Расчет конвективных пучков

6 Расчет конвективных пучков

При расчете конвективных поверхностей нагрева используем уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняем для 1 м³ сжигаемого газа при нормальных условиях.

Расчёт первого конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2].

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитанного газохода υ^″ = 400⁰С и υ^″ = 300⁰С. Далее весь расчет ведем для двух предварительно принятых температур.

Определяем теплоту Q_б ,кДж/м³, отданную продуктами сгорания

Q_б = φ (H^′– H^″+ Δα_к * H⁰_прс) (40)

где H′ – энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, кДж/м³;

H^″ – энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м³;

Δα_к – присос воздуха в поверхность нагрева;

H⁰_прс – энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 30⁰С, кДж/м³;

φ – коэффициент сохранения теплоты.

Q⁴⁰⁰_б = 0,975 (20239–7522+0,05*399,2) =12418

Q³⁰⁰_б = 0,975 (20239–5574+0,05*399,2) =14317

Определяем расчётную температуру потока υ, ⁰С, продуктов сгорания в конвективной поверхности

 (41)

где υ′ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, ⁰С;

υ^″ – температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева ⁰С.

υ ⁴⁰⁰=(1033+ 400) / 2=716,5

υ³⁰⁰=(1033+ 300) / 2=666,5

Определяем температурный напор ∆t, ⁰С

∆t = υ – t_к  (42)

где t_к – температура охлаждающей среды, для парового котла принимаем равной температуре кипения воды при давлении в котле, ⁰С.

∆t ⁴⁰⁰ = 716,5 – 194,1 = 522,4

∆t ³⁰⁰ = 666,5 – 194,1 = 472,4

Рассчитываем среднюю скорость ω_г, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева

(43)

где В_р – расчетный расход топлива, м³/с;

F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м²;

V_г – объем продуктов сгорания на 1 м³ газообразного топлива, м³/м³;

υ – средняя расчетная температура продуктов сгорания, ⁰С.

 

 

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией α_к, Вт/(м²·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева; при поперечном омывании коридорных пучков

α_к = α_н с_zс_sс_ф (44)

где α_н – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме рис.6.1 [2] при поперечном омывании коридорных пучков, Вт/(м²·К); α_н⁴⁰⁰=95, α_н³⁰⁰= 91;

с_z – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; с_z⁴⁰⁰=1, с_z3⁰⁰=1;

с_s – поправка на компоновку пучка; с_s⁴⁰⁰=1, с_s³⁰⁰=1;

с_ф – коэффициент, учитывающий влияние измерения физических параметров потока; с_ф⁴⁰⁰=1,09, с_ф³⁰⁰=1,11.

α⁵⁰⁰_к=95*1*1*1,09=103,5

α⁴⁰⁰_к=91*1*1*1,11=101

Вычисляем степень черноты газового потока. При этом вычисляем суммарную оптическую толщину

kрs = ( k_г r_п) ps (45)

где k_г – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;

р – давление в газоходе, МПа; для котлов без наддува принимаем равным 0,1.

 

Определяем толщину излучающего слоя s,м, для гладкотрубных пучков

s = (46)

s =

kрs ⁴⁰⁰ =34,69*0,253* 0,1*0,177=0,155

kрs ³⁰⁰ =35,59*0,253*0,1*0,177=0,159

Определяем коэффициент теплоотдачи α_л, Вт/(м²·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева для незапыленного потока при сжигании газообразного топлива

α_л =α_н а с_г (47)

где α_н – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К), определяем по номограмме на рис.6.4 [2];

а – степень черноты;

с_г – коэффициент, определяем по рис.6.4 [2].

Для определения α_н и коэффициент с_г определяем температуру t_з, ⁰С, загрязненной стенки

t_з = t+ ∆t (48)

где t – средняя температура окружающей среды, ⁰С; для паровых котлов принимаем равной температуре насыщения при давлении в котле;

∆t – при сжигании газообразного топлива принимаем равной 25⁰С.

t_з = 194,1 + 25 = 219,1

α⁴⁰⁰_н =45; α³⁰⁰_н =33

а⁴⁰⁰ = 0,14; а³⁰⁰ = 0,15

с_г⁴⁰⁰ = 0,98; с_г³⁰⁰ = 0,93

α_л⁴⁰⁰ =45*0,14*0,98 = 6,4

α_л ³⁰⁰ =33*0,15*0,93 = 4,7

Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи α₁, Вт/(м²·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева

α₁ = ξ (α_к+ α_л) (49)

где ξ – коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее продуктами сгорания, частичного протекания продуктов сгорания мимо нее и образования застойных зон; для поперечно омываемых пучков принимаем равным 1.

