ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЛОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕТАЛЛА СТЕНОК ТРУБ

6-01. Под расчетной температурой металла труб ^СТ понимается наибольшее местное

( значение температуры стенки, вычисленное с учетом неравномерностей твллоеосприэттия по поверхности или сечению элемента1 и окружности трубы, растечки тепла по стенке, ’ гидравлической неравномерности и конструктивной нетоодественности труб элемента. Так как

■ большая часть обогреваемых труб котлов высокого и сверхкритического давления ’ рассчитывается на длительную прочность, то при определении расчетной температуры металла : их стенок нужно учитывать, в основном, статистически длительные значения этих температур,

' в не кратковременные их пики. В соответствии с этим выбираются значения коэффициентов : неравномерности.

Для тех элементов, которые рассчитываются не на длительную прочность, а на временное сопротивление разрыву, значения коэффициентов неравномерности принимаются увеличенными на 20-30 % в зависимости от конструктивных характеристик элемента.

В расчетах учитывается определяемая по опытным данным неравномерность тепловосприятйя в направлении, перпендикулярном направлению теплового потока (движения газов) по ширине, и, в отдельных случаях, для радиационных элементов, по высоте газохода (элемента). Изменения температур газов и рабочей среды по ходу движения газов (вдоль направления теплового потока) определяются тепловым расчетом элемента; замена расчета использованием опытных «коэффициентов неравномерности по глубине* не рекомендуется7

8- 02. Температура стенок обогреваемых труб рассчитывается обычно для номинальной нагрузки котла на каждом расчетном топливе при номинальной температуре питательной воды. Целесообразно также проводить поверочный расчет температуры стенки радиационных поверхностей нагрева (НРЧ, СРЧ и ВРЧ прямоточных котлов, радиационных перегревателей ) и ширм при нагрузке примерно 50 % номинальной.

Температура стенки проверяется в расчетных сечениях элемента, где высоки удельное тепловосприятие, температура среды и уменьшенный, по сравнению со средним, расход среды; наибольшее значение температуры металла будет в том расчетном сечении, где сконцентрируются все или часть этих факторов.

Следует учитывать, что наибольшие нагрузки приходятся; в коридорных пучках и ширмах - на трубы первого ряда по ходу газов; в шахматных пучках - на трубы первого или второго ряда.

Если первый ряд ширм закорочен или выполнен из более жаростойкой стали проверяется также второй (третий) ряд.

При развитых по высоте радиационных элементах следует дополнительно проверить температуру стенки в зоне энтальпии, при которой устанавливается ухудшенный теплообмен.

При наличии паропарового или газопарового теплообменника также следует проверить температуру греющей среды перед местом ее отбора на теплообменник; если температура пара при нагрузке 70% здесь выше, чем при номинальной, необходимо рассчитать температуру стенки указанного участка при пониженной нагрузке (70 %).

8- 03. В основу расчета прочности труб принимается средняя (по толщине) температура металла стенки разверенной трубы. В дальнейшем эта температура называется расчетной температурой стенки

' Элемент - трубная поверхность нагрева, заключенная между коллекторами.

- Расчет по коэффициенту неравномерности по глубине можно допустить в порядке исключения ДЛЯ однотипных конструкций на одно топливо при наличии экспериментальных данных.

Глава Є. Определение расчетной температуры металла стенок труб

(6-02)

Где / - средняя для элемента температура среды в расчетном сечении, °С; находится по п. В-05;

6/т - превышение температуры среды в разверекной трубе над средней в элементе в расчетном сечении. °С; определяется по п. 8-07. Для испарительных поверхностей котлов дсжритического давления принимают 61, = о р - коэффициент растечки тепла[4]; определяется по п. 8-19. Для кипятильных тру! ЙК$(лов докритического давления р =1;

5 - толщина стенки трубы, м;

^ - отношение наружного диаметра трубы к внутренн

Р = —=

Яшж' максимальное удельное тепловослриятае разваренной трубы в расчетном сечении, кВт/м2, находится по п. п. 8-08 и 8-13. Здесь и далее, п|эи отсутствии оговорок, удельное теплоеосприятие определяется всегда по наружной поверхности; аг - коэффициент теплоотдачи от стенки к обогреваемой среде, Вт/{мгК); определяется по п. 8-17;

- коэффициент теплопроводности металла стенки, зависящий от марки стали и температуры; определяется ло формуле

X.. =?А{1п -1исх) + В, Вт/(м-К),

' м /

Здесь /ст - средняя по толщине стенки температура определения X* равной I + 50. °С;.

А, В,1КСХ - коэффициенты и исходная для расчета температура;принимаются по табл. 8-1

8- ОД. Температура стенки может рассчитываться по упрощенным рекомендациям, с учетом указаний Нормативного метода гидравлического расчета котельных агрегатов, в следующих случаях.

Для вертикальных и слабонаклонных (до 30° от вертикали) кипятильных труб, включая экранные, котлов с естественной и многократно-принудительной циркуляцией при давлениях, не превышающих 16.0 МПа, при удельных тепловосприятиях дМГЛ < 400 кВт/м2

={с +60, °С,

Где Г; - температура кипения.

Температура стенки кипятильных труб, не охваченных указанными ограничениями, рассчитывается по формуле (В-01) с определением значения сх2 по п. 8-17 или по Нормативному методу гидравлического расчета котельных агрегатов; должны также учитываться указания

' Коэффициентом растечки в данной точке трубы называется отношение истинного превышения температурь) стенки над температурой среды к величине превышения, которое имело бы место при равномерном обогреве тепловым потоком.

