Види теплогенераторів (стр. 9 из 11)

Поверхня нагріву обчислюється по стороні максимального термічного опору; в котельних, перегрівальних і економайзерних поверхнях нагріву – по газовій стороні. В тих випадках, коли термічний опір з обох сторін одного порядку, як, наприклад, у повітропідігрівниках, у розрахунок вводиться середня по повітрю і по газовій стороні величина H.

Коефіцієнт теплопередачі (теоретичний) для незабрудненої поверхні нагріву

вт/м²× град. (2)

Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки a₁ = (30¸70); l_cm = (52-для вуглецевої сталі, 15-для аустенітової); d_cm – порядку кількох тисячних (0,003¸0,006); коефіцієнт віддачі a₂ від стінки до води для економайзерних і паротвірних поверхонь нагріву – порядку кількох тисяч і десятків тисяч (3000–30000). Тому для чистих економайзерних і котельних поверхонь нагріву інтенсивність теплопередачі практично цілком визначається інтенсивністю тепловіддачі від газів до стінки:

k_m @ a₁ (3)

Для пароперегрівників, де a₂ – порядку кількох сотень (580–2320), і особливо для повітропідігрівників, де a₂ такого ж порядку, як і a₁, нехтувати величиною – не можна. Для них

. (4)

4.5 Визначення a₁, a₂, k і Dt

Величину a₁ знаходять з формули:

a₁ = wa_k + a_n вт/м² × град, (5)

де w – коефіцієнт обмивання, який ураховує зменшення тепло-сприймання поверхні нагріву внаслідок неповного обмивання її газами; для сучасних котельних агрегатів w близький до одиниці; a_k – коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, вт/м²× град; a_n – коефіцієнт тепловіддачі випромінювання, вт/м²× град.

Критеріальні рівняння для тепловіддачі конвекцією до одиничної труби при примусовому рухові має вигляд:

Nu = соnst Re^mPrⁿ. (6)

У випадку газового теплообміну рівняння (IV-6) спрощується, бо Рr є функцією атомності газів, а склад димових газів коливається в невеликих межах. Тому Рrⁿ можна ввести в константу, і рівняння (IV-6) може бути записане так:

Nu = CRe^m.

Беручи до уваги, що

, а , можна дістати формулу для a_k:

. (7)

За цією формулою можна простежити вплив на a_k основних факторів. Стала С і показник ступеню т визначаються з дослідів. Величина т менша за одиницю; для поперечного обмивання m @ 0,6¸0,65. З формули (IV-7) видно, що із зростанням швидкості газів w коефіцієнт тепловіддачі конвекцією a_k зростає, з ростом зовнішнього діаметра d труби a_k зменшується. Крім того, a_k залежить від фізичних властивостей газу, його теплопровідності l і кінематичної в'язкості n.

При перпендикулярному або косому обмиванні пучків a_k залежить від типу пучка (коридорний, шаховий), його геометричної конфігурації, яка характеризується відносним кроком труб s₁/d і відносним повздовжнім кроком s₂/d, і від числа рядів труб z по глибині пакета.

При повздовжньому зовнішньому обмиванні пучків труб треба вводити в розрахунок еквівалентний діаметр.

Практично a_k визначають не за формулами типу (IV-7), а за складеними з цією метою номограмами.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням продуктів згоряння ураховує випромінювання триатомних газів (СО₂, SО₂, Н₂O) і частинок леткої золи. Це кількість теплоти, переданої випромінюванням Q_n вт/м², віднесена до різниці температур газів і стінки J – t_cm.

Визначення a_n, можна провести за формулою:

вт/м²× град, (8)

де а_ст = 0,82 – міра чорноти стінок променесприймальних поверхонь; а = 1 – е^–kps – міра чорноти запиленого газового потоку; kps = (k_rr_n + k_nm) × ps – сумарна сила поглинання потоку; k_r і k_n – коефіцієнти ослаблення променів триатомними газами і пилом золи, що визначаються за емпіричними формулами;

– сумарна об'ємна частка Н₂О і RО₂; m – концентрація частинок золи у продуктах згоряння, г/м³; р – тиск продуктів згоряння, бар; s – ефективна товщина випромінювального шару, м, що визначається для пучків з формули , де а і b – числові коефіцієнти, різні для густих і рідких пучків.

