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.