6. Поверочный расчёт фестона

6 .1.) В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из топки расположен трёхрядный испарительный пучок, образованный трубами заднего топочного экрана, с увеличенным поперечными и продольными шагами и называемый фестон. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона.

Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки.

2. По чертежам парового котла составляют эскиз фестона.

3. По чертежам парового котла составляем таблицу:

Наименование величин	Обозн.	Раз-ть	Ряды фестона				Для всего фестона
			1	2	3
Наружный диаметр труб	d	м	0,06
Количество труб в ряду	Z1	--	16	16	16			--
Длина трубы в ряду	LI	м	4,375	4,375	4,4			--
Шаг труб: Поперечный	S1	м	0,24	0,24	0,24			0,24
Продольный	S2	м	--	0,22	0,22			0,22
Угловой коэф фестона	Хф	--	--	--	--			1
Расположение труб	--	--	Шахматное
Расчётная пов-ть нагрева	H	М2	13,1947	13,1193	13,2701			39,5841
Размеры газохода: Высота	aI	м	4,37	4,325	4,075			--
Ширина	B	м	4,28	4,28	4,28			--
Площадь живого сечения	F	М2	14,764	14,539	13,553			14,1585
Относительный шаг труб Поперечный	S1/d	--	4	4	4			4
Продольный	S2/d	--	--	3,667	3.667			3.667
Эффективная толщина излучающего слоя	Sф	м	--	--	--			0,95441

Длину трубы в каждом ряду L_i определяем по осевой линии трубы с учётом её конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию барабана до точки пересечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската горизонтального газохода. Количество труб в ряду Z₁ определяют по эскизу, выполнив по всей ширине газохода разводку труб экрана в фестон.

Поперечный шаг S₁ равен утроённому или учетверённому шагу заднего экрана топки, если этот экран образует соответственно три или четыре ряда фестона. Поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольные шаги S₂^ср в целом определяем как среднее арифметическое значение, т.к. поверхности нагрева рядов близки между собой.

Принимаем Х_ф = 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя

(в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт.

По S₁^ср и S₂^ср определяем эффективную толщину излучающего слоя фестона S_ф

2. Расположение труб в пучке – шахматное, отмывание газами – поперечное (угол отклонения потока от нормали не учитываем). Высоту газохода ‘а’ определяют в плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Ширина газохода ‘b’ одинакова для всех рядов фестона, её определяют как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого боковых экранов.

3. Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:

F_i = a_ib - Z₁ l_iпрd; где l_iпр – длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб рассчитываемого ряда.

F_ср находим как среднее арифметическое между F₁ и F₄.

6.6) 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, т.е. изгибов в пределах фестона:

Н_i = dZ_1i l_i;

где Z_1i – число труб в ряду; l_i – длина трубы в ряду по её оси.

Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:

Н_i = Н₁ + Н₂ + Н₃ = 13,194+13,119+13,2701= 39,5841 м;

На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона:

Н_доп = х^бF_ст  Н_i^I = Н_ф + Н_доп = 39,5841 + 2,8288^.0,905 = 42,1295 м;

6.7) Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.

8. Ориентировочно принимают температуру газов за фестоном на 30100⁰С ниже, чем перед ним:

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Величина
Температура газов перед фестоном		0С	1067,85
Энтальпия газов перед фестоном		Ккал/кг	4680,622
Объёмы газов на выходе из топки при т	Vг	м3/кг	11,893
Объёмная доля водяных паров	rH2O	--	0,1883
Объёмная доля трёхатомных газов	rRO2	--	0,2707
Концентрация золы в газоходе	зл	кг/кг	----
Температура состояния насыщения при давлении в барабане Рб=45кгс/см2	tн	0С	257,41

Для находим энтальпию газов за фестоном

и по уравнению теплового баланса определяем тепловосприятие фестона:

8. Уравнение теплопередачи для всех поверхностей нагрева записывают в следующем виде:

Где k—коэффициент теплопередачи,t—температурный напор,

Н — расчётная поверхность нагрева.

6.9.1)При сжигании газа коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

Где _к—коэффициент теплоотдачи конвекцией; _л—коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке;  -- коэффициент тепловой эффективности поверхности;  = 1;

6.9.2)Для определения _к—коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб рассчитаем среднюю скорость газового потока:

 для фестона при скорости газов 3,0827 м/с равен 0,85;

Для нахождения _к по номограммам определяем _н=30,8 ккал/м²ч^оС и добавочные коэффициенты: С_z=0,98; С_ф=1,022; С_s=0,94;  _к = _нС_zС_фС_s = 380,920,970,94 = 31,9 ккал/м²ч^оС;

3. Для нахождения _л используем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:

Для незапылённой поверхности kpS = k_гr_nSp, где р = 1кгс/ см²; r_n=0,2707;

р_nS = r_nS = 0,95440,2707 = 0,2583;

П о номограмме находим k_г = 1,037; 

По номограмме находим С_г=1; _н=155,814 ккал/м²ч^оС;  _л = _наС_г =155,81410,1526=23,78 ккал/м²ч^оС;

6.9.4)

Находим температурный напор:

6.10)Если тепловосприятия фестона по уравнениям теплового баланса и теплопередачи отличаются менее чем на 5%, то температура за фестоном задана правильно:

т.о. поверочный расчёт выполнен.