РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ПАРОВЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРОВ
Конвективные поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды. В паровых котлах - это кипятильные трубы, расположенные в газоходах, трубы пароперегревателя и водяного экономайзера, а в водогрейных котлах - трубы фестона и конвективного пучка (шахты).
Продукты сгорания, проходя по газовому тракту котла, передают теплоту наружной поверхности труб за счет конвекции и лучеиспускания, затем это же количество теплоты проходит через металлическую стенку, после чего теплота от внутренней поверхности труб передается воде и пару. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности теплопередачи - передачи теплоты от продуктов сгорания к воде и пару через разделяющую стенку.
При расчете используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчет выполняется для 1 кг жидкого топлива или 1 м газа при нормальных условиях. Для парового котельного агрегата расчет выполняется для каждого (или общего) газохода, а в водогрейном котле - вначале для фестона, а затем для конвективного пучка шахты в следующей последовательности.
1. Определяют конструктивные характеристики (по табл. П1, П2 или чертежам): площади поверхности нагрева, живое сечение для прохода газов, шаг труб и рядов, диаметр труб и др.
2. Предварительно, если известно по паспортным характеристикам котла (табл. П2 и 8.20 [12]), принимают значение температуры топочных газов после рассчитываемой поверхности нагрева. Если таких данных нет, то согласно условиям работы котла, задают произвольно два значения температур топочных газов 31 и 3'', которые вероятнее всего могут оказаться после рассчитываемой поверхности нагрева, а расчеты вести параллельно. Например, после второго газохода парового котла (ДКВР или ДЕ) можно задать = 200 °С и 3' = 250 °С.
3. Согласно уравнению теплового баланса, определяют количество теплоты Q6, передаваемое от продуктов сгорания к теплоносителю через конвективную поверхность нагрева, а именно: в кипятильном пучке парового котла - QK, в фестоне - Qф, в конвективном пучке или шахте водогрейного котла - Qm. Затем вычисляют среднюю температуру воды (для водогрейного котла), средний температурный напор Лї и подсчитывают среднюю скорость продуктов сгорания.
4. По номограммам (рис. П6 - П8) графоаналитическим методом определяют коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, после чего вычисляют коэффициент теплопередачи и тепловосприя - тие поверхностью нагрева - Qt.
5. Если полученные из уравнения теплообмена значения тепловосприятия Qt отличаются от определенного по уравнению баланса Q6 (Q^ Qф или Qm), т. е. при невязке расчета Л менее 2 %, расчет поверхности нагрева считается законченным, а предварительно заданное значение температуры на выходе из конвективной поверхности нагрева (газохода, фестона, шахты) и является истинной температурой для расчета последующих поверхностей нагрева.
При расхождении значений Qt и Q6 (Qt и Q^ Qt и Qф, Qt и Qm), т. е. при невязке расчета Л более 2 % (что встречается чаще всего), задают новое значение температуры газов за поверхностью нагрева, причем температуру принимают в большую сторону при плюсовой (+) невязке и в меньшую сторону при минусовой (-) невязке, и вновь повторяют расчет.
6. Для ускорения расчета возможно использование графо-аналитического метода, приведенного на рис. П2. Графическую интерполяцию производят для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева по принятым предварительно двум значениям температур — и -2 и полученным по результатам расчета двум значениям Qt и Q6 (Qt и QK, Qt и Qф, Qt и Q^.
Для этого на миллиметровой бумаге выстраивают четыре точки Qt = f ( - J, Э 2 ) и Q6 = f ( —, Э 2 ), которые имеют вид, показанный на рис. П2. Точка пересечения прямых линий Qt и Q6 укажет истинную или расчетную температуру топочных дымовых газов за поверхностью нагрева - Э р. Причем, если Э р
Отличается от одного из принятых предварительно значений и Э 2 менее чем на 50 °С, то для завершения расчета необходимо по истинной Э р повторно определить только средний температурный напор
At и тепловосприятие Qt, сохранив при этом прежний коэффициент теплопередачи K, после чего уточнить невязку расчета A, которая должна быть менее 2 %. При расхождении температур более 50 °С требуется заново, для найденной температуры Э р, определить коэффициент теплопередачи K, тепловосприятие поверхностью нагрева Qt и проверить невязку расчета.
Расчеты конвективных поверхностей нагрева сводят в табл. 8.6 - для парового котла или табл. 8.7 и 8.8 - для водогрейного котла.
