9.Расчет трубчатого воздухоподогревателя.

Для промышленных котлов применяются в основном трубчатые воздухоподогреватели, чаще всего устанавливаемые после водяного экономайзера или вместо него. Расчет таких воздухоподогревателей выполняется в следующей последовательности:

1. При конструктивном расчете воздухоподогревателя выбирается диаметр труб, поперечный и продольный относительные шаги труб, площади поперечного сечения для прохода продуктов сгорания и воздуха, число ходов. При поверочном расчете существующего воздухоподогревателя перечисленные характеристики и иго поверхность определяется из чертежей.

2. Определяется минимальный температурный напор на горячем конце воздухоподогревателя, ^оС

, (9.1)

где - температура продуктов сгорания на входе в воздухоподогреватель, известная из расчета предыдущей поверхности нагрева; - температура горячего воздуха, принятая при составлении теплового баланса котла.

Если значение окажется меньшим на 25-30 ^оС, то при конструктивном расчете это указывает на необходимость применения неоправданно большой поверхности нагрева, а при поверочном – на недостаточность имеющегося воздухоподогревателя для получения принятой температуры горячего воздуха. В обоих случаях необходимо снизить температуру горячего воздуха и произвести расчет котлоагрегата заново или применить двухступенчатую компоновку воздухоподогревателя.

3. Определяется тепловосприятие воздуха в воздухоподогревателе. При предварительном подогреве воздуха в калорифере тепловосприятие, кДж/кг, кДж/м³ будет

, (9.2)

где - отношение количества горячего воздуха к теоретически необходимому:

, (9.2)

в двух последних формулах , и - присосы воздуха в топку, воздухоподогреватель и систему пылеприготовления (определяются по таблице 3.2); и - энтальпия теоретического количества воздуха на входе в воздухоподогреватель и на выходе из него, определяется по диаграмме для соответствующих температур, принятых при составлении теплового баланса.

4. Из уравнения теплового баланса определяется энтальпия продуктов сгорания после воздухоподогревателя, кДж/кг, кДж/м³

. (9.3)

Полученное значение сравнивается с предварительно принятой при составлении теплового баланса энтальпией уходящих газов. Если расхождение не превысит 0,5% располагаемой теплоты топлива , то расчет выполнен правильно.

5. В зависимости от взаимного направления движения воздуха и продуктов сгорания определяется температурный напор в воздухоподогревателе. При прямотоке и противотоке температурный напор определяется по уравнению 7.2, а при последовательно-смешанном и перекрестном токе по уравнению 7.2. Поправочный коэффициент при последовательно-смешанном токе определяется по номограмме на рис.7.2, а параметры А, Р и R, необходимые для пользования номограммой, по формулам (7.4 – 7.6). Поправочный коэффициент для перекрестного тока определяется по номограмме, приведенной на рис.9.1, в зависимости от числа перекрестов. Схемы перекрестного тока показаны на рис.9.2.

Рис.9.1. Номограмма для определения температурного напора при перекрестном токе

1 – однократный перекрест; 2 – двукратный; 3 - трехкратный; 4 – четырехкратный

Рис.9.2. Схемы перекрестного тока с разным числом перекрестов, указанных цифрами в соответствии с рис.9.1

Для пользования номограммой вычисляются безразмерные параметры

; (9.4)

, (9.5)

где и - температуры продуктов сгорания и воздуха на входе в поверхность нагрева, ^оС; - изменение температуры при прохождении поверхности нагрева той средой, у которой оно большее, ^оС, - изменение температуры той среды, у которой оно меньшее, ^оС.

6. Определяется скорость продуктов сгорания в воздухоподогревателе, м/с

. (9.6)

7. Определяется скорость воздуха в воздухоподогревателе, м/с

, (9.7)

где - теоретически необходимое количество воздуха, м³/кг или м³/м³; t – среднеарифметическая температура воздуха на входе и выходе из пароперегревателя, ^оС; F – площадь поперечного сечения для прохода воздуха, м².

8. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке в соответствии п.7 раздела 6.

9. Определяется суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м² К),

, (9.8)

где - коэффициент теплоотдачи излучением, для трубчатых воздухоподогревателей первой ступени принимается = 0, - коэффициент использования поверхности нагрева; при сжигании АШ, фрезерного торфа, мазута и древесного топлива принимается равным 0,8, для всех остальных топлив – 0,85.

10. Определяется коэффициент теплоотдачи от стенки поверхности нагрева к воздуху, Вт/(м² К). При поперечном омывании коридорных и шахматных пучков

, (9.9)

где - коэффициент теплоотдачи по номограмме; при поперечном омывании коридорных пучков определяется по номограмме на рис.6.1, при поперечном омывании шахматных пучков по номограмме на рис.6.2. , и - поправки определяемые при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков по рис.6.1 и 6.2. для определения поправок необходимо вычислить:

среднюю температуру воздуха

, (9.10)

относительные шаги и .

11. Определяется коэффициент теплопередачи, Вт/(м² К):

. (9.11)

12. При конструктивном расчете из уравнения теплопередачи определяется площадь поверхности нагрева воздухоподогревателя, м²

. (9.12)

При поверочном расчете, когда известна поверхность нагрева воздухоподогревателя, из уравнения теплопередачи определяется тепловосприятие воздухоподогревателя

. (9.13)

По значению Q_вп определяется энтальпия горячего воздуха после воздухоподогревателя, кДж/кг или кДж/м³

. (9.14)

По величине по диаграмме определяется температура горячего воздуха после воздухоподогревателя . Если температура горячего воздуха отличается от принятой при составлении теплового баланса не более чем на 40 ^оС, то расчет считается оконченным. В противном случае расчет парогенератора следует повторить, задавшись новой температурой горячего воздуха, близкой к полученной.