Последнего по влиянию расслоения в трубах, ухудшения теплообмена и других нарушений режима устойчивого охлаждения стенок труб.

Для труб конвективных перегревателей котлов с рабочим давлением не более 2,5 МПа и температурой пара не выше 425 °С при максимальных удельных теплоаослриятиях г? иМ[£70кВт/м?

= / + 70, °С

Для труб первичных перегревателей или их участков, расположенных в зоне температур газов менее 650 °С, при коэффициенте гидравлической разверни р,> 0,95

= (+ 50, °С

Для «некилящих» конвективных экономайзеров котлов всех типов

*„=* + 30, Сс.

Где Г - температура воды, °С; принимается равной для барабанных котлов температуре насыщения (с учетом колебаний питания), а для прямоточных котлов * расчетной температуре на выходе из пакета. а-05. Средняя для элемента температура среды в расчетном сечении I принимается для испарительных поверхностей котлов докритического давления равной температуре кипения, для экранов котлов СКД. перегревателей, экономайзеров и переходных зон она подсчитывается по энтальпии в расчетном сечении

I = + Агр. кДж/кг, . (8-03}

Где /„ - энтальпия среды на входе в элемент; определяется в тепловом расчете. Если в предшествующих рассчитываемому элементу поверхностях среда перемешана не полностью и на входе е элемент имеется некоторая начальная неравномерность, энтальпия потока на входе в рассчитываемый элемент определяется с учетом ее. для чего к правой части {8-03) прибавляется выражение о (т]щпрей - 1)Дгпрад. где индекс »пред» относится к предыдущему элементу;

Д/р - среднее для элемента приращение энтальпии обогреваемой среды от входа в элемент до расчетного сечения; определяется по п. п. 8-06 и 8-09.

При включении поверхности нагрева по схеме с последовательно или параллельно- смешанным током промежуточная температура сред на стыке ходов находится по указаниям п. 7-52.

8- 06. Указания по расчету температуры металла стенки труб радиационных поверхностей нагрева приведены в п. п. 8-06 • 8-08. Температура стенки рассчитывается с учетом изменения энтальпии среды по высоте экрана, а также распределения тепловосприятия по высоте топки. Среднее для элемента приращение энтальпии среды от входа до расчетного сечения:

- настенные или двусветные экраны

Ч = ч„ . кджлг (е-си;

>п

■ топочные ширмы

У О В

Д, Р = гр ~' кДж/кг - (8434а)

Где Г)ш - коэффициент неравномерности тепловосприятия элемента по ширине стены топки; принимается по табл. 8-2;

Г}ст-коэффициент неравномерности тепловосприятия по стенам топки; принимается равным 1,0 для всех случаев, кроме пылеугольных топок с однофронтовым расположением горелок. Для задней стены этих топок принимается Т)ст*=1.1;

£>у„ - тепповосприятие участка'. кДж/кг (кДж/м3);

£>ал - расход среды в элементе, кг/с;

Др - расход среды в рассчитываемых трубах (змеевиках) ширм, к. г/с.

^^^^^Вредёлонй^асче'тной температуры металла стенок труб

&-С7. Превышение температуры среды е расчетном сечении разверенной трубы над средней в элементе

Bh^l^-l, *С, (8-06)

Где t - средняя для элемента температура среды в расчетном сечении труб; определяется по п. 8-05;

Ладе * температура среды в расчетном сечении разверенной трубы элемента

-1 Дг, кДж/кг,

-1 Д/'пмп. КДж/КГ,

Здесь индекс «пред» относится к элементу, включенному перед рассчитываемым; О - коэффициент, учитывающий неполноту перемешивания среды до ее поступления в рассчитываемый элемент при проходном коллекторе, а также при большом относительном количестве ПОДВОДЯЩИХ труб Лпад1 /П„, >0,3 а - 1,0; при, двустороннем вводе в торцы входного коллектора, а также при малом

| Особое внимание на учет следует обращать при определении тепловосприятия элементов с амбразурами горелок и лазами.

Относительном количестве распределенных по длине коллектора подводящих труб Лпод, /п„л < 0,3 а = 0.5; при одностороннем торцевом вводе или при полном перемешивании среды до входа в рассчитываемый элемент а = 0.

8- 08. Максимальное удельное тепловосприятие настенных и двусветных экранов в расчетном

Сечении разверенной трубы, а также топочных ширм при любой нагрузке котла

' tfu, KC = т)штЬт1ст? с- кВт/м2, (8-08)

Где г) - коэффициенты неравномерности; принимаются по п. п. 8-06 и 8-07;

- среднее удельное тепловосприятие поверхности топки в расчётном сечении; определяется позонным расчетом. При его отсутствии

<?с =Ум«.*с4л. кВт/мг_, (8-09)

Здесь Уимс - максимальный для участка с расчетным сечением коэффициент распределения тепповосприятия по высоте топки; определяется по табл. 8-3 или 8-4.

