ОГРАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПО ТОЛЩИНЕ ПЛОСКИХ И ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОГРАЖДЕНИЙ

Для расчета распределения температуры по толщине ограждения, состоящего из отдельных слоев, необходимо знать тепловой поток, проходящий через принятую кон­

/ л ш

Струкцшо стенки. Конструкции ограждений бывают раз­личные:

1. Простые, состоящие из последовательно располо­женных слоев одинаковой толщины, перпендикулярных тепловому потоку (рис. 9-15).

2. Сложные, состоящие из отдельных участков, вы­полненных нз различных материалов и расположенных параллельно тепловому потоку (рис. 9-16).

3. С теплопроводными включеннями в виде металли­ческих ребер, штырей н т. д.

Простая обмуровка с последовательным расположением слоев

Последовательное расположение слоев имеет наи­большее распространение в обмуровке современных кот­лов. Тепловой поток, отнесенный к единице поверхности обмуровки плоской стенки, определяется из формулы

9=isl(9"17)

Где /плі — средняя температура на внутренней поверхно­сти, °С; tv—температура окружающего воздуха, °С;

— суммарное термическое сопротивление обмуровки и сопротивление переходу теплоты от наружной стенки к воздуху.

В общем виде суммарное термическое сопротивление равно:

П

= + + У.-І - + —, (9-18)

К «в

1

Где Я, = 6,/Х,; Я2=б2Д2; Яз=6з/Яз; я В=l/aD; бп — тол­щина отдельных слоев обмуровки, м; Хїі — коэффициент теплопроводности каждого слоя при средней температу­ре его, ккал/(м-ч-°С); ав — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности обмуровки к воздуху, ккал/(чХ Хм2-°С).

Так как тепловой поток последовательно проходит через все слон обмуровки, то можно написать:

Q__ H tj __ — __ H U __ Ui (9-19)

Ri /?г Ra Rb

Зная тепловой поток, из уравнения (9-17) можно определить температуру на плоскостях соприкосновения двух соседних слоев:

K = tn-qRn, (9-20)

Или

<и =+ qR„,

Где tn — температура наружной поверхности обмуровки. Параллельное расположение слоев (сложная обмуровка)

Точный расчет стенки, показанной на рис. 9-16, сло­жен, поэтому для практических целей используют при­ближенные способы расчетов с принятым допущением о постоянстве температуры на внутренней и внешней по­верхностях стенки. При этом допущении сложная стен­ка может быть рассчитана двумя способами [9-5]:

I способ. В стенке выделяют участок и делят его на слои, параллельные тепловому потоку: 1,2 3 н т. д. Пло­щадь рассматриваемой стенки равна сумме площадей участков, иа которые разделена стенка:

ZfW.-f F, + ... + Fn.

Полное количество теплоты, проходящее через стен­ку, равно сумме потоков теплоты, проходящих через па­раллельные слои:

Q = Qi + Q* + Qs + - + 0„.

Обозначив термическое сопротивление каждого па­раллельного слоя через Ru Rz, Ri и Rn, равенство пото­ков теплоты можно выразить следующим образом:

'l 's vr 'l----- 'а СІ 'і 'я с, і ^ Г

Где R*—среднее термическое сопротивление всей стеики.

Сократив в последнем равенстве разность температур, получим:

IL = Л + 1*. + Л. —

R* К, R, R-j "" R„ ZA R ' откуда среднее термическое сопротивление всей стенки

П

2'

R* =- ------------- . (9-21)

R

У -

ZJ R

II способ. Выделенный участок стенки делят иа слои, перпендикулярные потоку теплоты: /, //, III и т. д. (рис. 9-16).

Для каждого слоя определяют его термическое сопро­тивление:

Для первого слоя

R, = 8/V.

Для второго слоя

IF = F, | F, fa ^

Кп к? Лз

Где —термические сопротивления участков,

Которые соответствуют площадям Ft. F2 н F3 в слое II, перпендикулярном потоку теплоты;

Для третьего слоя

=Л. + Л - -) f3 /?„, /?2

Полное сопротивление участка при таком делении стеики

R** = R, + R„ + /?,„. (9-22)

Как показывают исследования, значения R* и R** оказываются крайними; истинное значение термического сопротивления стенки R находится между ними:

R*<R<R**.

Так как R** лежит ближе к истинному значению, то для расчета рекомендуется принимать не среднее ариф­метическое, а среднее параболическое между R* и R**:

R = R* . (9-23)

Расчет сложной стеики применяется для ограждений, состоящих нз огнеупорного и диатомового кирпича с на­ружным изоляционным слоем. Кирпичи в этих конструк­циях уложены в перевязку и образуют участки с различ­ными термическими сопротивлениями. Среднее значение теплового потока для сложной стенки определяется по формуле

_ tl — tB q R+Rв

По значению q можно. определить примерное распре­деление температуры по слоям отдельных участков.

При тепловом расчете обмуровки встречаются две за­дачи:

1. По заданным t н /в и потерям теплоты <7зад необхо­димо сконструировать ограждение котла при условии, что наружная температура ограждения tu не должна превосходить нормированного значения.

2. По заданным tx и /в; 26=бі+б2+необходи­мо произвести поверочный расчет обмуровки и опреде­лить температуру иа ее наружной поверхности н потери теплоты q.

При решении первой задачи вначале проверяется вы­полнение условия

Q = ab(tu — /Kftew

Где коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к воздуху aB—f(tu). По значению 0зад определяют необ­ходимое термическое сопротивление R — —— само-

— hi

Го ограждения, по значению которого подбирают терми­ческие сопротивления отдельных слоев с учетом темпера­туры, допустимой для материалов каждого слоя - R =

Для поверочного расчета задаются средними темпе­ратурами отдельных слоев и наружной температурой, определяют Хі, Х2, Хз и т. д.- и ав.

Далее подсчитывают полное сопротивление

И тепловой поток

' XR

По значению теплового потока определяют температу­ры между отдельными СЛОЯМИ и, із,..., tn и уточняют /.],
?.2,... и t„, после чего расчеты повторяют снова до по­лучения результатов, которые совпали бы с значениями, принятыми предварительно, с точностью 5—10%.

Расчет цилиндрических ограждений

Цилиндрические газоходы с обмуровкой обычно вы­полняются для отбора газов нз топок и конвективных газоходов, для сушки влаж­ных топлнв и рециркуляции газов. Если диаметр этих газоходов более 2 м, то по­тери теплоты и распределе­ние температур по толщине их ограждений можно опре­делять по формулам для плоских стенок.

Для цилиндрических ограждений (рис. 9-17) по­терн теплоты обычно опреде­ляют на 1 м длины по фор­муле [7-12]

(9-24)

Ri вн я/Е

Где tCp, to—температура среды внутри газохода п на­ружного воздуха, °С; Ribн, Rib — термические сопротив­ления переходу теплоты от внутренней среды к стеике и

П

От стенки к наружному воздуху; ^Ri —сумма термиче-

1

Ских сопротивлений сложной цилиндрической стенки, каждое из сопротивлений и их сумма отнесены кім длины.

Значения этих термических сопротивлений находят из следующих выражений:

Рис. 9-17. Цилиндрические огра­ждения.

Івн — n t

JlVBK KflH

" 2тЛ„ D„_J

Где аш, и Ив — коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке внутри газохода н от стенки к наружному возду­ху; Я.2, ...Дп — коэффициенты теплопроводности соот­ветствующих слоев ограждения. Распределение темпера­тур в ограждении определяется следующими соотноше­ниями, °С;

На внутренней поверхности газохода

Ti = tcp-4,Rm. (S-28)

На наружной поверхности ограждения

/вд, = /сі.-0і(2Лі + Ліш); (9-29) между отдельными слоями

4 t3 = t2 — 9, Rn (9-30)

И т. д.

Определение потерь теплоты I м2 наружной поверх­ности производится по формуле

Коэффициент теплоотдачи от стеики к воздуху мож­но с достаточной точностью принимать таким же, как и для плоской стенки, так как при больших внешних ци­линдрических газоходах их диаметр мало влияет на ко­эффициент теплоотдачи.