3.5. Расчет конвективных поверхностей нагрева

Конвективные поверхности нагрева играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды. В паровых котлах - это кипятильные трубы, расположенные в газоходах, трубы пароперегревателя и водяного экономайзера.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб за счет конвекции и лучеиспускания, затем это же количество теплоты проходит через металлическую стенку, после чего теплота от внутренней поверхности труб передается воде и пару.

При расчете используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчет выполняется для 1 м³ газа при нормальных условиях.

Для парового котла расчет выполняется для каждого (или общего) газохода

Последовательность расчета:

Определяются конструктивные характеристики.
Предварительно принимаются два значения температур продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева.
По уравнению теплового баланса определяется количество теплоты в кипятильном пучке парового котла - Q_к. Затем вычисляют средний температурный напор и подсчитывают среднюю скорость продуктов сгорания.

По номограммам определяют коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, вычисляется коэффициент теплопередачи и тепловосприятия поверхностью нагрева - Q_T.
Расчеты конвективных поверхностей нагрева сводят в таблицу 7.

Расчет кипятильного пучка – газохода парового котла.

Таблица 7.

Наименование параметра и размерность	Обозна-чение	Расчетная формула, способ определения	Расчет
Наименование параметра и размерность	Обозна-чение	Расчетная формула, способ определения
1	2	3	4	5
1.Наружный диаметр труб и их расположе-ние, м	d_H	Конструктивные характеристики	0,051
2.Поперечный шаг труб, м	s₁	Табл.П1	0,11
3.Относительный поперечный шаг труб	σ₁	s₁/d_H
4.Продольный шаг труб, м	s₂	Табл.П1	0,11
5.Относительный продольный шаг труб	σ₂	s₂/d_H
6.Число рядов труб по ходу продуктов сгора-ния	z	Табл.П1	41
7.Расчетная поверхность нагрева (конвективная), м²	H_K	То же	110
8.Сечение для прохода топочных газов, м²	F_Г	То же	0,41
9.Эффективная толщи-на излучающего слоя, м	S
10.Температура газов перед газоходом, ^оС		, где - из расчета топки	1045,9892
11.Энтальпия газов перед газоходом, кДж/кг, кДж/м³	I'_K	I'_K=I"_т.д_., где I"_т.д– из расчета топки	18000
12.Температура топочных газов за газоходом, ^оС		Табл. 8.17, 8.20 [12], П1, П2	273	227
13.Энтальпия газов за газоходом, кДж/кг, кДж/м³	I"_K	По I- диаграмме, согласно	4200	3470
14.Тепловосприятие пучка по уравнению теплового баланса, кДж/кг, кДж/м³	Q_K		0,983∙(18000-4200+ +) = =13602,6064	0,983×(18000-3470 + )= =14320,1964
15.Средняя температу-ра газов в пучке, ^оС			0,5∙(1045,9892+273) =659,4946	0,5∙ (1045,9892+227) =636,4946
16.Температура насыщения, ^оС	t_H	Табл. 3.1 [12]	194,1	194,1
17.Температурный напор перед пучком (больший), ^оС	Δt_б		1045,9892-194,1=851,8892	1045,9892-194,1=851,8892
18.Температурный напор за пучком (меньший), ^оС	Δt_м		273-194,1=78,9	227-194,1=32,9
19.Средний темпера-турный напор, ^оС	Δt
20.Объемтопочных газов в газоходе, м³/кг, м³/м³	V_Г	Табл. 8.2 для газохода	11,6563	11,6563
21.Объемная доля водяных паров	r_H₂_O	То же	0,1840	0,1840
22.Суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паров	r_n	То же	0,27151	0,27151
23.Средняя скорость газов, м/с	W		(0,2041∙11,6563∙(659,4946+273))/(0,41∙273) = 19,8199	(0,2041∙11,6563∙(636,4946+273))/(0,41∙273) =19,3311
24.Коэффициент теп-лоотдачи конвекцией от газов к трубам, Вт/м²∙К	α_K	Рис.П6	105∙0,915∙1,1∙1,08= =114,1371	102∙0,9∙1,1∙1,09= =110,0682
25.Суммарная погло-щательная способ-ность трехатомных газов и водяных паров, м∙Па∙10⁵	pS	pr_nS	1∙0,27151∙0,2253= =0,0612	1∙0,27151∙0,2253= =0,0612
26.Коэффициент ос-лабления лучей трех-атомными газами и водяными парами, 1/( м∙Па∙10⁵)	К_Г	Рис.П3, при	3,0	2,9
27.Сила поглощения лучистого потока газов	КpS	K_Гr_npS	3∙0,27151∙1∙0,2253= =0,1835	2,9∙0,271511∙0,2253= =0,1774
28.Степень черноты газового потока	a	Рис.П4	0,163	0,16
29.Температура загрязненной стенки труб, ^оС	t_ст	t_ст=t_Н+25 для газа	194,1+25= =219,1	194,1+25= =219,1
30.Коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/м²∙К	α_Л	рис.П8	80∙0,163∙1=13,04	78∙0,16∙1=12,48
31.Коэффициент тепловой эффективности для конвективных поверхностей	ψ_K	0,85 для газа	0,85	0,85
32.Коэффициент теплопередачи в пучке, Вт/м²∙К	K		0,85∙(114,1371+ +13,04)= =108,1005	0,85∙(110,0682+ +12,48)= =104,0299
33.Тепловосприятие пучка по уравнению теплопередачи, кДж/кг, кДж/м³	Q_T
34.Невязка расчета, %	Δ_K