Предельное значение тепловой нагрузки радиационных поверхностей в зоне активного горения камерных топок

W«=л? гг о - £'в“)(^) ■кВт/мг’ [в-1о>

Где А = 0,7 - при сжигании пыли, 1,0 * при сжигании мазута и газа в камерных топках с настенными горелками и 0,75 - в газомазутных топках с подовыми горелками при номинальной нагрузке. Для ошипованных поверхностей значение А уменьшается

Вдвое;

Ви - критерий Бугера; определяется по п. 6-07;

Тя • адиабатическая температура, К; определяется по п. 6-20;

Дх г - удельй'ое теплонапряжение в зоне активного горения

Вл

<7В. Г = ~—. кВт/м,

Здесь Qp ~ располагаемое тепло на 1 кг {1 м3) топлива, кДж/кг (кДж/м3);

= 2[а + b)has - площадь стен топки в зоне активного горения. мг; а, b - ширина и глубина топки, * произведение числа ярусов на расстояние

Между осями горелок по вертикали. При одноярусном расположении горелок условно принимается А^=3£, или Ла. г-3&„ где Z), , Ьл - диаметр или ширина амбразуры горелки. При подовых горелках условно принимается Л»х=0,ЗЯт - при сжигании мазута и 0,4#т - при сжигании газа.

В случаях, когда значение qпо (8-08) больше по (8-10), следует принимать в

Расчете значение q^c ' Qmw

Особенности расчета температуры стенок труб цельносварных и ошипованных экранов см. п. п. В-20 - 8-21.

8- 09. Указания по расчету температуры стенки труб ширмовых и конвективных поверхностей нагрева приведены в п. П. 8-09-8-19 и В-22-8-23.

Температура стенки вычисляется в расчетном сечении, выбранном с учетом указаний п. 8-02. Энтальпия среды i в расчетном сечении подсчитывается по формуле (8-03), для чего определяется приращение энтальпии среды Д/р на участке змеевиков от входа обогреваемой среды в элемент до расчетного сечения. Этсп участок, в зависимости от конструктивного выполнения элемента, может быть одиночным или включать несколько последовательно соединенных по ходу обогреваемой среды, различающихся условиями обогрева (местное тепловосприятие излучением из обьема, различное количество обвязочных труб перед расчетным участком и т. п.) участков.

Среднее для элемента приращение энтальпии среды от входа в элемент до расчетного сечения

Щл = —/j—' кДж/кг>

Где г|ш - коэффициент неравномерности тепловосприятия элемента по ширине газохода; принимается по табл. 8-5;

£)уч - тепловосприятие участка на 1 кг (1 м3) топлива

(2уч - кДж/кг (кДж/м3);

Ох** ~ тепловосприятие излучением из топки и/или примыкающих объемов (ширм), < в том числе расположенных за пакетом, независимо от того, учитывалось ли оно в тепловом расчете пакета в целом - см. п. В-10;

Су^.^тр - тепловосприятие конвекцией и межтрубным излучением - см. п. 8-11.

Межширмовое излучение в пределах ширм также считается межтрубным и включается в Оу^лг+ыгр - Др - расход обогреваемой среды по трубам расчетного участка, кг/с, равный:

Прг

Для конвективных пучков £)тр ='------------- ,

РГр™

Для ширм и микроблоков £>=£>—------------- ,

ПУР

Здесь В - расход среды в элементе;

- количество параллельно включенных труб, выходящихиз коллектора;

1 - коэффициенты гидравлической разверки соответственно для ширмы

(микроблока) с рассчитываемым змеевиком и для рассчитываемого змеевика в ширме (микроблоке).

Тепловосприятие участка излучением из топки и/или примыкающих объемов определяется количеством и местоположением источников излучения относительно этого участка.

Например, тепловосприятие излучением из топки участка ширм (пакета), расположенных непосредственно за топкой

<2уч. л - ', кДж/кг (кДж/мэ). (8-11)

Тепловосприятие участка, получающего излучение из топки, прошедшее через расположенные за топкой ширмы, излучение межширмового объема и объема за ширмами

Бучл ”* £ [впж^учлО <00 ^об)"*"9и]Яуч л(1 ^о5) 9осЯуч Л|, кДж/кг (кДж/м3), (8-12)

Где дпл - тепловая нагрузка выходного окна топки, кВт/м2; определяется позонным расчетом, а при отсутствии его - по (6-37). Учет излучения из топки на расчетный участок, «Видящий» топку и расположенный непараллельно ее выходному окну, производится по (8-11) с учетом того, что температура в сечении топки перед ним определяется позонным расчетом или, при его отсутствии, - тепловосприятием зоны между Потолком топки и этим сечением, равным сумме энтальпии газов на выходе из топки и рассчитанного тепловосприятия этой зоны;

(}ш> Я«л* Удельные тепловосприятия излучением межширмового объема и объема за ширмами; определяются по формуле для газового объема

<?= кВт/м2. (8-13)

Здесь ав * см. п. 6-16;

А - степень черноты газов в объеме; определяется по (7-65). Для расчета дш, воспринимаемого из половины ширм, в (8-13) принимается значение о для всей ширмы;

А, ~ степень черноты загрязненных стенок; принимается а3- 0,6;

Г - средняя температура газов в объеме. К:

Межширмовом, излучающим из первой половины ширм на вторую

Т=^Л5Т^25Т’ межширмовом, излучающим из второй половины ширм на первую

Г=0,25Т’+0,75Т";

Перед, за и внутри элемента

Т Т" и ОД Г+Т"). где Ги Т" - температуры газов на входе и выходе элемента с расчетным рядом: 7^3. средняя на участке температура загрязненной стенки; определяется по предварительно принятому значение Q^r

^■^273, К. (6-14)

Т1ЧЗ = і +

Яучп

Где Нуч. п - полная поверхность нагрева участка; определяется по длине участка в соответствии с указаниями п. 7-01, с нижеприведенными уточнениями:

- поверхность нагрева участка крайних труб ширм, а также труб, ограничивающих внутренний объем, при разрыве между рядами более 1г2

■Яучп = ^ч(^2 +Ь57*/)/;. м2, здесь х2 • угловой коэффициент труб ширмы, зависящий СП - их продольного шага;

