Расчет газоходов
Тепловой расчет газоходов конвективных поверхностей нагрева, или, как принято говорить, газоходов, выполняют в таких случаях:
1) при разработке новых конструкций; тогда по заданным температурам газов до и после газохода определяются необходимые конвективные поверхности нагрева этих газоходов; 2) при выполнении проверочных расчетов существующих конструкций; тогда по уже имеющимся поверхностям нагрева определяются температуры дымовых газов, омывающих эти поверхности. Основные уравнения при расчете газоходов конвективного теплообмена в газоходах следующие: уравнение теплопередачи
QT = K1 Н1∆t Ср ккал/ч (IV.23)
Уравнение количества тепла, переданного поверхности нагрева в результате изменения теплосодержаний газов до входа в газоход и по выходе из него:
Qб = Bpφ (I'1 – I2 + ∆ Iв) ккал/ч (IV.24)
Расчет газоходов считается завершенным, когда оба уравнения превращаются в равенство
K1, H1∆φ ср = ВСр (I'1 – I2 + ∆ Iв) (IV.25)
(в данном случае в обозначениях принят условно первый газоход), где Вр - часовой расход топлива в кг; φ - значение коэффициента сохранения тепла, учитывающего потери тепла в окружающую среду.
Поверхность нагрева газохода определяется в зависимости от конструкции котла. Например, для водотрубных котлов
Н = Н1 = Н11 = n π к d l м2,
где n - число труб с наружным диаметром d в м, входящих в газоход; l - длина труб, соответствующая длине или высоте газохода, в м.
Для жаротрубных котлов
H1 = π d l м2,
где d - внутренний диаметр жаровой трубы; l - ее длииа (исключая топку) в м.
Из всех величин, входящих в равенство (IV.25), наиболее сложно определить величину коэффициента теплопередачи от газов к воде К. Для различных конструкций котлов в зависимости от направления газового потока по отношению к поверхности нагрева величины коэффициентов теплопередачи подсчитывают различно.
Для котельных поверхностей величину расчетного коэффициента теплопередачи подсчитывают из выражения
К = wαk + αл/1+ε (wαk + αл ) (IV.27)
где w - значение величины коэффициента смывания или степень заполнения газохода; для большинства существующих конструкций составляет 0,9-1; ε - значение коэффициента загрязнения; зависит от рода сжигаемого топлива, скорости перемещения дымовых газов, диаметра труб и их расположения; αк - значение коэффициента теплоотдачи конвекций от газов к стенке в ккал; зависит от скорости и температуры газового потока, диаметра н расположения труб (шахматное, коридорное) и характера их омывания (продольное, поперечное); αл - значение коэффициента теплоотдачи излучением продуктов сгорания зависит от температуры газов, толщины излучающего слоя и парциальных давлений трехатомных сухих газов и водяных паров.
Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков находят по формуле
αк = 0,177 cz λ/d (wd/v)0.64 (IV.28)
где сz - поправка на число поперечных рядов труб; λ - значение коэффициента теплопроводности при средней температуре потока; v - значение коэффициента кинематической вязкости при средней температуре потока; w - скорость газов в м/сек\ d - наружный диаметр труб в м.
Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков находят по формуле
αк = 0,27сz λ/d (wd/v)0.64 (IV.29)
Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией при продольном омывании поверхности нагрева находят по формуле
αк = 0,023 λ/d (wd/v)0.8 Св Pr 0.4 ct cв (IV.30)
где Рr - величина критерия физических свойств для дымовых газов среднего состава; ct - поправка, зависящая от температур потока и стенки (при охлаждении газов принимается постоянной, равной 1,06); св - поправка на относительную длину; d - эквивалентный диаметр в м,
При течении газов внутри труб эквивалентный диаметр равен внутреннему диаметру трубы.
Для газохода, заполненного трубами:
dэ = 4 ab/zπd - d (IV.31)
где а и b - поперечные размеры газохода z - количество труб в газоходе; d - диаметр труб в м.
При течении газов в каналах некруглого сечения и продольном омывании или пучка труб, или одной трубы эквивалентный диаметр подсчитывают по формуле
dэ = 4F/Uт (IV.32)
где F - площадь детого сечения газохода в м 2; Uт - часть периметра, через которую происходит теплообмен, в м.
1) температуру потока ѳСр, которую принимают по формуле
ѳ1 + ѳ1/2 = ѳср (IV.33)
2) объемную долю водяных паров, содержащихся в дымовых газах, при соответствующем значении коэффициента избытка воздуха.
3) число рядов вдоль и поперек газового потока и их шаг в поперечном (S1) и продольном (S2) направлениях;
4) площадь живого сечения газохода F в м2, определяемую как разность между площадью всего газохода и площадью, занятой трубами; эта площадь подсчитывается:
а) для течения газов внутри труб (продольное омывание)
F =n π d2/4, (IV.34)
б) для продольного смывания потоком газов труб снаружи
F =ab – n π d2/4 (IV. 35)
в) для поперечного омывания потоком газов трубного пучка
F = ab – n1 d l м2 (IV.36)
где а и b - поперечные размеры газохода ; n - число труб в газоходе;n1 - среднее число труб в одном ряду; d - (внутренний диаметр труб в м; d - наружный диаметр труб в м2; l - длина омываемых газами труб в м;
5) среднюю скорость перемещения газового потока по газоходу, определяемую по формуле
Значение коэффициента теплоотдачи излучением продуктов nсгорания определяют по формуле
Эффективная толщина излучающего слоя S для гладко- трубных пучков, определяется по формулам: при
Итак, все величины, необходимые для определения значения коэффициента теплопередачи К (IV.27), а следовательно, и для решения равенства (IV.25), могут быть найдены, если будет правильно выбрана температура газов, покидающих газоход.
Чтобы быстрее сбалансировать равенство (IV.25), задаются двумя произвольными значениями температуры газов по выходе из рассчитываемого газохода (но, естественно, более низкими, температура газов при входе в данный газоход, т. е. при условии расчета первого газохода меньше и по этим значениям находят все необходимые величины, входящие в равенство (IV.25). Если равенство (IV.25) сбалансируется при одной из заданных температур, то эта температура и будет искомой температурой газов, покидающих рассчитываемый газоход.
Для этого на оси абсцисс (рис. IV.9) откладывают в известном масштабе температуру газов, покидающих газоход, а по оси ординат (в своем масштабе) - числовые значения равенства (IV.25), подсчитанные при этих температурах.