α₁⁴⁰⁰ =1(103,5+6,4)=109,9

α₁³⁰⁰ =1(101+4,7)=105,7

Вычисляем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К)

К = α₁ ψ (50)

где ψ – коэффициент тепловой эффективности, определяемый из табл.6.2 [2]; принимаем равным 0,85.

К⁴⁰⁰ = 0,85*109,9 = 93,5

К³⁰⁰ = 0,85*105,7 = 89,8

Определяем количество теплоты Q_т, кДж/м³, воспринятое поверхностью нагрева

(51)

где Δt – температурный напор, ⁰С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева

(52)

 

 

По принятым двум значениям температуры υ′ и υ^″ полученным двум значениям Q_б и Q_т производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура υ^″ на выходе из первого конвективного пучка равна 370⁰С.

Расчет второго конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2] аналогично первому конвективному пучку.

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитанного газохода υ″ =300⁰С и υ″ =200⁰С. Далее весь расчет ведем для двух принятых температур.

Определяем теплоту Q_б ,кДж/м³, отданную продуктами сгорания по формуле

Q_б= φ (H^′– H^″+ Δα_к * H⁰_прс)

Q³⁰⁰_б = 0,975 (7422–3945+0,1*399,2) =3897

Q²⁰⁰_б = 0,975 (7422–5980+0,1*399,2) =1912

Определяем расчётную температуру потока υ, ⁰С, продуктов сгорания в конвективной поверхности по формуле

υ ³⁰⁰=(370+ 300) / 2=335

υ ²⁰⁰=(370+200) / 2=285

Определяем температурный напор ∆t, ⁰С, по формуле (42)

∆t = υ – t_к

∆t ³⁰⁰ = 335 – 194,1 = 140,9

∆t ²⁰⁰ = 285 – 194,1 = 90,9

Рассчитываем среднюю скорость ω_г, м/с, продуктов сгорания в поверхности нагрева по формуле

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией α_к, Вт/(м²·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева; при поперечном омывании коридорных пучков по формуле

α_к = α_н с_zс_sс_ф

α_н³⁰⁰=73, α_н²⁰⁰= 68

с_z³⁰⁰=1, с_z²⁰⁰=1

с_s³⁰⁰=1, с_s²⁰⁰=1

с_ф³⁰⁰=1,11, с_ф²⁰⁰=1,15

α³⁰⁰_к=73*1*1*1,11=81

α³⁰⁰_к=68*1*1*1,15=78,2

Вычисляем степень черноты газового потока. При этом вычисляем суммарную оптическую толщину по формуле

kрs = ( k_г r_п) ps

 

Определяем толщину излучающего слоя s, м, для гладкотрубных пучков по формуле

s = 

s =

kрs ³⁰⁰ =40,6*0,236* 0,1*0,177=0,17

kрs ²⁰⁰ =42,5*0,236*0,1*0,177=0,18

Определяем коэффициент теплоотдачи α_л, Вт/(м²·К), учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева для

незапыленного потока при сжигании газообразного топлива по формуле (47)

α_л =α_н а с_г

Для определения α_н и коэффициент с_г определяем температуру t_з, ⁰С, загрязненной стенки по формуле

t_з = t+ ∆t

t_з = 194,1 + 25 = 219,1

α³⁰⁰_н =33; α²⁰⁰_н =26

а³⁰⁰ = 0,14; а²⁰⁰ = 0,15

с_г³⁰⁰ = 0,94; с_г²⁰⁰ = 0,9

α_л⁴⁰⁰ =67*0, 14*0,94 = 4,5

α_л ²⁰⁰ =59*0,15*0,9 =3,6

Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи α₁, Вт/(м²·К), от продуктов сгорания к поверхности нагрева по формуле

α₁ = ξ (α_к+ α_л)

α₁³⁰⁰ =1(81+4,5)=85,5

α₁²⁰⁰ =1(78,2+3,6)=81,7

Вычисляем коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К), по формуле

К = α₁ ψ

К³⁰⁰ = 0,85*85,5 = 72,7

К³⁰⁰ = 0,85*81,7 = 69,5

Определяем количество теплоты Q_т, кДж/м³, воспринятое поверхностью нагрева по формуле

где Δt – температурный напор, ⁰С, определяемый для испарительной конвективной поверхности нагрева, определяемый по формуле

 

 

 

По принятым двум значениям температуры υ′ и υ^″ полученным двум значениям Q_б и Q_т производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Температура υ^″ на выходе из второго конвективного пучка равна 274.