Определяется по кривой 5 номограммы 1а или, при 1,(кст., <1,6, по

Формуле х2 = 1 -0,45{с2 -1^. Это же значение л’2 используется при

Определении поверхности нагрева труб остальных рядов ширмы; п - количество змеевиков (при Т-образной компоновке общее на котел);

- поверхность., нагрева вертикальных участков обвязочных труб ширмы, не выступающих из ранжира, определяется как для труб ширмы с учетом их местоположения в пакете;

• поверхность нагрева выступающих из ранжира участков обвязочных труб, расположенных в пределах ширмы по глубине, определяется (приближенно) по их полной поверхности;

Буц - коэффициент загрязнения труб участка, м2 К/Вт - см. п. 8-18;

Значение Тучл уточняют при расхождении предварительно принятого и найденного значений (2уч более 5 %;

Яучл - поверхность нагрева участка, воспринимающего излучение из топки (ширм, объема)

-^учл ~ ^Ч^ХР П + ' М ’

Здесь - длина расчетного участка;

£> - ширина газохода в плоскости, перпендикулярной ширмам (змеевикам); хр - угловой коэффициент ряда труб с расчетным участком. Определяется па

Порядковому номеру ряда труб с расчетным участком относительно топки (ширм, обьема). Номер ряда отсчитывается от источника излучения без учета разрывов между пакетами или внутри них (с учетом этого положения значения

^уч. п и Н^.г. в формуле (6-12) равны между собой). Значения хР

Определяются для ширм по табл. 7-1, для конвективных пучков - по табл. 7-2.

Если ряд труб с расчетным участком отделен от источника излучения (топки, ширм) пакетом (ширмами) с поперечными шагами труб, отличающимися от шагов пакета, в котором размещен ряд с расчетным участком, результирующее значение углового коэффициента хра оценивается приближенно по зависимости

Где 2] д:р грва - сумма угловых коэффициентов рядов предыдущего пакета (ширм) от источника излучения до границы этого пакета (ширм); определяется по табл. 7-1 или 7-2; ■*Р. с»' угловой коэффициент ряда в рассчитываемом элементе.

При значении произведения а5л:р с 0,2 излучением источника можно пренебречь (при использовании значений значение 0, принимается для рассчитываемого ряда). Эта рекомендация учтена при формировании таблиц 7-1 и 7-2.

При размещении фестона в газовом объеме излучение обьема учитывается следующим образом: при угловом коэффициенте фестона хф 50,7 степень черноты и теплота излучения определяются для всего обьема; при угловом коэффициенте Лф>0,7 степень черноты и теплота излучения вычисляются для каждой части объема. Суммарная теплота излучения объема при *ф>0,7 определяется с учетом частичного поглощения фестоном и прилегающим к расчетному участку объемом теплоты другой части обьема

Где <2ч1 - степень черноты прилегающей к расчетному участку части объема.

Эффективная толщина излучающего слоя определяется при Хф <0,7 .с учетом поверхности всех труб фестона, а при а<^0,7 с учетом половины поверхности труб одного ряда фестона в каждой части обьема (7-67).

Излучение на расположенные в пределах ширины ширмы участки обвязочных труб, оси которых примерно параллельны направлению лучистого потока, не учитывается.

При расположении обвязочных труб перпендикулярно направлению лучистого потока излучение учитывается только на первые по отношению к источнику излучения трубы с угловым коэффициентом 0,5.xр, где хр - угловой коэффициент первого ряда труб ширмы.

Излучение внутреннего объема, глубиной равной или более 452 для ширм и 0,25 м для конвективных пакетов учитывается так же, как от источника, лежащего вне элемента. Б этом случае обе части пакета, разделенные объемом, рассматриваются как отдельные источники, излучающие друг на друга. Удельное тепловосприятие из внутреннего обьема рассчитывается по формуле (8-13).

8- 11. Тепловосприятие участка конвекцией и межтрубным излучением

Где а* - коэффициент теплоотдачи конвекцией для пакета в целом. Для ширмовых поверхностей а„ умножается на соотношение полной и расчетной поверхности труб (если в тепловом расчете пакета он определялся без поправки на это соотношение):

Л / (сг}хг +1,57) - для крайних рядов, а также средних радов при разрыве более 2$2

71 / (2а;х3) - для остальных рядов;

Оуч.* - коэффициент теплоотдачи межтрубным (межширмовым) излучением участка; рассчитывается по разделу 7-Б, в без поправки на излучение прилежащего объема, вводимой по п. 7-40. по значению 9^^ и толщине слоя в пакете. Допускается принимать значение степени черноты среднее в пакете; - ' средняя на участке температура газов; принимается равной полусумме температур при входе в участок и выходе из него, °С. При размещении участка в одном ряду труб равна температуре газов на входе в ряд. Она либо принимается из теплового расчета, либо определяется по формулам (8-1 В);

Средняя на участке температура загрязненной стенки, сС; определяется по п. 8-10;

- определяется по п. 8-10;

Я^р - расчетная поверхность участка; приближенно оценивается по зависимости

- л',., -Ки;,,«*.

Здесь #уч „ и Нуч лучевоспринимающие поверхности расчетного участка от ближайших по отношению к расчетному участку источников излучения;

Я, = 1 - для всех рядов ширм от источника, расположенного перед расчетным участком;

К, = о.5 - то же для всех рядов конвективных пакетов;

К2 - о.5 - Для всех рядов ширм от источника, расположенного за расчетным участком;

К2 = 0,2 - то же для всех рядов конвективных пакетов.

