5.4. Расчет конвективных поверхностей нагрева

5.4.1. Расчет конвективных пучков котла

Перед началом расчета конвективного пучка по чертежам и техническим характеристикам, приведенным выше необходимо определить следующие конструктивные характеристики: площадь поверхности нагрева; поперечный шаг труб S₁ (в поперечном направлении по отношению к потоку (рис. 5.5); продольный шаг труб S₂ (в продольном направлении по отношению к потоку (рис. 5.5); диаметр труб d; число труб, расположенных поперек ходу газов n₁; число труб, расположенных по ходу газов n₂; площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания.

n₂

Продукты

сгорания

B_п.с.

d

S₂

Рис. 5.5. Расчетная схема конвективного пучка:

B_п.с. – ширина проходного сечения; l_ср – длина проходного сечения

Определяется относительный поперечный и относительный продольный шаг труб,

; . (5.61)

Площадь живого сечения, м², для прохода продуктов сгорания,

, (5.62)

где – ширина проходного сечения, м; – длина проходного сечения, м; – число труб в поперечном сечении газохода.

Далее необходимо ориентировочно задаться двумя значениями температур на выходе из данной поверхности нагрева , . Разница между этими температурами может быть любая, но для удобства и простоты расчетов эту разницу обычно принимают в 100 или 50 ^оС. В дальнейшем весь расчет конвективного пучка ведется для этих двух заданных температур, т.е. одновременно ведется два расчета. При этом температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева принимается равной температуре газов на выходе на выходе из предыдущей поверхности нагрева. Таким образом, температура продуктов сгорания на входе в первый конвективный пучок равна температуре газов на выходе из топки .

Определяются средние температуры продуктов сгорания для конвективной поверхности нагрева, ^оС,

, , (5.63)

где – температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, С.

Средние скорости движения продуктов сгорания, м/с, в проходном сечении конвективной поверхности нагрева,

, , (5.64)

где  полный объем продуктов сгорания для рассчитываемой поверхности нагрева, м³/кг или м³/м³, принимаемый из табл. 5.7;  расчетный расход топлива, кг/с или м³/с, см. формулу (5.34).

Определяются коэффициенты теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м²∙С),

, , (5.65)

где ,  коэффициенты теплоотдачи, определяемые по номограмме: при поперечном омывании коридорных пучков – по рис. 5.6; при поперечном омывании шахматных пучков – по рис. 5.7;  поправочный коэффициент на компоновку пучка, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков – по рис. 5.6; при поперечном омывании шахматных пучков – по рис. 5.7;  коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков – по рис. 5.6; при поперечном омывании шахматных пучков – по рис. 5.7;  поправочный коэффициент на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется: при поперечном омывании коридорных пучков – по рис. 5.6; при поперечном омывании шахматных пучков – по рис. 5.7.

Рассчитывается температура наружной поверхности загрязнений на трубах, ^оС,

, (5.66)

где  для паровых котлов (температура воды, ^оС, определяемая по давлению в котле по табл. 5.12);  для водогрейных котлов, ^оС, (см. формулу 5.31);  перепад температуры в слое загрязнений, ^оС, (при сжигании твердого и жидкого топлива можно принимать = 60 ^оС, при сжигании газа  = 25 ^оС).

Вычисляется толщина излучающего слоя, м, для гладкотрубных пучков,

. (5.67)

Рис. 5.6. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании

гладкотрубного коридорного пучка

Рис. 5.7. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании

гладкотрубного шахматного пучка

Далее, для обеих средних температур продуктов сгорания в конвективной поверхности нагрева и , необходимо заново рассчитать формулы (5.42) – (5.51), при этом все данные в формулы подставляются для конвективного пучка:

. (5.68)

. (5.69)

При сжигании природного газа в формуле (5.69) необходимо вместо величины подставить произведение .

. (5.70)

– для жидкого и газообразного топлива

(5.71)

– для твердого топлива

. (5.72)

. (5.73)

. (5.74)

– для твердого топлива

. (5.75)

– для жидкого и газообразного топлива

. (5.76)

Вычисляется коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности труб, Вт/(м²∙С):

– для запыленного потока (при сжигании твердого топлива)

, , (5.77)

– для незапыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива)

, , (5.78)

где  коэффициент теплоотдачи излучением, определяемый по рис. 5.8;  коэффициент, определяемый по рис. 5.8.

Рис. 5.8. Коэффициент теплоотдачи излучением

Рассчитывают коэффициент теплопередачи для конвективной поверхности нагрева, Вт/(м²∙ºС),

; , (5.79)

где  коэффициент, учитывающий неравномерность омывания продуктами сгорания конвективной поверхности нагрева (для поперечно омываемых пучков труб = 1, для сложно омываемых  = 0,95);  коэффициент тепловой эффективности, определяемый по табл. 5.16.

Таблица 5.16