Поверочный расчет фестона

В котле на выходе из топки расположен трехрядный испарительный пучок - фестон, образованный трубами бокового топочного экрана, с увеличенными поперечными и продольными шагами. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона.

Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки .

По чертежам парового котла составляем эскиз фестона, где наносим все конструктивные размеры (рис.2). И по эскизам парового котла составляем таблицу 6 конструктивных размеров и характеристик фестона.

Конструктивные размеры и характеристики фестона Таблица 6

Наименование величины	Обозна-чение	Еди-ница	Ряды фестона	Для всего фестона
Наружный диаметр труб	d	м	0,06	0,06	0,06	0,06
Количество труб в ряду	zi	-				-
Длина трубы в ряду	li	м	4,425	4,325	4,450	-
Длина проекции трубы в ряду	liпр	м	4,225	4,125	4,100	-
Шаг труб: поперечный (поперек движения газов) продольный (вдоль движения газов)	s1	м	0,24	0,24	0,24	0,24
s2	м	-	0,22	0,22	0,22
Угловой коэффициент фестона	xф	-	-	-	-
Расположение труб (шахматное, корридорное)	-	-	шахматное
Расчетная поверхность нагрева	H	м2	13,340	13,037	с	39,791
Размеры газохода:
высота	i	м	4,425	4,325	4,250	-
ширина	b	м	4,28	-	4,28	-
Площадь живого сечения для прохода газов	F	м2	14,883	-	14,254	14,470
Относительный шаг труб: поперечный (поперек движения газов)	s1/d	-
продольный (вдоль движения газов)	s2/d	-	-	3,67	3,67	3,67
Эффективная толщина излучающего слоя	Sф	м	-	-	-	0,955

Длину трубы в каждом ряду l_i определяем по осевой линии трубы с учётом её конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию барабана до точки пересечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската горизонтального газохода.Количество труб в ряду z_i определяем по эскизу, выполнив по всей ширине газохода разводку труб экрана в фестон. Поперечный шаг s₁ равен утроённому шагу заднего экрана топки, так как этот экран образует соответственно три ряда фестона. Поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольные шаги s₂^ср в целом определяем как среднее арифметическое значение, т.к поверхности нагрева рядов близки между собой. Принимаем x_ф = 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя (в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт.

По средним значениям s₁^ср и s₂^ср определяем эффективную толщину излучающего слоя фестона S_ф:

Расположение труб в пучке – шахматное, омывание газами – поперечное (угол отклонения потока от нормали не учитываем). Высоту газохода ‘ ’ определяем в плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Ширина газохода ‘b’ одинакова для всех рядов фестона, её определяем как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого боковых экранов.

Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:

Т.к. расчетная поверхность всех рядов труб близка по величине, то необходимо определить площадь живого сечения для первого и последнего ряда труб. Среднюю площадь живого сечения F_ср находим как среднее арифметическое между F₁ и F_3:

Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации, т.е. гибов в пределах фестона, м²:

Расчётная поверхность нагрева фестона определяют, как сумму поверхностей всех рядов:

На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона, поэтому при тепловом расчете фестона дополнительную поверхность экрана в области фестона суммируем с поверхностью фестона:

Дополнительную площадь экранов определим, как площадь боковых стен, покрытых экранами в газоходе фестона , и умноженную на угловой коэффициент бокового экрана :

Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона (таблица 7)

Исходные данные для поверочного теплового расчета фестонаТаблица 7

Наименование величин	Обозна-чение	Единица	Величина
Температура газов перед фестоном		oC
Энтальпия газов перед фестоном		ккал/кг (ккал/м3)
Объем газов на выходе из топки при α"т=1,1	Vг	м3/кг (м3/м3)	12,559
Объемная доля водяных паров	rH2O	-	0,122
Суммарная объемная доля трехатомных газов	rп	-	0,2474
Концентрация золы в газоходе	μзл	кг/кг	0,00003
Температура состояния насыщения при давлении в барабане	tн	oC	251,59

Ориентировочно принимают температуру газов за фестоном на 30¸100⁰С ниже, чем перед ним:

Найдем величину энтальпии газов за фестоном линейной интерполяцией по таблице 4 для ϑ_ф=1014⁰С при =1,1:

По уравнению теплового баланса теплоносителя определим тепловосприятие фестона (балансовое):

Уравнение теплопередачи для всех поверхностей нагрева записывают в следующем виде:

где k—коэффициент теплопередачи,

Dt—температурный напор,

Н—расчётная поверхность нагрева.

Найдем коэффициент теплопередачи при шахматном расположении труб в фестоне по уравнению:

где -коэффициент теплоотдачи от газов к стенке;

- коэффициент тепловой эффективности фестона;

Определим коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

где a_к- коэффициент теплоотдачи конвекцией; a_л - коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; x = 1;

Коэффициент теплоотдачи конвекциейa_копределяем по номограмме предварительно рассчитываем скорость газов в фестоне:

Рассчитаем среднюю температуру газов фестона:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конвекциейa_к:

Найдем по номограмме:

Коэффициент теплоотдачи конвекциейпри :a_н =32, ккал/(м²*ч*⁰С);

Поправку на число рядов труб по ходу газов приотносительном шаге труб(поперек движения газов) : ;

Поправку на изменение физических свойств среды при и r_H2O=0,122: ;

Поправку на компоновку трубного пучка при и приотносительном шаге труб(вдоль движения газов) : .

Определим коэффициент теплоотдачи излучением a_л

Рассчитаем степень черноты потока :

где к*р*S - суммарная оптическая толщинагазового потока (не запыленного):

, , ,

м*кгс/см² → по номограмме

Примемтемпературу загрязненной стенки фестона, необходимой для определения по номограмме коэффициента теплоотдачи:

Определим по номограммекоэффициент теплоотдачи излучением и при и :a_н=191,7 и

Определим температурный напор фестона:

Уравнение теплопередачи для фестона:

Если тепловосприятия фестона по уравнениям теплового баланса и теплопередачи отличаются более чем на 5%, то температура за фестоном задана неправильно:

Зададим новое значение температуры газов за фестоном . При этом примем, что . Из уравнения теплового баланса найдем :

Найдем новую величинутемпературы газов за фестоном линейной интерполяцией по таблице 4 для , при =1,1

Пересчитаем температурный напор фестона:

Уравнение теплопередачи для фестона:

Если тепловосприятия фестона по уравнениям теплового баланса и теплопередачи отличаются менее чем на 5%, то температура за фестоном задана правильно:

Таким образом поверочный расчет фестона закончен.