5.Тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева.

5.1. Общие положения расчета.

Расчет конвективных поверхностей нагрева выполняют только поверочный, так как все котлы данного типоразмера выпускаются с одинаковой котельной поверхностью нагрева. Поэтому, цель расчета этих поверхностей нагрева заключается в определении температуры дымовых газов на выходе из них.

Особенность расчета конвективных поверхностей состоит в том, что в уравнении теплового баланса можно подсчитать только количество тепла, отданного дымовыми газами, и нет возможности подсчитать количество тепла, воспринятое обогреваемой средой, т. е. нельзя составить уравнение тепловосприятия обогреваемой среды. Поэтому, при расчете этих поверхностей нагрева параллельно определяют ко­личество тепла переданного от дымовых газов к воде, пару или воз- духу по уравнениям теплового баланса и теплопередачи, предварительно задаваясь температурой дымовых газов за поверхностью нагрева.При правильном предварительном выборе этой температуры коли­чества тепла, определенные по обоим уравнениям должны совпасть. При неправильном ее выборе этого не получится и расчет поверхнос­ти нагрева выполняется повторно при новом значении предварительно I выбранной температуры дымовых газов за поверхностью нагрева. Рас­чет считается законченным, если расхождение между количеством пе­реданного тепла, определенным по обоим уравнениям, не превышает 2% при расчете котельных пучков.

Если температура дымовых газов при первом расчете была выбра­на неправильно, то при втором расчете целесообразно выбрать ее так,

37

чтобы она отличалась от температуры, принятой при первом расчете,

не более, чем на + - 50 С, так как в этом случае можно не пересчиты­вать коэффициент теплопередачи ввиду малого его изменения. Следует только пересчитывать значение температурного напора и решить урав­нение теплового баланса и теплопередачи. Если и после второго рас­чета расхождения между значениями количества тепла, определенными по уравнениям теплового баланса и теплопередачи окажется выше 2%, весь расчет необходимо повторить с выбором другой температуры и определением коэффициента теплопередачи и температурного напора. Окончательными значениями температуры и тепловосприятия являются те, которые вошли в уравнение теплового баланса.

Тепловой расчет пароперегревателя выполняется конструкторс­ким - проверяется соответствие его поверхности для получения перегретого пара заданных параметров при сжигании заданного вида топлива. При этом, расчет пароперегревателя считается законченным, если расхождение между проектным значением поверхности нагрева и получаемым в результате расчета не превышает - 2%. В противном случае следует уточнить значение удельной тепловой нагрузки паро­перегревателя в соответствии с рекомендациями нормативного метода теплового расчета котлоагрегатов.

5.2. Тепловой расчет пароперегревателя.

Тепловой расчет пароперегревателя обычно выполняют конструкторский, так как поверхность нагрева, необходимая для перегрева до заданной температуры данного количества пара, в значительной мере зависит от характеристик сжигаемого топлива.

Предварительно по чертежу котлоагрегата составляется эскиз пароперегревателя и его принципиальная схема включения. Масштаб эскиза 1:50 и 1:100 в зависимости от производительности котла.

По чертежам котлоагрегата определяются необходимые для теплового расчета конструктивные характеристики пароперегревателя и представляются в виде таблицы 5.1.

Таблица 5.1.

Конструктивные характеристики пароперегревателя.

Наименование величин		Обозначение	Единицы измерения	Числовые значение
Диаметр трубы и толщина стенки			мм	32
Число змеевиков, включенных параллльно по пару			шт	16
Число труб в ряду (поперек газохода)			шт	16
Число рядов (труб) по ходу газа			шт	4
Шаг труб	Продольный		мм	75
	Поперечный			68,5
Относительный продольный шаг				2,34375
Относительный поперечный шаг				2,140625
Расположение труб		коридорное
Характер омывания		поперечный
Размеры газохода	высота		м	2,75
	ширина		м	1,111
Сечение для прохода газов			м2	2,486418
Живое сечение для прохода пара			м2	0,012868
Эффективная толщина излучающего слоя			м	0,137145
Общая поверхность нагрева (по чертежам)			м2	17

Расчет пароперегревателя начинают с составления уравнения:

; (5.1)

- суммарное тепловосприятие перегревателя, кДж/кг;

- паропроизводительность котлоагрегата, кг/с;

- энтальпии насыщенного (определяется по таблицам водяного пара в зависимости от заданного в условии к курсовому проекту давления перегретого пара, причем используется абсолютное давление пара) и перегретого пара (определяется с помощью таблиц насыщения водяного пара по заданной в условии к курсовому проекту температуре перегретого пара), кДж/кг;

- коэффициент сохранения тепла;

39

- энтальпии дымовых газов на входе в пароперегреватель и на выходе из него, кДж/кг;

- теплосодержание воздуха, присосанного в газоход, кДж/кг.

Так как, в пароперегреватель идут дымовые газы из топки, то энтальпия дымовых газов на выходе из топки, т.е. .

По левой части уравнения (5.1) определяется , а из правой- энтальпия дымовых газов за пароперегревателем:

(5.2)

Затем, с помощью диаграммы находится температура дымовых газов за пароперегревателем.

Усредненная температура дымовых газов в пароперегревателе подсчитывается по формуле:

; (5.3) где - температура дымовых газов на входе в пароперегреватель равна температуре дымовых газов на выходе из топки.

Средний температурный напор греющей (дымовых газов) и нагреваемой (пара) сред находится выражением:

, (5.4)

Средняя скорость пара в пароперегревателе находится по формуле:

, (5.5) где - удельный объем перегретого пара, который определяется по таблицам насыщения водяного пара при , м³/кг;

- площадь сечения пароперегревателя для прохода пара (таблица 5.1)

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к перегретому пару могут быть найдены по формуле:

; (5.6) или по номограмме «Для определения коэффициента теплоотдачи при продольном омывании труб для перегретого пара».

