имеет место смешанное омывание труб газовым потоком.^ Для таких пучков расчетное значение

акН’ -f а"КН"

117