2.5. Тепловий розрахунок повітропідігрівника

Перед розрахунком за кресленням котла складається ескіз повітроперігрівача в масштабі з вказаним направленням руху середовищ і визначаються конструктивні характеристики.

Таблиця 2.14. -Конструктивні характеристики повітропідігрівача

Найменування величини	Позначення	Одиниці вимірювання	Числові значення
Кількість пакетів		шт
Кількість ходів:
повітря		шт
газу		шт
Кількість труб в одному ряді	Z1
Кількість труб у повітропідігрівнику	z	шт
Довжина труб	l	м
Діаметр труб і товщина стінки	dз×S	мм
Шаг труб:
уздовж потоку	S1	мм
упоперек	S2	мм
Розташування труб (шахове, коридорне)
Глибина газоходу	a	м
Ширина газоходу	b	м
Перетин для проходу газів zπdП/4	FГ	м2
повітря ab-z1dзl	FП
Поверхня нагріву повітропідігрівача zπdПl	НП	м2

У повітропідігрівача звичайно димові гази проходять усередині труб, а повітря омиває їх зовні поперечним струмом.

Тепловий розрахунок повітропідігрівача також виконується роком послідовних наближень, тобто необхідно задатися двома значеннями температури газів на виході з повітропідігрівача і виконати два паралельні розрахунки. Якщо в процесі розрахунку значення Q_б і Q_т співпадуть при одній з температур, то. ця температура і береться за дійсну температуру відходячих газів.

У разі, коли нев'язність розрахунку теплосприймання буде ≤ 2%, дійсна температура газів, що йдуть, знаходиться шляхом графічної інтерполяції (див.рис. 2.5.).

Але знайденому значенню υ_від уточнюються теплове сприйняття по рівнянню теплового балансу дійсна температура гарячого повітря на виході з повітропідігрівача.

Коли нев'язність розрахунку буде > 2% слід повторити розрахунок в тій же послідовності при інших значеннях .υ_п.. . Результати розрахунку заносяться в таблицю (див.табл. 2.15).

При розрахунку повітропідігрівача використовувалися нижче приведені залежності.

Теплосприймання по рівнянню теплового балансу знаходиться по формулі

З виразу, що визначає кількість тепла, необхідне для нагріву повітря,

(2.33)

знаходиться температура повітря на виході з повітропідігрівача

де α_Т - коефіцієнт надлишку повітря в топці;

V^° - теоретично необхідний об'єм повітря, м3/кг;

С_П - об'ємна теплоємність повітря (прийняти С_П=1,33кДж/м³.к)

Середній температурний натиск теплообмінюючихся середовищ знаходиться по формулі протитечії:

де t_cp = 0,5( t_П + t_П ) - середня температура повітря у повітропідігрівнику, визначувана як напівсума температур повітря на вході до повітропідігрівника і на виході з нього °С.

Швидкість повітря в міжтрубному просторі повітропідігрівника знаходиться по формулі

(2.34)

де V^° - теоретично необхідний об’єм повітря, м³/кг.

Для визначення швидкості газів в трубах користуються залежністю

(2.35)

де F_Г – живий перетин для проходу газів, визначається по формулі:

де Z – загальна кількість труб у повітропідігрівнику, шт.;

d_П – внутрішній діаметр труб. м

Швидкість руху димових газів повинна бути у проміжку 10-12 м/с, але не менше 8 м/с, щоб не виникло забруднення поверхні труб.

Швидкість руху повітря не повинна перевищувати 4,5-6 м/с, в протилежному випадку збільшиться опір повітропідігрівника на повітряній стороні.

Коефіцієнт теплопередачі повітропідігрівника визначається за формулою:

(2.36)

де α₁ – коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки, визначений по номограмі на мал.. 5.7, з врахуванням швидкості газів, Вт/м²к.

α₂ - коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря, визначений по номограмі на мал.. 5.1 з врахуванням швидкості повітря, Вт/м²к

Далі слід визначити теплосприймання у повітропідігрівнику за рівнянням теплопередачі

Q_Т = К_ПН_ПΔt_ср

Щоб запобігти виникненню корозії труб повітропідігрівника в його холодній частці мінімальна температура стінки металу повинна складати t_ст = 115-120^°С.