40

В формуле (5.6) :

- коэффициент теплопроводности пара, Вт/м*К;

- коэффициент кинематической вязкости пара, м²/с;

- число Прандтля для пара.

Параметры принимаются для усредненной температуры пара в пароперегревателе.

Усредненная скорость дымовых газов в пучке труб пароперегревателя определяется по формуле:

, (5.7)

В качестве поперечного сечения принимается сечение, перегороженное трубами (живое сечение), так, что площадь поперечного сечения определяется по формуле:

(5.8) (5.8) где - размер газохода в направлении труб, м;

- размер газохода поперек труб, м;

- число труб, перегораживающих сечение газохода в одном ряду;

- наружный диаметр труб, м;

Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к поверхности труб пароперегревателя при коридорном расположении труб находится по формуле:

; (5.9) где - поправка на число поперечных рядов труб по ходу газа (определяется графически);

- число рядов труб;

- поправка, учитывающая влияние на коэффициент теплоотдачи состава дымовых газов и их температуры, определяется по графику;

- коэффициент теплопроводности дымовых газов, Вт/м*К;

- кинематический коэффициент вязкости дымовых газов, м²/с;

41

- критерий Прандтля, для дымовых газов.

Параметры и критерии определяются по приложениям.

Уточняется значение по номограмме.

Эффективная толщина излучающего слоя при излучении ограниченного со всех сторон газового объема на ограждающие поверхности определяется по формуле:

(5.10)

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами находится таким образом:

(5.11) и уточняется по номограмме.

Затем, определить силу поглощения газового потока трехатомными газами:

(5.12)

Степень черноты запыленного потока находится по формуле:

(5.13) и уточнить по графику.

Экономичность и надежность работы котлоагрегата зависит от степени загрязнения поверхности нагрева, снижаясь по мере роста золовых отложений. По рекомендации нормативного метода теплового расчета котлоагрегата ориентировочно принимают для коридорных пароперегревателей при сжигании твердого и газообразного топлива .

Температура наружной поверхности загрязненных труб находится по формуле:

(5.14) где - проектная величина поверхности нагрева пароперегревателя не известна, то при расчете температуры необходимо ориентировочно задаться величиной удельной тепловой нагрузки пароперегревателя:

42

Нормативный метод расчета котлоагрегатов рекомендует для пароперегревателей принимать тепловую нагрузку в зависимости от температуры дымовых газов на вход в пароперегреватель:

при
при
при

Т.е. в пределах (20-30) кВт/м².

Значение коэффициента омывания или степень заполнения газохода для большинства существующих конструкций составляет 0,9-1.

Отдача тепла дымовыми газами стенке трубы происходит как чистой конвекцией, так и излучением, при высокой температуре дымовых газов излучение оказывает заметное влияние на процесс передачи тепла в пароперегревателе.

Коэффициент теплоотдачи излучением незапыленного потока определяется по графику, на основании которого:

где находится по графику в зависимости от средней температуры дымовых газов и температуры наружной поверхности труб,

- степень черноты газового потока;

- поправочный коэффициент, зависящий от температур газового потока и стенки, определяется по графику.

Общий коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубы определяется путем суммирования коэффициентов теплоотдачи конвекцией и излучением и выражается формулой:

(5.15)

В пароперегревателях величина довольно заметно влияет на коэффициент теплоотдачи и формула для его определения имеет вид:

(5.16)

43

Искомая в расчете величина поверхности нагрева определяется из

уравнения теплоотдачи в пароперегревателе и выражпется формулой:

(5.17)

Результаты теплового расчета пароперегревателя сводятся в таблицу 5.2.

44

Таблица 5.2.

Тепловой расчет пароперегревателя.

Наименование рассчитываемой величины	Обозначение	Единицы измерения	Расчетная формула, расчет	Результаты
Тепловосприятие пароперегревателя		кДж/кг
Энтальпия дымовых газов за пароперегревателем		кДж/кг
Температура дымовых газов за пароперегревателем		°С	таблица
Средняя температура дымовых газов		°С
Средняя температура пара в пароперегревателе		°С
Средний температурный напор в пароперегревателе		°С
Удельный объем пара в пароперегревателе при средней температуре		м3/кг	Таблицы водяного пара
Средняя скорость пара в пароперегревателе		м/с
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к пару		Вт/м2*К
Средняя скорость дымовых газов в пароперегревателе		м/с
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к стенке		Вт/м2*К
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов	-	бар.м
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
Сила поглощения газового потока
Степень черноты газового потока
Коэффициент загрязнения труб		м2*К/Вт	Рекомендации
Температура наружной поверхности труб		°С
Коэффициент теплоотдачи излучением незапыленного потока		Вт/м2*К
Коэффициент омывания пароперегревателя дымовыми газами			Рекомендации
Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы		Вт/м2*К
Коэффициент теплоотдачи в пароперегревателе		Вт/м2*К
Поверхность нагрева пароперегревателя		м2
Невязка поверхности нагрева пароперегревателя	-	%

После завершения расчета пароперегревателя необходимо проверить точность определения поверхности нагрева. Если невязка расчета не превышает 2%, расчет считается законченным. В противном случае его следует повторить, изменив температуру газов; величина температурного напора во всех случаях пересчитывается. Кроме того, необходимо на отдельном листе представить график изменения температур горячей среды (дымовых газов) и нагреваемой ( пара) вдоль поверхности нагрева пароперегревателя с указанием конкретных значений температур сред на входе в пароперегреватель и на выходе из него.

47