При розрахунках для визначення a_n і допоміжних величин також користуються номограмами.

Знайшовши a_k і a_n, з формули (IV-5) дістанемо значення a₁; a₂ для повітропідігрівників і пароперегрівників знаходимо так само, як і a_k.

У загальному випадку для діючого котельного агрегату

. (9)

Величина

мала настільки, що при обчисленні її не враховують. Для котельних агрегатів середнього і високого тисків, що працюють при безнакипному режимі, також не враховують величину . Коефіцієнт забруднення оцінюється на підставі рекомендацій, що наводяться в нормах теплового розрахунку котельних агрегатів.

Коефіцієнт теплопередачі з урахуванням зовнішнього забруднення для котельних і економайзерних поверхонь нагріву

вт/м²× град, (10)

а для пароперегрівників

вт/м²× град. (11)

Для повітропідігрівників вводять загальний коефіцієнт використання поверхні нагріву x:

вт/м²× град. (12)

Середній температурний напір Dt залежить від взаємного напрямку руху середовищ. Для найчастіше вживаних схем прямотоку і протитоку температурний напір визначається як середньо-логарифмічна різниця температур за формулою (III-63).

За цією формулою розраховується Dt не тільки для чистого прямотоку й протитоку, але й для схем східчастого прямотоку й протитоку, що найчастіше зустрічаються в пароперегрівниках і водяних економайзерах. Для схем, відмінних від прямотоку й протитоку (перехресний потік теплоти), Dt визначають на основі спеціальних розрахункових рекомендацій і номограм.

4.6 Загальна схема розрахунку конвективних елементів

Звичайно, при тепловому розрахунку користуються рівняннями теплообміну і теплового балансу, записаними не в кдж на годину, a в кдж на 1 кг палива.

Рівняння теплообміну:

кдж/кг. (13)

Рівняння теплового балансу:

Q = j(I¢ – I¢¢ + DaI_прс°) кдж/кг (14)

де Q – теплота, сприйнята розраховуваним елементом, віднесена до 1 кг палива; В_р – розрахункова витрата палива, кг/год; j – коефіцієнт збереження теплоти, що враховує втрату теплоти в навколишнє середовище (j @ 1); I¢ і I¢¢ – ентальпії продуктів горіння на вході і виході з елемента, кдж/кг; DaI_прс° – кількість теплоти, що вноситься присмоктуваним повітрям, кдж/кг.

У загальному випадку перевірного розрахунку теплосприймального елемента рекуперативного типу відома (намічена) величина поверхні нагріву Н, і з попереднього розрахунку відомі температура і ентальпія газів (J¢, І¢) і робочої речовини (t₁, i₁) перед розраховуваною поверхнею нагріву.

Величина Н намічається на підставі компоновочних і техніко-економічних міркувань. Зокрема, беруться до уваги рекомендовані значення швидкостей газів і коефіцієнтів теплопередачі в конвективних елементах. При дуже малих значеннях k елемент набуває великих розмірів, стає громіздким і дорогим. При дуже великих значеннях k зростає вартість енергії, що витрачається на перемагання опорів елементів. При виборі швидкостей ураховується також необхідність запобігати золовому зносові i заносові поверхні нагріву. Значення швидкостей газів звичайно коливається в межах від 7 до 15 м/сек.

Попередньо оцінивши кінцеву температуру J¢¢ і ентальпію i¢¢ газів, можна з рівняння теплового балансу дістати кінцеву ентальпію i₂ і температуру t₂ робочої речовини. Наприклад, для водяного економайзера (або його пакета) при відомій витраті води D кг/год

j(I¢ – I¢¢ + DaI_прс°) =

(і₂ – і₁) = Q_б кдж/кг. (15)

Тепер можна визначити середній температурний напір Dt (температури J¢_г, J¢_г, t₁, t₂ відомі) і коефіцієнт теплопередачі k, бо всі дані для цього є. Геометричні розміри газоходу, його ширина b і глибина або висота h і конструктивні характеристики пучка d, s₁, s₂ відомі. Швидкість газів