8. Расчет конвективных поверхностей нагрева

Целью расчета конвективных поверхностей нагрева котельного агрегата является определение температуры продуктов сгорания топлива за каждым элементом агрегата графоаналитическим методом и установление величины площади поверхностей нагрева.

8.1 Расчет первого пучка кипятильных труб (по ходу газов)

Из уравнения теплового баланса кипятильных труб определяем теплосодержание газов за кипятильными трубами , кДж/кг, а затем по диаграммеJ-t – соответствующую ему температуру газов за кипятильными трубами:

,

Теплосодержание газов за кипятильными трубами, кДж/кг:

,

где – энтальпия насыщенного пара на выходе из кипятильных труб[5], кДж/кг;

i_кв – энтальпия котловой воды, определяемая из таблиц [1] по t_кв и р, кДж/кг.

–энтальпия газов перед кипятильными трубами, кДж/кг;

–энтальпия газов после кипятильных труб, кДж/кг;

–количество воды, которое испаряется в кипятильных трубах, кг/с:

где J - энергия, необходимая для парообразования в котле, кДж/кг:

J_kт- энергия, которой не хватило на парообразование в топке, кДж/кг:

=13403,2 - (22769,99-11519,5)=2152,71 кДж/кг

0,89 кг/с

Q₅- потери теплоты в окружающую среду, кДж/кг;

По диаграмме J-t определяем по температуру газов за кипятильными трубами,= 725˚С.

Из уравнения теплопередачи определяется необходимая величина площади поверхности нагрева, м²:

где К_кт – коэффициент теплопередачи Вт/(м²·К); К_кт=30 Вт/(м²·К);[3]

Δt_ср – средний температурный напор между греющим и нагреваемым теплоносителями, С:

где ,– большая и меньшая разница температур греющего и нагреваемого теплоносителей,^оС, в зависимости от используемой схемы теплообмена в поверхности нагрева (рис. 3).

Рис. 4. Схема теплообмена в поверхностях нагрева

кипятильных труб первого пучка

(индексами 1 обозначены параметры греющего теплоносителя,

2 – нагреваемого; параметры с одним штрихом – на входе

в поверхность нагрева, с двумя штрихами – на выходе).

Кипятильные трубы набираются в соответствии с паспортом котла из стальных труб диаметром d = 51 мм, расположенных в коридорном порядке.

Количество труб в конвективном пучке, шт:

Принимаю высоту прохода дымовых газовl=1,710 м. (расстояние между барабанами 2750 мм за вычетом внутренних диаметров барабанов(1000мм) и толщины стенок (20 мм)). Количество труб первого котельного пучка принимаем ближайшим большим четным – 338 шт. В котельных пучках газы перекрёстным током омывают трубы.

Принимаю продольный шаг труб (для газохода и поперечный для котла) в кипятильных трубах 120 мм.

Количество труб по длине газохода (ширине котла), шт:

Округляем и принимаем ближайшее большее число – 24 трубы в ряд по ширине газохода.

Необходимое количество рядов труб по ширине газохода, шт:

Округляем и принимаем количество труб по ширине газохода 14 шт.

Поперечный шаг S₁ (для газохода и продольный для котла) составляет 102 мм. Тогда ширина газохода будет :

a= S₁ +=14·0,102+2·0,051=1,53

Принимаю ширину газохода первого котельного пучка равной 1,6 м.

Фактическая площадь поверхности нагрева, м²:

Превышение расчетной площади поверхности нагрева над фактической:

Фактическая площадь поверхности кипятильных труб больше расчетной менее чем на 2%, что входит в допустимый предел.

Скорость движения газов в кипятильных трубах определяют по формуле, м/с:

где t_г – средняя температура газового потока в поверхности нагрева, ^оС:

t_г=(920+725)/2=822,5 ^оС

F – живое сечение поверхности нагрева, предназначенное для прохода газов:

,

Скорость дымовых газов в кипятильных трубах входит в требуемый предел 6...14 м/с, что исключает возможность золовых отложений на трубах конвективных пакетов, ведущих к пережогу труб и повышению их износа, следовательно, оставляю ранее принятую компоновку.