РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ГАЗОХОДОВ

 

Парогенераторы типа ДКВр, КЕ и ДЕ имеют развитый конвективный пучок. Конвективная поверхность нагрева газоходов в несколько раз превосходит лучевоспринимающую поверхность топки. Дымовые газы омывают котельный пучок поперечным потоком с поворотами.

Кипятильные трубы соединяют верхний и нижний барабаны. Вода из нижнего барабана попадает в трубы, где она закипает, и пароводяная смесь движется в верхний барабан. Циркуляция в этих паровых котлах естественная и движение в циркуляционном контуре осуществляется за счёт разности плотностей воды в опускных трубах и пароводяной смеси в кипятильных трубах.

Основная доля теплоты от продуктов сгорания к поверхностям нагрева передаётся путём конвекции и меньшая её часть - лучеиспусканием (излучением). Передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пароводяной смеси через стенки труб есть сложный процесс, называемый теплопередачей.

При расчёте конвективных поверхностей нагрева используются уравнения теплопередачи и теплового баланса. Расчёт выполняется для 1 кг сжигаемого твёрдого или жидкого топлива и 1 м³ при сжигании газа.

Уравнение теплопередачи для определения теплоты, переданной от греющих газов к пароводяной смеси в кипятильных трубах, кДж/кг или кДж/м³:

Q _т = K H Δ t / B _p . (6.1)

Уравнение теплового баланса для определения отданной греющими газами теплоты при их остывании в газоходе, кДж/кг или кДж/м³:

Q _б = φ·(I' – I" +Δα· ). (6.2)

В этих уравнениях К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К); Δ t – температурный напор (среднелогарифмическая разность тмператур дымовых газов и пароводяной смеси), °С; H – расчётная поверхность нагрева газохода, м²; φ – коэффициент сохранения теплоты, учитывающий потери теплоты от наружного охлаждения; B _p - расчётный расход топлива, кг/с или м³/с; I' или I"; – энтальпии продуктов сгорания на входе и выходе газохода, кДж/кг или кДж/м³; – количество теплоты, вносимой присасываемым в газоход воздухом,кДж/кг или кДж/м³; Δα – доля присасываемого воздуха.

Для расчёта конвективных газоходов необходимо определить по чертежам и таблицам следующие конструктивные характеристики:

- площадь поверхности нагрева газохода Н (Н _I и Н _II), м²;

- диаметр труб конвективного пучка d, мм;

- компоновка поперечных труб (коридорная или шахматная);

- поперечный шаг труб S ₁, мм;σ₁ = S ₁/ d;

- продольный шаг труб S ₂, мм; σ₂= S ₂/ d;

- площадь живого сечения для прохода газов F (F _I и F _II), м²;

- число труб в ряду z ₁;

- число рядов труб по ходу газов z ₂.

Поверочный расчёт проводится с целью определения температуры дымовых газов на выходе из газохода. При этом количество теплоты, отданной продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой водой и пароводяной смесью. Для расчёта предварительно задаются двумя значениями температуры на выходе из рассчитываемого газохода. Далее при совместном решении уравнений теплопередачи и теплового баланса определяем расчётное значение температуры.

Расчёт проводится в такой последовательности:

1. Предварительно приняв два значения температуры на выходе из газохода υ˝, определяют значения Q _б и Q _т. При выборе температур υ˝для решения ориентировочно можно принять остывание продуктов сгорания на 450°С и 300°С для первого газохода. Учитывая, что температура на входе в газоход υ΄ равна температуре на выходе из топки υ˝, находят значения температуры на выходе из газохода: υ˝ = υ΄- 450; υ˝ = υ΄- 300. Полученные температуры округляют до десятков.

2. По уравнению теплового баланса определяют два значения Q _б по формуле (6.2). Энтальпии газов на выходе из газохода I' и I"; определяют по табл.3.5 при температурах υ΄ и υ˝. Присос воздуха принять по табл.3.2. Энтальпия присосанного воздуха при 30°С: = 40· .

3. Далее решают уравнение теплопередачи для двух значений υ˝. Для этого вычисляют среднюю температуру продуктов сгорания в газоходе, °С:

υ_ср = (υ΄ + υ˝)/2. (6.3)

4. Определяют температурный напор при принятых температурах:

Δ t = υ_ср – t _кип. (6.4)

При этом температуру пароводяной смеси в кипятильных трубах принять равной температуре кипения при заданном давлении в барабане котла, t _кип.