В-12. Энтальпии среды в расчетном сечении разверенной трубы ширмовых и конвективных пакетов рассчитывается по формуле (8-07). Значение коэффициента т), принимается по табл. В-5, величина Д/р определяется по п. В-09. Превышение температуры среды в разверенной трубе над средней Ы7 определяется по формуле (8-06).

8- 13. Максимальное удельное тепловосприятие груб поверхностей нагрева приходится в различных случаях на разные точки окружности трубы. Для типовых случаев местоположение максимума принимается по табл. 8-6.

Максимальное удельное тепловосприятие разверенной трубы в расчетном сечении

?м«с “ЛшЛтЗо - Мт/и2, (8-16)

Где т)ш и % - коэффициенты неравномерности телловосприятия элемента и разверенной трубыло ширине газохода; определяются по табл. 8-5; дв - среднее для ряда удельное тепловосприятие в точке его максимального значения в расчетном сечении

8 —/

Дв - —т------------------------------------ • 10'1. кВт/м2,----------------- (8-17]

ЛА_^+± +±+0-25е

РНии{3 + ] аг) а, ** Е*4

Где $р - 1емпература газов на входе в расчетный ряд; принимается из теплоного расчета

Пакета или оценивается приближенно по одной из следующих зависимостей:

29

8 = "С, (8-18а]

Г у

Х2уч. л

' 2"

8р = 9" + (8,-8")-^Ч сС, (8-186)

22уч. п

Здесь г2у<(Г1, ПП - количество рядов труб по ходу газов: общее в пакете, до пасчетного сечения и после него. Пои пеоеменных в пакете диаметрах или

Поперечных шага* труб используются фактические значения, г^чп и

8' ,8" - температура газов на входе в пакет и выходе из него. Для участков ширмы, «видящих» топку и расположенных не параллельно ее выходному сечению, определяется в сечении топки перед ними; и коэффициент загрязнения участка, м2-К/Вт; определяется по п. В-18; а,- коэффициент теплоотдачи от греющей среды к стенке в точке максимального тепловосприятия в расчетном сечении. Вт/(мг К)

А, =К'трак+ а„ , (8-19)

Здесь а*. а„ - коэффициенты теплоотдачи конвекцией и излучением; находятся по п. п. 8-14, 8-15 при температуре газов и эффективной толщине слоя в рассчитываемой поверхности;

Кгр - коэффициент неравномерности тепловосприятия конвекцией по окружности трубы. При поперечном омывании принимается по табл. В-6 в зависимости от вида поверхности, формы пучка и порядкового номера ряда с расчетной точкой. Для продольно омываемых и всех настенных трубк^*!.

Остальные обозначения - см. формулу (8-01).

Таблица В-6

8- 14. Коэффициент теплоотдачи конвекцией а* в расчетном сечении средний по окружности трубы, Вт/^-К), определяется по разделу 7-Б,6 с учетом ее расположения по глубине лучка:

Сг для труб первого ряда всех пучков (фестона) и ширм - как для трехрядного пучка;

Сг доя труб второго ряда пучков (фестона) - как для пятирядного пучка;

Сг=1 для труб второго ряда ширм, третьего и последующих рядов всех поверхностей нагрела.

Для настенных труб, расположенных в области ширм и конвективных пакетов, ак определяется по средним условиям в пакетах (объемах); для настенных труб, расположенных в газовых объемах на удалении более 3^2 от пакетов, где з7 - продольный шаг труб в пакете, значение ак принимается равным нулю.

, 8-15. Коэффициент теплоотдачи излучением на точку с максимальным удельным тепловосприятием в расчетном сечении определяется в зависимости от условий облучения этой точки.

Например, для точки, получающей излучение топки, прошедшее через расположенные за

Топкой ширмы, а также излучение ширм и объема за ширмами

І

9л. вФт(1 - Дш)0 “°об) +^шФш(1 —°об) +0о6 Фов

---- — — . 10 +алшр1 Вт/(м2К). (8-20)

А

Где фт, фш, ф0б - коэффициенты облученности точки с максимальным тепловосприятием из топки, ширм и объема; определяются по указаниям п. 8-16;

£у температура газов на входе в расчетный ряд - см. п. 8-13;

/і - средняя для ряда температура загрязненной стенки в точке с максимальным удельным тепловосприятием. После определения ап предварительно заданное значение /, проверяется по формуле

Г, = /нср + 0,25єуч<ус 103. °С, (8-21)

Где среднее для ряда значение температуры наружной поверхности трубы в этой точке

6 2 1

'-='+рм‘101м^+^Ка' (е-22)

Значение ал уточняется в тех случаях, когда It, определенное по (8-21) отличается от предварительно заданного более чем на 25 вС.

Для труб первого ряда ширм (пучка), расположенных непосредственно за топкой, формула (8-20) преобразуется к виду

Ал = -^— 10J, Вт/(мг-К).

Р **

Для труб первого и последнего - точка 180° - рядов пучка (ширм), расположенных за (перед) объемом, в том числе внутренним, из формулы (8-20) исключается член ап. МГр.

Для настенных труб, расположенных в области ширм и конвективных пакетов а„ определяется по средним условиям в пакетах (объемах); для настенных труб, расположенных в газовых объемах на удалении более 3sz от пакетов, где s2 * продольный шаг труб в пакете, значение а„ определяется по излучению объема.

8- 16. Коэффициент облученности ф точки с максимальным тепловосприятием в расчетном сечении определяется в зависимости от компоновки пакета и номера ряда труб с расчетным сечением относительно внешнего источника излучения и межширмоеого объема.

