Методика теплового розрахунку
Перед виконанням теплового розрахунку необхідно скласти ескіз конвективного пучка, визначити середню довжину труб в пучку lср, активну довжину lакт і проекцію активної довжини lпр (див. рис. 6.1).
Розрахунок теплообміну ведуть методом послідовних наближень.
Рекомендується наступний порядок розрахунку:
- визначають кількість труб в одному ряду Z1 = Lт/S1, отриманий
результат округлюють до найближчого цілого і, при необхідності, коригують величину поперечного кроку S1;
- знаходять площу нагріву одного ряду труб, м2:
(6.13)
- визначають площу перерізу для проходу газів, м2;
(6.14)
- визначають теплову потужність випарника Q1, кВт;
- знаходять ентальпію газів за випарником, кДж/кг;
(6.15)
потім визначають температуру газів t" по діаграмі I – t;
- обчислюють середню абсолютну температуру газів Тг;
- знаходять середню швидкість газу в пучку, м/с:
(6.16)
- визначають величини коефіцієнта тепловіддачі ак і теплопередачі k;
- розраховують величину температурного натиску Δt, °С;
- з рівняння теплопередачі визначають необхідну величину поверхні нагріву, м2:
(6.17)
і кількість рядів труб:
(6.18)
- отримане число рядів труб округлюють до найближчого цілого Z2* і
уточнюють величину поверхні нагріву:
(6.19)
Якщо величина Нк* відрізняється від Нк більше, ніж на 2 %, необхідно виконати перевірочний тепловий розрахунок і уточнити значення температури газу на виході з випарника tг''* та паропродуктивність котла Dк*.
Перевірочний тепловий розрахунок полягає в спільному рішенні рівнянь теплового балансу по газовій стороні і теплопередачі, тобто рівнянь
(6.1) і (6.2). Для цього:
- призначають три значення температури газу за випарником з кроком
50 °С; tг'' – 50, tг'', tг'' + 50, визначають відповідні їм ентальпії;
- для кожної з прийнятих температур визначають нове значення температурного натиску Δt, величина коефіцієнта теплопередачі k не перераховується;
- знаходять теплову потужність випарника по рівняннях (6.1) і (6.2), які
вирішуються графічно (рис. 6.2). В результаті рішення уточнюють значення теплової потужності Qк*, температуру газу за пучком tг''* та паропродуктивність котла по насиченій парі Dк*, кг/с:
6.20
Рис. 6.2. Графічне рішення рівнянь теплового балансу і теплопередачі
У тому випадку, якщо уточнена температура газу за випарником tг''*
відрізняється від прийнятих більш ніж на +50 °С, необхідно повторити тепловий розрахунок, включаючи повторне визначення величин Δt і k.
Початкові дані для розрахунку:
- температура газу на виході з топки, tзт, °С;
- ентальпія газу на виході з топки Ізт, кДж/кг;
-температура газу на виході з випарника tг'', °С;
- довжина топки Lт, м;
- довжини труб lср, lпр, м;
- коефіцієнт повноти обмивання поверхні ω;
- зовнішній діаметр труб d, м;
- кроки труб S1, S2, S2', м;
- питоме теплове навантаження поверхні q, кВт/м2.
Розрахунок проводиться в послідовності, приведеній в табл. 6.2.
Таблиця 6.2 | |||||
Параметр, позначення | Розм. | Формула, джерело | Результат | ||
Кількість труб у ряду Z1 | – | ||||
Площа нагріву ряду Hр | м2 | Формула (6.13) | |||
Площа живого перерізу Fг | м2 | Формула (6.14) | |||
Ефективна товщина | м | Формула (6.10) | |||
випромінюючого шару S | |||||
Теплова | потужність | кВт | Формула (6.3) | ||
випарника Qк | |||||
Ентальпія газу за випарником | кДж/кг | Формула (6.15) | |||
І'' | |||||
Температура газу за пучком | °С | Діаграма I – t по І'' | |||
tг'' | |||||
Середня температура газу tг, | °С, К | ||||
Тг | |||||
Середня швидкість ωг | м/с | Формула (6.16) | |||
Фізичні параметри газу: | м2/с | ||||
- к-т кінематичної в'язкості ν | Таблиця 6.1 | ||||
- к-т теплопровідності λ | Вт/(м2·°С) | Таблиця 6.1 | |||
критерій Прандтля Рr | – | Таблиця 6.1 | |||
Поправочні коефіцієнти Сs і | – | Див. пп.3.1 або 3.2 | |||
Сz | |||||
Коефіцієнт тепловіддачі від | Вт/(м2·°С) | Формула (6.6) або (6.7) | |||
газу до стінки труби ак | |||||
Температура | шару | К | |||
забруднень Тст | |||||
Міра чорноти потоку газів аг | – | Формула (6.9) | |||
Приведена міра чорноти апр | – | ||||
Коефіцієнт | тепловіддачі | Вт/(м2·°С) | Формула (6.8) | ||
випромінюванням ал | |||||
Коефіцієнт тепловіддачі k | Вт/(м2·°С) | Формула (6.4) | |||
Температурний натиск Δt | °С | Формула (6.12) | |||
Розрахункова | поверхня | м2 | Формула (6.17) | ||
конвективного нагріву Нк |
Продовження табл. 6.2 | ||||||
Параметр, позначення | Розм. | Формула, джерело | Результат | |||
Розрахункове число | рядів | – | Формула (6.18) | |||
труб Z2 | ||||||
Прийнята | кількість | рядів | – | Округлити Z2* до | ||
труб Z2* | найближчого цілого | |||||
Прийнята | площа поверхні | м2 | ||||
нагріву Нк* | ||||||
Розбіжність | Нк | % | ||||
При округленні Z2 у більшу сторону величина поверхні нагріву випарника Нк зросте, температура газу tг'' за ним знизиться,
паропродуктивність котла Dк і його ККД ηк зростуть. При округленні Z2 в
меншу сторону параметри котла змінюються протилежним чином. Для уточнення їх значень необхідно провести перевірочний розрахунок як вказано вище.
Після закінчення виконання розрахунку конвективного теплообміну дослідіть вплив на його показники одного з перерахованих нижче параметрів:
- поперечного кроку труб S1;
- коефіцієнта надлишку повітря α;
- коефіцієнта повноти обмивання ω;
- зовнішнього діаметру труб d.