5. Подсчитывают среднюю скорость газов в газоходе, м/с:

ω_г = (B _р V _г(υ_ср+273))/(F ·273), (6.5)

где B _р – расчётный расход топлива, кг/с или м³/с; F – площадь живого сечения, м²; V _г- объём продуктов сгорания, определяется по расчётной табл.3.3 для рассчитываемого газохода; υ_ср- средняя расчётная температура газов, °С.

6. Определяют коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании коридорных пучков:

α_к = α_н· с_z · с_s · с _Ф, (6.6)

где α_н – коэффициент теплоотдачи, определяемый по рис.6.1;

с_z – поправка на число рядов труб по ходу газов z ₂; с _Ф – коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока; с_s – поправка на компоновку пучка. Все поправки определяются по рис.6.1.

7. Для определения коэффициента теплоотдачи излучением α_л определяют следующие параметры:

а) оптическая толщина излучающего слоя для рассчитываемого газохода:

kpS = (k _г· r _п + k _зл ·μ_зл) pS,(6.7)

где k _г – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, определяется так же, как и для топки, по формуле (5.10) или по рис.5.2; k _зл - коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, определяется по графику рис. 5.3; μ_зл – концентрация золовых частиц в газоходе, принимается по табл.3.3; p – давление в газоходе, для расчетов принять равным 0,1 МПа; r _п – суммарная объёмная доля трёхатомных газов (см. табл.3.3).

б) эффективная толщина излучающего слоя, м:

; (6.8)

в) степень черноты газового потока определяется по графику (рис 5.4) или подсчитывается по формуле

. (6.9)

8. Определяется коэффициент лучистой теплоотдачи, Вт/(м²·К):

для запылённого потока (при сжигании твёрдых топлив):

α_л = α_н · а; (6.10)

для незапылённых потоков (при сжигании газа и мазута):

α_л = α_н · а · с _г , (6.11)

где α_н - коэффициент теплоотдачи, определяется по номограмме

(рис.6.2); а – степень черноты потока; с _г – коэффициент, определяемый по рис.6.2.

Для сравнения α_н и с _г вычисляется температура загрязнённых стенок труб конвективного пучка, °С:

t _ст = t + Δ t, (6.12)

где t – температура чистых труб, принимается равной температуре насыщения при давлениии в барабане котла; Δ t - поправка на вид топлива, при сжигании жидких и твёрдых топлив принимается равной 60°С, при сжигании газа – равной 25 °С.

9. Подсчитывают суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м²·К):

α₁ = ξ·(α_к + α_л), (6.13)

где ξ - коэффициент неравномерности смывания поверхности тепловосприятия; для поперечно омываемых пучков принимается ξ = 1, для сложного омывания ξ = 0,95.

10. Вычисляют коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К):

К = Ψ·α₁, (6.14)

где Ψ - коэффициент тепловой эффективности, зависит от вида сжигаемого топлива и конструкции тепловоспринимающих поверхностей. При сжигании углей принимается Ψ = 0,6 – 0,7, при сжигании мазута Ψ = 0,65, при сжигании газа Ψ = 0,85.

11. Определяют количество теплоты по уравнению теплопередачи, кДж/кг или кДж/м³:

Q . (6.15)

 

Рис. 6.1. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков

 

 

Температурный напор Δ t определяют как среднелогарифмическую разность температур:

Δ t= (Δ t _б – Δ t _м)/ln(Δ t _б/Δ t _м). (6.16)

Для испарительной конвективной поверхности нагрева,°С:

. (6.17)

Рис. 6.2. Коэффициент теплоотдачи излучением

12. По принятым двум значениям и полученным двум значениям Q _б и Q _т проводится графическая интерполяция для определения уточненной температуры за газоходом. Для этого строится зависимость Q=f () (рис.6.3). Точка пересечения прямых укажет расчетную температуру. Если отличается от одного из принятых предварительных значений не более чем на 50^оС, то расчет на этом считается законченным. По полученному значению температуры необходимо определить энтальпию газов на выходе из газохода, которая потребуется для дальнейших расчетов.

Расчет второго газохода проводят так же, как и первого. При этом учитывается, что поверхность второго газохода меньше, чем первого, и разность температур на входе и выходе второго газохода будет меньше.

Рис. 6.3. Графическое определение расчетной температуры