Для труб первого за источником излучения ряда пакета, а также для тыльной образующей труб последнего перед обьемом ряда принимается ср = 1.

Для труб со второго по четвертый ряд коридорных пучков с а, < 5,0 й для труб всех рядов ширм ф оценивается приближенно по зависимости

<р к 0,38arctg-^T—U-. o2{z-)

Где Ол, 02 • относительные шаги труб в пучке (ширме); z - номер ряда по ходу газов;

СГ, — I

Значение arc lg —--------- г - в радианах.

A2(z-l)

Для труб со второго по пятый рйд шахматных пучков ф определяется по номограмме 22. для труб пятого и последующих рядов труб коридорных пучков и труб шестого и последующих рядов шахматных пучков принимается ф -0.

8- 17. Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде и пару а2, включая его значения для области ухудшенного теплообмена и оценку ее границ, должен определяться по Нормативному методу гидравлического расчета, в том числе котлов СКД на скользящем давлении по

Руководящем указаниям «Проектирование котлов СКД на скользящем давлении» НПО ЦКТИ, Ленинград, 1988.

В табл. В-7 приводятся рекомендации для расчета а? е основных, часто встречающихся элементах поверхностей нагрева вне критических областей. Расчет элементов, не охваченных табл. 8-7. следует проводить по указанным источникам или опытным данным.

Таблица в-7

Коэффициент теплоотдачи от стенки к внутренней среде аг

В табл. 8-7 приняты следующие обозначения:

У - коэффициенты теплопроводности и динамической вязкости сред при расчетной эктальпки, Вт/(м-К), м2/с;

Рг - критерий Прандтля среды при расчетной энтальпии;

•и? - объемная скорость среды, м/с; м;р- массовая скорость среды, кг/{мг - с);

^4« - внутренний диаметр трубы, м;

Удельное тепловосприятие на внутренней поверхности трубы. Вт/м2; х - массовое пароердержание;

- энтальпия воды на кривой кипения, кДж/кг;

Г" - энтальпия пара на кривой насыщения, кДж/кг; г - теплота парообразования. кДж/кг, р - плотность, кг/м3.

8*18. Коэффициент загрязнения труб участка принимается для ширм по указаниям п. п. 7-42 и 7-43. Дли конвективных пакетов рассчитывается по формуле'

(1-У)(8„ С, Л-ю

Где ^ - коэффициент эффективности; определяется по разделу 7-б. п бущ. ср - средняя температура газов на участке, °С; см. п. 8-11;

- средняя температура обогреваемой среды на участие, °С; •

<2уц Вр - тепловосприятие участка, кВт; см. п. 8-09;

Я^.п - полная поверхность нагрева участка, м2; см. п. 8-10.

Для настенных труб, расположенных в газовых объемах, значение принимается равным: 0.005 - для твердых топлив, 0,003 - для жидких топлив, 0 - для газа;

8- 19. Значение коэффициента растечки тепла р зависит от компоновки пакета, номера ряда

Труб, критерия В| — —*— и отношения наружного и внутреннего диаметров трубы (3.

Значения р определяются:

Для труб первого ряда конвективных пучков с 5,/с/ <3 при шахматном и коридорном расположении и второго ряда шахматных пучков при любом з,1<1 - по номограмме 24а;

Для труб третьего и последующих рвдов шахматных пучков и, начиная со второго ряда, коридорных пучков - по номограмме 246.

При расчете труб первого ряда шахматных фестонированных >3) и ширмовых

Перегревателей растечка тепла не учитывается (р.=1), для труб остальных рядов ширмовых перегревателей значение р определяется по линии зМ =1,1 номограммы 25.

Для тыльной образующей труб последнего ряда ширм и шахматных пучков растечка не учитывается, а для труб последнего рида коридорных пучнов - по номограмме 246.

При расчете труб настенных радиационных поверхностей, независимо от их расположения относительно обмуровки (е £0), коэффициент растечки определяется по номограмме 25, для труб двусветных экранов и топочных ширм - по номограмме 26.

8- 20. Расчет температуры металла стенок труб цельносварных экранов.

Приняггы следующие определения:

Трубы соединяются в цельносварную панель проставками;

Половина проставки, прилегающая к трубе, называется плавником, независимо от технологии изготовления труб и панелей.

Расчетные формулы приведены для следующих условий: простаака соединяет трубы одинакового диаметра;

Температура среды и коэффициенты теплоотдачи одинаковы в обеих свариваемых трубах; простаека, соединяющая трубы, расположена в диаметральной плоскости трубы.

8- 20.1. Температура стенки в лобовой точке трубы радиационных поверхностей определяется как для гладких труб. При этом коэффициент растечки для настенных экранов определяется по номограмме 25, для двусветных экранов и топочных ширм - по номограмме 27.

Температура в середине проставки

Ге=/„+ксД/„р. - с, (8-27)

Где кг - коэффициент учета влияния сварных швов. Для проставок, приваренных токами радиочастоты, и для экрана из металлургических плавниковых труб К‘с =1- Для проставок, приваренных под слоем флюса, кс определяется по номограмме 286.

[Л - температура в корне проставки:

- настенные экраны

'52 1

Двусветные экраны и топочные ширмы
°С,	(8-29)
	(8-30)
■)03. °С.
(8-31)
1 Значения г„ проверены дли области бМ 2 1.3; 1,2 < Р 51.8; 2,0 < В|‘ <10

- для стороны, обращенной в конвективный газоход

Л __ г Ъ.

