Тепловой расчет котельного агрегата типа КВ-ТС

      Площадь для поверхностей нагрева задана.

 

      5.2.2. Определение площади для прохода продуктов сгорания в пучок

      Для этого находим среднюю высоту труб в рассматриваемом проходном  сечении конвективной поверхности  l_CP. Устройство котла ДЕ-6,5 таково, что правая стенка конвективного пучка является левой стенкой топки, т.е. средней высотой труб: l_CP =С= 2,58 м.

      Ширина  проходного сечения (В): В = 500 мм. Наружный диаметр труб (d) берём из [2]: d = 51 мм. Число труб в проходном сечении определяем как отношение длины этого сечения к поперечному шагу конвективных труб, т.е.:

 шт.

      Тогда площадь для прохода продуктов  сгорания в конвективную поверхность  нагрева определяет по формуле:

ƒ_ПР = В · l_CP – n₁ · d · l_CP

(5.3)

ƒ_ПР = 0,768*2,88-12*2,88*0,028=1,2м² 
 
 
 

5.2.3. Задание граничных температур

      Задаёмся  двумя температурами продуктов  сгорания на выходе из рассчитываемой конвективной поверхности нагрева  υ^{``</sup><sub>1</sub> и υ<sup>``}₂. Для удобства и простоты расчётов эту разницу принимаем в 100 °С. В дальнейшем для этих температур ведём два расчёта. 
 

      5.2.4. Определение средней температуры продуктов сгорания

      Находим средние температуры продуктов  сгорания для конвективной поверхности  нагрева:

;  

(5.4)

;   

      5.2.5. Определение средней скорости движения продуктов сгорания

      Определяем  среднюю скорость движения продуктов  сгорания в проходном сечении  конвективной поверхности нагрева по формуле:

  

(5.5)

Где V_Г – полный объём продуктов сгорания для рассчитываемой поверхности нагрева, таблица 2.

    

      5.2.6. Определение коэффициентов теплоотдачи конвекцией к трубам

      Сначала по найденным скоростям, типу пучка  труб и по известному способу омывания труб продуктами сгорания по рисунку 5.1 [1] находим коэффициенты теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхностям труб: α_Н⁴⁰⁰ = 140 Вт/м²К;  α_Н⁵⁰⁰ = 135 Вт/м²К; 

Тогда коэффициенты теплоотдачи конвекцией к трубам с учётом различного рода поправок, при поперечном омывании труб, определятся по формуле:

  

(5.6)

Где С_S, C_Ф, C_n2 – поправочные коэффициенты на компоновку поверхности нагрева, влияние изменения теплофизических свойств продуктов сгорания по длине поверхности нагрева, на число труб в вдоль потока продуктов сгорания. Все они определяются по номограммам изображённым на рисунке 5.1 [1]. При использовании номограмм используем следующие обозначения:

S₁, S₂ – поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева, м;

d – наружный диаметр труб поверхности нагрева, м;

σ₁ = S₁/d, σ₂ = S₂/d – относительные поперечный и продольный шаги труб в поверхности нагрева. 

σ₁ = 0,064/0,028=2,286, σ₂ =0,040/0,028=1,429 
 

;   
 

      5.2.7. Определение коэффициента теплоотдачи излучением

      Определяем  коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности труб по формуле для запылённого потока:

 

(5.7)

где α_ЛН – коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания, определяемый по рисунку 5.4 [1]. Перед его определением следует рассчитать температуру наружной поверхности загрязнений на трубах по формуле:

,

(5.8)

где t = 0,5( )=0,5(120+90)=105 ;    

Δt = 60 °С при сжигании угля.

а_Ф – степень черноты продуктов сгорания, определяемая по формуле 4.12. При расчёте а_Ф используем новую величину длины пути луча для конвективной поверхности нагрева:

(5.9)

 

Так же в формуле 4.7 используем своё парциальное  давление водяного пара для данной поверхности нагрева, взятое из таблицы 2. Вместо температуры υ^``_T в этой формуле подставляем среднюю температуру продуктов сгорания в конвективной поверхности нагрева:

; 

 

     

  

                  

                      

                                 

                         

Тогда коэффициент теплопередачи излучением будет равен:

 

      5.2.8. Определение коэффициента теплопередачи

      Рассчитываем  коэффициент теплопередачи для  конвективной поверхности нагрева:

; 

(5.10)

Где χ₁ – коэффициент тепловой эффективности, взятый из таблицы 5.1 [1].

