2 Расчет предвключенного испарительного пакета

Принимаем в первом приближении температуру дымовых газов за предвключенным испарительным пакетом равной t_д^//=800^оС.

Определяем среднелогарифмический температурный напор по формуле [1; 9]:

(3)

где - температура насыщения при заданном давлении в барабане котла, равном 4,5МПа [2; Таблица 3], =257,41^оС

Средняя температура дымовых газов определяется по формуле [1; 9]:

(4)

Определяем действительный расход дымовых газов по формуле [1; 9]:

(5)

Живое сечение для прохода дымовых газов в предвключенном испарительном пакете равно f_д=13,2м². Тогда средняя скорость дымовых газов определяется по формуле [1; 9]:

(6)

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к шахматному пучку труб по формуле [1; 9]:

α_к = α_о ·k_z ·k_s ·k_t, (7)

где α_о – коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном обтекании гладкотрубного пучка труб, Вт/(м²·^оС);

k_z – поправка на число труб;

k_s – поправка на относительный шаг;

k_t – поправка на температуру.

Принимаем шаг труб по ширине пучка равным S₁=86мм, шаг труб по глубине пучка S₂=70мм, число рядов труб в пакете Z₂=12, диаметр труб поверхностей нагрева d_н=32мм.

Пользуемся источником [1; приложение А] при =13м/с и d_н=32мм коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании гладкотрубного пучка труб α_о = 92 Вт/(м²·^оС), а при Z₂=12, S₁/ d_н=86/32=2,68, S₂/d_н=70/32=2,18 и t¯_д=749^оС получим k_z=0,95, k_s=1,11, k_t=0,98.

α_к = 92· 0,95· 1,11· 0,98 = 95Вт/(м²·^оС)

Определяем эффективную толщину излучающего газового слоя по формуле [1; 11]:

(8)

Произведение парциального давления излучающих составляющих на эффективную толщину излучающего газового слоя определяем по формулам [1; 11]:

Р_СО2 · S_эф = 98,1· 0,161 ·0,118 = 1,86кН/м (9)

Р_Н2О · S_эф = 98,1· 0,161 · 0,112 = 1,76 кН/м (10)

где 98,1 – переводной коэффициент из атмосфер в килоньютоны.

Определяем степень черноты дымовых газов [1; 11]:

ε_д = ε_СО2 + β· ε_Н2О (11)

где ε_СО2 – степень черноты СО₂;

ε_Н2О – степень черноты Н₂О;

β – поправочный коэффициент.

Согласно номограммам [1; приложение Б и В] степени черноты СО₂, Н₂О и β равны: ε_СО2 =0,06 (l_эф=0,161), ε_Н2О =0,06(l_эф=0,161), β =1,05.

ε_д = 0,06 + 1,0· 0,06 = 0,113

Принимая степень черноты стенок труб равной ε_ст =0,8, находим эффективную степень черноты по формуле [1; 12]:

ε_ст.эф. = (1 + ε_ст)/2 (12)

ε_ст.эф. = (1 + 0,8)/2 = 0,9

Ориентировочно определяем количество тепла, отданное дымовыми газами в предвключенном испарительном пакете по формуле [1; 12]:

Q_пр^/ = V_од ·(i^н_д – i^//_д) ·10³ (13)

где i^н_д – энтальпия при температуре дымовых газов на входе в предвключенный пакет, кДж/м³;

i^//_д - энтальпия при температуре дымовых газов на выходе в предвключенный пакет, кДж/м³.

Численное значение энтальпии определяем по рисунку 2. На входе в предвключенный пакет при t^н_д =850^оС энтальпия дымовых газов i^н_д = 1275 кДж/м³, а при t^//_д = 800^оС i^//_д = 1198 кДж/м³.

Q_пр^/ = 42,71 ·( 1275 – 1198) · 10³ = 3288670Вт

Определяем среднюю температуру стенок труб по формуле [1; 12]:

t¯_ст = t^// + ε · (Q_пр^/ / F) (14)

где ε – тепловое сопротивление на трубках, равное 0,0005-0,01(м²·С)/Вт (принимаем ε=0,005)

F – поверхность нагрева предвключенного пакета, м².

t¯_ст = 257,41 + 0,005 · (3288670/133) = 381^оС

Определяем степень черноты дымовых газов при температуре стенки труб по формуле [1; 12]:

(15)

Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формуле [1; 13]:

(16)

Суммарный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к трубам определяем по формуле [1; 13]:

α_Σ = α_к + α_изл (17)

α_Σ = 95+ 14 = 109Вт/(м²·С)

При расчете коэффициента теплопередачи можно пренебречь тепловым сопротивлением теплоотдачи к воде, пароводяной смеси и пару и рассчитать коэффициент теплопередачи по формуле [1; 13]:

К = α_Σ / (1+ ε · α_Σ) (18)

К = 109 / (1 + 0,005· 109) = 70,55Вт/(м²·^оС)

Определяем количество тепла, отданное дымовыми газами в предвключенном испарительном пакете по формуле [1; 13]:

Q_пр = (K· F· Δ¯t)/1000 (19)

Q_пр = (70,55 ·133 ·574)/1000 = 5385,9кВт

Энтальпия дымовых газов на выходе из пакета определяется по формуле [1; 13]:

t^//_д = i^н_д – (Q_пр / V_од · ζ) (20)

где ζ – коэффициент сохранения тепла (принимаем равным 0,95)

t^//_д = 1275 – (5385,9 / 42,71 ·0,95) = 1143кДж/м³

При t^//_д = 1143 кДж/м³ по рисунку 2 определяем температуру газов на выходе из предвключенного испарительного пакета: t^//_д = 778^оС. Расхождение между принятой и полученной температурой составляет [1; 14]:

(21)

что находится в пределах допустимого (δ≤5%).