(^імвкс Не?2Ммсс ) ^ 0,25^3о, гА, лхс ‘Уїмачс Не ) ^

Где ^ - определяется по номограмме 30.

Для трапециевидного плавника Д1пр приближенно вычисляется как для прямоу гольного такой же высоты и равной площади сечения.

В-21. Рйсчеттемпературы металла стенки ошипованных труб радиационных поверхностей нагрева.

Средняя го толщине стенки трубы температура металла под шипом

+ . °С; (М3)

Іании шила

62

Г" рТУ+^г]' °с> (е'34)

Где А - комплекс; определяется по номограмме 366;

/ - площадь шиповачия, м2:

Экранная поверхность / = 0,785-

ЛГ..,

ІкЙ

Щлакоулаеливающий пучок / = 0,785

2(^ + 21Ш)*Ш '

Здесь п. ^ - соответственно число рядов шипов на трубе и продольный шаг шипов, м;

5, й /ш. о'ц, - шаг и диаметр труб, длина и диаметр шипов, м; у - коэффициент концентрации теплового потока в основании шипа, определяемый в зависимости от /, / Хш, /ш / (1Ш по номограмме 35. В рабочей области температур

Значения коэффициентов теплопроводности можно принимать по табл. 8-8.

Ц - коэффициент растечки; определяется по номограмме 36а при параметрах— с1 . а}с!

Р ~ 1= —— в зависимости от числа рядов шипов (два или больше).

^-28 2р„м

8- 22. Расчет температуры металла стенки мембранных ширмоеых и конвективных поверхностей нагрева.

При расчете температурного режима принято отношение усредненных тепловых нагрузок трубы и ребра (проставки) ^ / др6 = 1Д2 / Е. где Е - коэффициент эффективности ребра.

Средняя (по толщине) температура металла стенки раавереииои трубы

/+£гт +т)шт)т0Ст&р

1+л, ч„в„ • с - Й-35)

Где т)ш, т)т - коэффициенты неравномерности тепловосприятмя элемента и раэверенной трубы по ширине газохода; определяются по табл. 8-5;

8^- безразмерная температура стенки по формуле (8-38);

8р - температура газов на входе в расчетный ряд, °С;

/ - средняя для элемента температура среды в расчетном сечении, °С;

Б/т - превышение температуры среды, в разверенной трубе над средней в элементе в расчетном сечении, °С.

Температура в корне ребра (проставки)

I +5/т +т^шТ]т0к&р

'■ —тал-' ъ (в-36)

Где вк - безразмерная температура там же; определяется по формуле (8-41).

Температура в середине проставки

Ге = Эр-вс(9р-и. °С. (8-37)

Где Вс - безразмерная температура там же; определяется по формуле (ЕМЗ).

Безразмерная температура стенки трубы определяется по формуле

Кб

^сг = Аа~ВЇ,. (8-38)

Рб

Где Аа - функция безразмерных параметров (Віг. Н^ІЬ^, 5^, р, тПл^

^ст=7і7 (в-39)

А, б? 4 ^

“'“»Г

Р+І, 2і - Ві 2

-- ^6 + -----------

, |/р + 1ч| ) - Л,5Іп2гц/ 2р 2і' + В)г

Т'=,ПЫ+ш7; Т’=£~----- “ 2. -Ні. - С05Й’

__________ [2_

2{ + Ві2

71 брй. - о - АЛя с МтЬ,*)

41 2 й ‘ тИ^

Здесь с1, 5р5, /?,* - диаметр трубы, толщина и высота ребра, равная половине ширины

Простаеки, м;

2с,

™ = ,ГГ~Г'. (В-40)

Где а, ^(УрбСх* +ап)/С,. Вт/(м2-К);

Ч'рб определяется по разделу 7-09.1; ак и ал принимаются из теплового расчета.

Для панелей со сваркой ребер в простаеку сплошным швом =1,05; при сварке прерывистым швом (электрозаклепки) К =1,15.

По формулам (8-39) построены номограммы 37, 38 и 40 для определения у,,у 3,у7 . Безразмерная температура в корне ребра (проставки) определяется по формуле

Где Ах - функция безразмерных параметров (ЕИ2. Лр^б,*, 8рьМ, (3, т/Ь^)

Л = Г“Уз7Л ■

В н--------- —-

5іп2іу 2/ + Ві2

Здесь уг =ІпР + 1/Ві2 ; у—7—---------------- тр—рр-соз/л; (8-42)

І-1 г р4(

2г + Ві2

По формуле (8-42) построена номограмма 39 для определения уА. Безразмерная температура в середине проставки

6==Р»7Р5Г - (8-«)

По формуле (8-43) построена номограмма 41.

Тепло восприятие расчетных участков конвекцией и межтрубным излучением определяется по п. 8-11. Значения ак и ал, полученные из теплового расчета, умножаются на соотношения-

— Ч^-Е^-дляс*,. —+ -^~Е-дляаЛ.

Где Н, Я, ри ЯрЬ' поверхности нагрева: полная, труб и ребер (проставок), м2.

Полная поверхность нагрева расчетного участка ширмовой поверхности определяется по п. 8-10, конвективной поверхности - по формулам:

Крайние ряды Н^ п = (ла7уу - 5рб/р6 )п + 2^1^ л, мг.

Остальные ряды Яуу „ = - г. м*.

Где /ун - длина расчетного участка;

/5б - длина ребра (проставки) на расчетном участке;

II . количество змеевиков.

Расчетная поверхность нагрева участка определяется по п. 8-11.

При определении лучевоспринимающей поверхности ребра (проставки) не учитываются.