ζ_Н – коэффициент, учитывающий неравномерность омывания продуктами сгорания конвективной поверхности нагрева. Для сложно омываемых ζ_Н = 0,95

                                        

      5.2.9. Определение среднелогарифмического температурного напора

      Находим среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями                   для конвективной поверхности нагрева, учитывая схему движения теплоносителей. Для противоточной и прямоточной схемы движения теплоносителя температурный напор определяется по формуле:

(5.11)

Где Δt_Б, Δt_М – наибольшая и наименьшая разности температур между продуктами сгорания и нагреваемой средой. Для нахождения этих разностей температур вычерчиваем условную схему движения теплоносителей для рассчитываемой поверхности нагрева, и обозначить имеющиеся температуры с их значениями. Тогда по разности температур на концах схемы находим разности температур:

       
 
 
 
 
 

5.2.10. Расчёт количества теплоты переданного к поверхности нагрева

      Определяем  по уравнению теплопередачи количество теплоты, переданного в поверхности нагрева от продуктов сгорания к нагреваемой среде:

   

      

       
 

                

                                   

         

  

      5.2.11. Построение графика определения расчётной температуры

      С использованием данных найденных теплот и заданных ранее в 5.2.3. температур сгорания строим график. Пересечение линий Q_ТП = ƒ(υ^{``</sup>) и Q<sub>Б</sub> = φ(υ<sup>``}) даёт искомую температуру продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева υ_P^``, т.е. когда Q_ТП = Q_Б. 
 
 

 

 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  5.3 Расчет второго конвективного пучка

     Расчёт ведётся аналогично.   

      5.3.1 Тепловой расчёт  конвективного пучка 

5.3.1 . Задание граничных температур

      Задаёмся  двумя температурами продуктов  сгорания на выходе из рассчитываемой конвективной поверхности нагрева υ^{``</sup><sub>1</sub> и υ<sup>``}₂. Для удобства и простоты расчётов эту разницу принимаем в 100 °С. В дальнейшем для этих температур ведём два расчёта.

      По  этим заданным температурам по таблице 3 определяем энтальпии продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева I₁^{``</sup> и I<sub>2</sub><sup>``}, и рассчитываем по уравнению теплового баланса (5.1) количество теплоты, переданное в поверхность нагрева Q_Б1 и Q_Б2.

 

      5.3.2 Определение средней температуры продуктов сгорания

 Находим средние температуры продуктов  сгорания для конвективной поверхности  нагрева по формуле 5.4:

;   

      5.3.3 . Определение средней скорости движения продуктов сгорания

      Определяем  среднюю скорость движения продуктов  сгорания в проходном сечении  конвективной поверхности нагрева по формуле 5.5:

    
 

5.3.4 Определение коэффициентов теплоотдачи конвекцией к трубам

      Сначала по найденным скоростям, типу пучка  труб и по известному способу омывания труб продуктами сгорания по рисунку 5.1 [1] находим коэффициенты теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхностям труб: α_Н²⁵⁰ = 92 Вт/м²К;  α_Н¹⁵⁰ = 87 Вт/м²К; 

Тогда коэффициенты теплоотдачи конвекцией к трубам с учётом различного рода поправок, при поперечном омывании труб, определятся по формуле 5.6:

;  . 

5.3.5 Определение коэффициента теплоотдачи излучением

      Определяем  коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к поверхности труб по формуле 5.7 для запылённого потока, так как сжигаем твёрдое топливо.

Где α_ЛН – коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания, определяемый по рисунку 5.4 [1]. Перед его определением следует рассчитать температуру наружной поверхности загрязнений на трубах по формуле 5.8

а_Ф – степень черноты продуктов сгорания, определяемая по формуле 4.11. При расчёте а_Ф используем новую величину длины пути луча для конвективной поверхности нагрева: