Котельные установки

РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ГАЗОХОДАХ

ГазохОды по вИду, расположенных в них поверхносте|ищ^ева раз­деляют“ на следующие: с поверхностями, испаряющими воду, перегре­вающими пар, подогревающими ВоДу и пОдогревающими'~~воэдух. В некоторых случаях может иметь место совмещение в даннойТЕОверх - ндст-дагрева, разМещЕнной в одном газОхоДе, нескжышхлщшЕссов — подогрев и'йспарёнйе воды; испарение воды и перегрев пара и т. дГ Пе­редача теплоты от греющего к нагреваемому телу, например от газов или продуктов сгорания топлива к воде, в газоходах происходит в основном конвекцией и частично излучением.

Для расчета газохода с расположенной в нем поверхностью нагре­ва, кбторую для получения наименьших размеров обычно выполняют в виде пучка гладких или с ребрами труб, кроме объемов газов, их температур и состава, необходимы данные о размерах самого газохода (для определения скорости газов) и труб пучка.

Для определения количества теплоты, переданного поверхностям, нагрева в газоходе, МВт или ккал/ч, пользуются следующими урав­нениями: - }

При отсутствии присосов уравнением баланса теплоты

С!=*рВр{1'—1")-, (2-135)

При наличии присосов, МВт или ккал/ч,

А=<?Вр(Г - 7"1 + Да/°пр)- (2-136)

В уравнениях (2-135) и (2-136), кроме указанных выше обозначе­ний величин, введено Аа/°Пр — теплота присосанного в газоходе возду­ха; Г и I" 1 — энтальпии продуктов горения в начале и конце газохода,

Для чего задаются величиной $2, °С.

Уравнением (2-136) пользуются при расчете воздухоподогревате­лей, при высоких значениях присоса в газоходе и при отличии темпера­туры присасываемого воздуха от 30°С.

Уравнение для определения количества теплоты, переданного в' га­зоходе, МВт или ккал/ч, записывается из условий теплопередачи:

(Ъ=кНЫга. (2-137)

В уравнении:

Н — расчетная поверхность нагрева, м2;

К — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К) или ккал/(м2-ч-°С); А*™— температурный напор или разность температур между грею­щим и нагреваемым телами, °С.

Значения величины расчетной поверхности нагрева, м2, выполненной из гладких труб, определяют следующим образом: при поперечцом фмывании снаружи

//=яс^н^^об> (2-138)

При продольном омывании снаружи

Н=т1(1ъх1оъ (2-139)

При движении продуктов сгорания внутри труб

Н=лйВц210§. (2-140)

В формулах:

Е? н— наружный диаметр труб, м;

С? Вн — внутренний диаметр труб, м;

/об — обогреваемая длина труб, м;

2 — число обогреваемых труб.

При наличии наружного оребрения труб их поверхность нагрева принимается по данным заводов-изготовителей, из чертежей, каталогов и справочников [Л. 12, 13], в которых указаны, кроме поверхности, омываемой газами, и другие конструктивные характеристики.

Для трубчатых воздухоподогревателей за расчетную поверхность

Нагрева принимается величина, найденная по среднему диаметру

Труб, м:

4Р==^±^-. (2-141)

Кроме размеров труб, необходимо найти или выбрать шаги труб по ширине и глубине газохода ^ и $2, затем определить относительные шаги 01=^1/йн и 02=52/^н. Зная шаги и размеры труб, из которых вы­полнена поверхность нагрева, необходимо установить размеры газохо­да — ширину а и глубину Ь* м.

Далее следует определить сечение для прохода газов через пучок труб, иногда называемое «живым», м2, которое составит в случае:

Поперечного омывания труб снаружи

Р=аЬ—г 1 /об^н; (2-142)

При движении газов внутри труб

(2-143)

При продольном омывании пучка труб снаружи

Р — аЬ— . (2-144)

В формулах, кроме указанных ранее обозначений, г — число труб в одном ряду при поперечном омывании или общее число труб в Газохо­де при продольном.

Для ребристых и других поверхностей нагрева, выполненных из не­гладких »труб, сечения для прохода газов, воздуха и воды целесообраз­но принимать по справочной литературе, например по [Л. 12, 13], и каталогам.

Скорость газов, омывающих поверхность нагрева, м/с, при их сред­ней температуре, принимаемой равной полусумме температур в начале и конце газохода, °С,

&= (2-145)

Определяют по следующей формуле:

Фгу+щ,_ г (2.146)

3600^-273 м

Где Уг —средний объем продуктов сгорания топлива (1 кг или м3) при нормальных условиях и средней величине избытка воздуха в газоходе, который определяется по табл. 2-5 как полусумма двух значений из­бытка воздуха а для начала и конца газохода.

7—53 97

0,4 0,5 0,6 А 0,7 0.6 0,3 1,0

Мм/Мгг

Рис. 2-19. График для определения среднелогарифмической разности тем­ператур при ИЗВеСТНЫХ Д'<м, А/б И ИХ ОТНОШеНИЮ Atм/At(^.

Для пучков труб, омываемых косо направленным потоком газов, скорость газов определяется по сечению, проходящему по осям труб. При течении потока газов через пучки труб с разными сечениями для прохода газов, но с одинаковым характером омывания усреднение мож­но вести арифметически, если расхождение в величине площадей не пре­вышает 25%.

Для определения усредненной (по всей поверхности) разности тем­ператур греющей и нагреваемой сред необходимо знать взаимное на­правление их движения — противоток, прямоток, перекрестный, смешан­ный ток.

Для случаев противотока, прямотока и многократно перекрестного тока, показанных на рис. 2-9, температурный напор, °С, опреде­ляется по формуле

В формуле:

А^б — наибольшая разность температур;

AtM — наименьшая разность температур.

Для упрощения расчетов но формуле (2-147) составлен график ■(рис. 2-19), позволяющий по подсчитанным Д^б и AtM найти значение Atm. В тех случаях, когда отношение наибольшей разности к наимень­шей равно или меньше 1,7, температурный напор можно определять как среднеарифметическую величину

Дtm== %±AfM. (2-148)

Этими же формулами (2-147) и (2-148) можно пользоваться и в случае постоянства температуры одной из сред. Если темпер 4турный напор по заданным конечным температурам для прямотока Д/Прм, най­денный по формуле (2-147), равен или больше 0,92 температурного на­пора для противотока Д/Прт, найденного по той же формуле, то темпера­турный напор для всей поверхности, °С, можно определить из выра­жения

_ А*прм + А*прт (2-149)

Общий коэффициент теплопередачи для упрощения рас­чета и без больших погрешностей, Вт/(м2«К) или ккал/(м2-ч-°С), опре­деляют для плоской многослойной стенки по формуле -

(2-150)

T_+T"+TL+ir

А1 Аз Ам С*2

В формуле:

«ап—коэффициент теплоотдачи от греющей среды к стенке, Вт/(м2Х ХК) или ккал/(м2-ч-°С) ;

Аз — коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой среде, Вт/(м2-К) или ккал/(м2-ч*°С);

Б — толщина слоя загрязнений, обозначенных буквой «з», или ме­талла, обозначенного буквой «м», м;

А, — коэффициент теплопроводности каждого из слоев, Вт/(м*К) или ккал/(м-ч-°С).

Стоящие в знаменателе формулы (2-150) слагаемые называют тер­мическими сопротивлениями; наибольшими являются сопро­тивление передаче тепла от газов к стенке 1/щ и слоя загрязнений баД3. Сопротивлением металла стенки труб бм/Ям обычно пренебрегают из-за его незначительности. При нагревании воды или ее испарении коэффициент теплоотдачи от стенки к среде ог значителен, величина же 1 /«2 невелика, и ею обычно пренебрегают.

Отношение 6з/А3=е — тепловое сопротивление загрязняющего слоя — принято называть коэффициентом загрязнения; его размерность (К-м2)/Вт, °С/(ч-м2/ккал). При поперечном омывании гладкотрубных пучков величина г зависит от скорости газов, диаметра труб, их расположения, вида топлива и других факторов.

В ряде случаев вместо коэффициента загрязнения 8 в расчет вводят коэффициент тепловой эффективности, найденный при испытаниях и обозначаемый через

При определении коэффициента теплоотдачи от газов к стенке ча­сто вводят коэ ффициент о м ы в а н и я со, учитывающий неравно­мерность омывания газами поверхности нагрева и некоторые другие факторы.