Значения углового коэффициента ряда хр, в котором размешен расчетный участок, определяются для ширм по табл. 7-1. для конвективных пучков - по табл. 7-2. Номер ряда, кроме первого, приближенно оценивается по зависимости

Л?

Где г - порядковый номер рассчитываемого ряда. Значение г округляется до целого числа в меньшую сторону.

Теплсвосприятие расчетных участков излучением топки, межширмовых объемов и «пустых» газовых объемов от входа обогреваемой среды до расчетного сечения определяется пс п. 8-10. Температура наружной поверхности разверенной трубы

]----- ТИТ”—+ Т-І. "С - . (8-44)

Я. м ) +р + а2 Обозначения * см. формулу (8-02).

В-23. Расчет температуры металла стенки поперечно сребренных труб.

Температура наружной поверхности трубы в корне ребра

*) 1

Е* 1 г • * °с* {8'45)

И Н т • Ъ7у

Где в„ - отношение перепада температур между наружной и внутренней стенками несущей трубы в сечении, проходящем через середину ребра, к среднему по длине трубы значению этого перепада

0* ^ 1 ■+ 0,5-^~5*-; 6

Р - коэффициент растенки тепла; принимается ц ~1.

Тепловосприятие расчетных участков конвекцией и межтрубным излучением определяется по п. В-11. Значение а* , определенное в тепловом расчете, умножается на соотношение

-й-+—Емф£.

Среднее для ряда удельное тепловосприятие дс в точке его максимального значения в расчетном сечении определяется по (8-17).

Коэффициент теплоотдачи

А, = к1ратр +4>тал • Вт/(мгК). (8-46)

Где ктр - коэффициент неравномерности тепловосприятия по окружности трубы; принимается Кта~1.3;

А1пр- приведенный коэффициент теплоотдачи с оребренной стороны, отнесенный к полной поверхности несущей трубы; определяется по {7-21);

А„ - коэффициент теплоотдачи, учитывающий тепло, получаемое излучением от расположенного перед пучком газового обьема. Учитывается только для первого и второго рядов шахматного пучка и первого рада коридорного пучка и определяется поп. 8-10 (при определении лучевоспринимающвй поверхности поверхность ребер не учитывается);

Ф, - коэффициент облученности точки с максимальным тепловосприятием; определяется по п. 8-16 как для гладких труб;

Остальные обозначения - см. формулы (В-01) и (7-21).

Температура в вершине ребра

, =А -(В - I сс ’ (а.47х

» р р ст. н /. (,щ)X, (тгк) + /, (тть )КС(тг,) ‘

Где 10, А'с, К, - функции Бесселя для аргументов тг их значения определяются по табл. 8-9;

Г, - наружный радиус трубы;

Ге - условный радиус оребрения:

£ + 5р6

Круглые ребра ге =-

2

Сл/2+5Г

Квадратные ребра гв =

2

Температура внутренней поверхности трубы

■гг=г + 8«1+^м„с^-. ^

Средняя по толщине температура стенки трубы

/«=' + ^+Р? м«103[еж~^ + ^}. °С - (В-49)

8- ?4. Для предупреждения чрезмерных выбегов температуры стенки при ухудшенных

Условиях эксплуатации определяется, помимо обычного расчета, температура стенки,

Соответствующая временному увеличению неравномерности тепловосприятия. По этой температуре дополнительно проверяется прочность. Результаты проверки не вносят в расчеты, представляемые с паспортом котла.

При определении /^значения средней для элемента температуры газов и среды, а также коэффициентов теплопередачи принимаются такими же, как в основном расчете температуры стенки; величины коэффициентов неравномерности г]т и т]ш (табл. 8-2 и 8-5) повышаются на величину Ал.

Значение Дт) для радиационных поверхностей выбирается из табл. В-10 в зависимости от типа элементов (панелей).

Таблица 8-10

Для ширмовых и конвективных поверхностей значение Дт] принимается в зависимости от вида топлива: Дг) = 0,15 - при сжигании газа, Дт] = 0,25 - при сжигании всех топлив, кроме газа.

Величина 9«»^ радиационных

Поверхностей, как и в основном расчете, не должна превышать значений дпг{ЩЛ. рассчитанных по п. 8-08.

Приведенное напряжение в трубе от внутреннего давления может превышать не более, чем на 20 % величину номинального допускаемого напряжения при температуре стенки 1'^ (при определении допускаемого напряжения по тем же данным и с тем же коэффициентом запаса,

По которым оно принималось при расчете прочности при температуре Гс:). Если расчетное

Превышение окажется больше 20 %, необходимы перекомпоновка элементов поверхностей нагрева, дополнительные точки перемешивания обогреваемой среды, увеличение скорости и другие изменения, а в отдельных случаях изменение толщины стенок или материала труб.

Температура наружной поверхности при расчете не ограничивается.

Температура обогреваемых труб при повышенных коэффициентах неравномерности тепловосприятия определяется для следующих режимов:

А) поверхности нагрева с энтальпией / > 2700 кДж/кг на выходе из разверенной трубы при номинальной нагрузке котла на топливе, на котором получена наибольшая расчетная температура стенки; температура питательной воды - номинальная;

Б) поверхности нагрева с энтальпией / £ 2700 кДж/кг на выходе из разверенной трубы при номинальной нагрузке для минимальной (растопочной) нагрузки на растопочном топливе.

При расчете на частичных нагрузках температура питательной воды для котлов блочных установок принимается соответствующей данному режиму, а для котлов неблочных установок - номинальной.