2.3 Проверочный расчёт фестона

2.3.1 В котле на выходе из топки расположен четырехрядный испарительный пучок, образованный трубами заднего топочного экрана с увеличенными поперечными и продольными шагами, называемый фестоном. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводится проверочный расчёт фестона, целью которого является определение температуры газов за фестоном .

2.3.2 По чертежам парового котла составляем эскиз фестона в двух проекциях, на котором указываем все конструктивные размеры поверхности.

По чертежам и эскизу составляем таблицу конструктивных размеров и характеристик фестона. Определяем расчётную поверхность и площадь живого сечения для прохода газов.

2.3.3 Определяем длину трубы l_i в каждом ряду и количество труб в ряду z_i. Поперечный шаг S₁ равен учетверенному шагу заднего экрана топки, поскольку экран образует четыре ряда фестона. X_ф принимаем равным единице, тем самым несколько увеличивается конвективная поверхность пароперегревателя (в пределах 5%), но существенно упрощается расчет. Продольные шаги определяем как среднее арифметическое значение, так как поверхности нагрева рядов близки между собой:

2.3.4 По средним значениям и определяем эффективную толщину излучающего слоя в соответствии с формулой [1, формула 4.23]:

2.3.5 Расположение труб в пучке шахматное, омывание газами – поперечное

Высоту газохода определяем в плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Достаточно определить высоту газохода и площадь живого сечения для первого и последнего рядов труб, так как расчётная поверхность всех рядов труб близка по величине.

Ширина газохода одинакова для всех рядов фестона, её определяют как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого боковых экранов.

Табл. 2.2. Конструктивные размеры и характеристики фестона.

Наименование величины	Обозначение	Единица	Ряды фестона				Для всего фестона
			1	2	3	4
Наружный диаметр труб	d	м	0,06	0,06	0,06	0,06	0,06
Количество труб в ряду	zi	-	20	20	20	21	-
Длина трубы в ряду	li	м	5,20	5,16	5,12	5,22	-
Поперечный шаг труб	S1	м	0,300	0,300	0,300	0,300	0,300
Продольный шаг труб	S2	м	-	0,250	0,250	0,250	0,250
Угловой коэффициент фестона	Xф	-	-	-	-	-	1
Расположение труб	-	-	Шахматное
Расчётная поверхность нагрева	Hi	м2	14,70	14,77	14,88	15,82	60,17
Высота газохода	ai	м	4,98	-	-	4,92	-
Ширина газохода	b	м	6,075	6,075	6,075	6,075	-
Площадь живого сечения прохода газов	F	м2	24,30	-	-	23,70	24,00
Относительный поперечный шаг труб	S1/d	-	5,00	5,00	5,00	5,00	5,00
Относительный продольный шаг труб	S2/d	-	-	4,17	4,17	4,17	4,17
Эффективная толщина излучающего слоя	Sф	м	-	-	-	-	1,379

2.3.6 Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду определяют по формуле:

где

– длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб рассчитываемого ряда.

Определим площади живого сечения для первого ряда F_вх и последнего F_вых:

;

В соответствии с [1], так как

то среднюю площадь живого сечения находят как среднеарифметическое их значений:

2.3.7 Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации (сгибов) в пределах фестона:

где - число труб в ряду, - длина трубы в ряду по её оси.

2.3.8 Расчётную поверхность нагрева фестона определяем как сумму поверхностей всех его рядов:

.

2.3.9 На правой и левой стенах газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона, и поэтому при тепловом расчете фестона дополнительную поверхность экрана в области фестона суммируют с поверхностью фестона:

2.3.10 Дополнительная поверхность экранов определяется как площадь боковых стен (правой и левой), покрытых экранами в газоходе фестона (снизу граница этих площадей проходит по оси первого ряда труб фестона), умноженная на угловой коэффициент бокового экрана х^б (таблица 2.1):

где

=6,58 - поверхность стен боковых экранов, расположенная выше 1-ого ряда фестона, = 0,97.

Составляем таблицу исходных данных для проверочного теплового расчёта.

Табл. 2.3. Исходные данные для проверочного теплового расчёта

Наименование величин	Обозначение	Единица	Величина
Температура газов перед фестоном			997,6
Энтальпия газов перед фестоном			11662,37
Объём газов на выходе из топки при			7,4705
Объёмная доля водяных паров		-	0,0935
Суммарная объёмная доля трёхатомных газов		-	0,2354
Концентрация золы в газоходе			0,0153
Температура состояния насыщения при давлении в барабане			255

2.3.11 Ориентировочно примем температуру газов за фестоном на (30 -100) ⁰С ниже, чем перед ним:

(по табл.1.5)

2.3.12 По уравнению теплового баланса теплоносителя (продуктов горения) определяем балансовое тепловосприятие фестона:

По рекомендациям указаний [1, разд.4, формула (4,4) и (4.34)] определяем коэффициент теплопередачи и температурный напор по [4, формула (1.23)].

2.3.13 Коэффициент теплоотдачи :

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для конвективных пучков труб определяется по [1, формула (4.5)]:

где

- коэффициент использования, для поперечно омываемых пучков труб принимается

- коэффициент теплоотдачи конвекцией;

- коэффициент теплоотдачи излучением.

2.3.14 Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб при поперечном омывании шахматных пучков дымовыми газами находят по номограмме 8 [1, стр. 129]. Для этого нужно определить среднюю скорость газового потока в фестоне по [1, формула 4.6]:

где

- площадь живого сечения для прохода газов,

- расчетный расход топлива,

- объем газов на 1 кг топлива (табл 1.4).

По средней скорости W, диаметру труб (60 мм) по номограмме 8 [1, стр. 128] находим коэффициент теплоотдачи конвекцией и определяем поправки по номограмме 7 [1, стр. 127] и формулам (4.15в) и (4.14а) [1,стр.91]:

• поправка на число рядов труб по ходу газов или воздуха:

При

• поправка на компоновку трубного пучка, зависящая от относительных шагов труб:

-коэффициент, определяемый в зависимости от относительного поперечного

шага и значения :

Т.о.

При

• поправка на изменение физических свойств среды в зависимости от средней температуры потока и объёмной доли водяных паров в дымовых газах:

при

Тогда согласно [1, стр. 90] коэффициент теплоотдачи конвекцией:

2.3.15 Коэффициент теплоотдачи излучением определяется в зависимости от температур потока и стенки (определяем по номограмме 18 [1, стр. 134] ) и степени черноты продуктов горения :

Для пользования номограммой 18 необходимо знать температуру загрязненной стенки рассчитываемой поверхности нагрева. Учитываем, что для фестона при давлении в барабане:

Тогда .

Степень черноты потока:

где

- суммарная оптическая толщина продуктов сгорания.

где

=40 - коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами определили по монограмме 2 [1, стр.124];

Определяем по (2.11):

Тогда получим:

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов горения для запылённого потока:

Таким образом, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для фестона:

2.3.16 Коэффициент теплопередачи:

коэффициент тепловой эффективности по рис.4.1 [1, стр.87].

2.3.17 Температурный напор при постоянной температуре пароводяной смеси в фестоне:

Из уравнения теплопередачи для фестона находим тепловосприятие фестона по [1, формула 4.1]:

Тепловой баланс считаем действительным и принимаем вычисленные значения для дальнейшего расчета.