Рекомендується /4/ визначити t_ст для трубчатого повітропідігрівника по формулі:

(2.37)

де t_п – температура повітря на вході до повітропідігрівника, °С (задається умовами до виконання КП);

υ_вих – заздалегідь вибрана температура виходячих газів, °С

При t_ст≤ 110°С у всіх випадках спостерігається інтенсивна корозія поверхні нагріву. Якщо t_ст не задовольняє вимогам надійної експлуатації, необхідне декілька збільшити вибрані t_п і υ_вих .

Мінімальний температурний натиск перед повітропідігрівником (різниця температур між газами на вході у повітропідігрівник і гарячому повітрі) приймається Δt_п= 30°С

Після завершення розрахунків і визначення дійсного значення температури газів, що йдуть, необхідно знайти дійсне значення теплосприймання Q_б і дійсну температури гарячого повітря t_п а також побудувати графік зміни температур газів і повітря уздовж поверхні повітропідігрівника з вказівкою конкретних температур середовищ на вході і на виході.

Перевірка правильності теплового розрахунку котлоагрегата

Розрахунок котла в цілому вважається закінченим, якщо температура • газів υ_вих, що йдуть, одержана розрахунком, відрізняється від прийнятої на початку розрахунку υ_вих (при визначенні q₂ і В_р ) не більше чим на ±10°С, а температура гарячого повітря - не більше ніж на ± 40°С. Далі уточнюються втрати теплоти з газами, що йдуть, к.к.д котлоагрегата і витрата палива (по одержаній температурі газів, що йдуть) . Якщо

% (2.38)

уточнюються температури газів, температурні натиски і теплосприймання.

Якщо / Δυ_вих/>10°С або /Δt_п/ > 40°С повторюється розрахунок всього котла.

Правильність остаточного розподілу теплосприймання перевіряється тепловим

балансом котла, який складається в строгій відповідності з компоновкою котла,

що розраховується.

Нев'язність теплового балансу котла визначається таким чином

(2.39)

% (2.40)

де Q_p - розрахункова теплота, що розташовується, кДж/кг ;

η_к.а - к.п.д. котлоагрегата;

q₄ - втрати з механічною неповнотою згорання %;

Q_вип - кількість теплоти, що випромінюється об'ємом газів топки, кДж/ кг

Q_i - кількість теплоти, сприйнятої теплообмінними поверхнями, кДж/кг

ΣQ_i = Q_к+Q_пп+Q_e (2.41)

де Q_к,Q_пп,Q_e - кількість теплоти, сприйнятої котельними пучками, пароперегрівачем і водяним економайзером, кДж/кг.

Рівняння (2.39) включає теплосприймання всіх теплообмінних поверхонь (окрім повітроперегрівника).

Невиконання умови (2.40), тобто перевищення нев'язності, значення 0,5%Q_р (/0,ОО5Q_р /), вимагає перерахунку теплового балансу котла для усунення погрішності розрахунку.

Якщо в результаті уточнення загального балансу мінялися теплосприймання окремих поверхонь, то необхідно перевірити за допомогою рівнянь

(2.42)

(2.43)

відповідність приросту ентальпій робочого середовища і теплосприймання для кожної поверхні нагріву, що розраховується.

В рівняннях (2.42) і (2.43) :

Q_б – теплота, віддана димовими газами, яка прирівняна до теплоти, сприйнята водою, паром або повітрям, кДж/кг;

Д – витрата робочого середовища через розрахункову поверхню, кг/с;

В_р – розрахункова витрата спаленого палива, кг/с;

i i I – ентальпії середовища на вході до поверхні і на виході з неї, кДж/кг;

Q_вип – теплота, яка здобута поверхнею випромінювання з топки.

Складання теплового балансу і визначення його нев`язки є важним етапом розрахунку котлоагрегату, так як тільки при здобутті допустимої нев`язки вважається виконання теплового розрахунку котла вірним, а сам тепловий розрахунок – завершеним.