2.5 Расчет конвективной поверхности нагрева

Конвективные поверхности нагрева играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды. В паровых котлах - это кипятильные трубы, трубы пароперегревателя.

Продукты сгорания, покидающие топочную камеру, передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней поверхности, теплота передается через металлическую стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару - конвекцией.

При расчете используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчет выполняется для 1 м³ газа при нормальных условиях.

Последовательность расчета:

1) Определяются конструктивные характеристики площади поверхности нагрева, живое сечение для прохода газов, шаг труб и рядов, диаметр труб и др.

2) Предварительно принимаются два значения температур продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева ₁ и ₂

3) По уравнению теплового баланса определяется количество теплоты, отданное воде и пару.

4) Вычисляется расчетная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе, средний температурный напор и подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания.

5. По номограммам определяют коэффициент теплоотдачи и тепловосприятие поверхностью нагрева-Q_т.

6. Если полученные из уравнения теплообмена значения тепловосприятия Q_т отличается от определенного по уравнению теплового баланса Q_к не более чем на 2%, расчет поверхности нагрева считается законченным. При расхождении значений Q_т и Q_к больше указанного предела (2%) принимают новое значение конечной температуры и повторяют расчет.

7. Если расчетная температура _р отличается от одного из принятых значений ₁ и ₂ не более чем на 50С, то для завершения расчета необходимо по _р повторно определить только Q_т, сохранив прежний коэффициент теплопередачи. При большем расхождении заново определяется коэффициент теплопередачи для температуры _р.  

Расчет конвективной поверхности нагрева сводится в таблицу 5.

2.6 Расчет водяных экономайзеров

В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры ВТИ, а при большем давлении - стальные. Общая схема устройства и обвязка чугунного водяного экономайзера показана на рисунке П7, а его расчет рекомендуется проводить в определенной последовательности.

1) По температуре и энтальпии продуктов сгорания, известных из расчета предыдущей поверхности нагрева (кипятильного пучка-газохода), определяется температура и энтальпия продуктов сгорания на входе в водяной экономайзер.

2) По уравнению теплового баланса количество теплоты, которое должны отдать продукты сгорания топлива, приравнивается к количеству теплоты, воспринятой водой в экономайзере.

3) По энтальпии воды после экономайзера и давлению её (давление в водяном экономайзере равно давлению в паровом котле) из водяного насыщенного пара определяется температура воды на выходе из экономайзера. Если полученная температура воды окажется на 20⁰С ниже температуры насыщения (кипения воды при соответствующем давлении), то чугунный экономайзер будет работать в нормальном режиме. В противном случае возможно закипание воды в экономайзере, что не допустимо, в этом случае необходимо увеличить температуру уходящих топочных газов (т.е. снизить тепловосприятие экономайзера).

4) По конструктивным характеристикам, приведенным в таблице П6, выбирается чугунная труба определенной длины l, а число труб в ряду выбирается от 3 до 9 с таким расчетом, чтобы скорость продуктов сгорания была в пределах от 6 до 9 м/с при номинальной паропроизводительности котла.

5) По действительной скорости продуктов сгорания в экономайзере определяется коэффициент теплоотдачи по рисунку П6.

6) По полученной поверхности нагрева экономайзера определяется общее число труб, число рядов и окончательно устанавливается его конструктивная характеристика, а именно: трубы компонуются так, чтобы число горизонтальных рядов труб в блоке было 4 или 8. Это необходимо для нормальной обдувки

(очистки паром) внешних поверхностей нагрева, т.к. один обдувочный аппарат обслуживает только 4 ряда труб вверх и столько же вниз.

Расчет водяного экономайзера сводится в таблицу 6.