Расчет конвективных поверхностей нагрева котла сводится к сов­местному решению уравнения теплового баланса для данного газохода

4%

Q =Л~As+Aa- К(сОх. в — щ Qp шал)кг (115)

с основным уравнением теплообмена (ИЗ):

BQ = HKAt ккал/час,

где Q — количество тепла, воспринимаемое поверхностью нагрева данного газохода от продуктов сгорания 1 кг топлива, в ккалікг;

/j — теплосодержание продуктов сгорания 1 кг топлива при принятой температуре tx в начале данного газохода в ккал/кг;

/2 — теплосодержание продуктов сгорания 1 кг топлива в конце газохода в ккалікг;

AaVQ(ct)x, s—количество тепла, внесенного в газоход с присосом воз­духа, в ккал, кг;

Н—поверхность нагрева, расположенная в данном газоходе, в м2.

При расчете локомобильного котла необходимо иметь в виду, что его конвективной поверхностью является поверхность нагрева дымо­гарных труб.

Поверхность нагрева труб определяется по формуле

Итр = nr. dBL м2, (116)

где п — число дымогарных труб;

de — внутренний их диаметр в м;

L — длина труб между трубными решетками в м.

Продукты сгорания поступают в дымогарные трубы непосредственно из топки, следовательно, температура 1Х равна температуре газов на выходе из топки tQ, уже известной из расчета топки.

Температура газов t, соответствует температуре, с которой газы, поступают в пароперегреватель и которая обозначается tn. n. Следова­тельно,

tn. п = ^2-

Котлы паровозного типа и цилиндрические выполнены из металла, поэтому присос воздуха в них практически отсутствует, и Да == 0.

Ввиду того что в котлах паровозного типа и цилиндрических с вну­тренними топками q“ = 0, при расчете принимают

Так как продукты сгорания, выходя из топки, имеют достаточно­высокую температуру (700 — 1000°), то передача тепла конвективным.

поверхностям нагрева будет происходить не только конвекцией, но и радиацией. Таким образом, коэфициент теплоотдачи от греющего тела к металлической стенке должен учитывать оба способа передачи тепла* и поэтому его разбивают на два слагаемых так, что

aj = ак + іл ккал/м? час °С, (117)

где <хк — коэфициент теплоотдачи от газов к стенке конвекцией в. ккал/м2 час СС;

а,—коэфициент теплоотдачи от газов к стенке лучеиспусканием в ккал/м2 час °С.

Величина коэфициента теплоотдачи конвекцией <хк зависит от ско­рости и температуры потока газов, от размеров труб и их расположе­ния по отношению к потоку.

Для получения величины ак требуется предварительно определить - скорость и температуру потока газов.

Площадь живого сечения 2л2 для прохода газов определяется по формулам:

1) газы текут внутри труб

тс di

2 = -^ плі*, (118)

где d„ —внутренний диаметр труб в м', п — число труб;

2) при продольном омывании труб снаружи

тс d2

2 = аЬ--------- (119)

где а и Ь — поперечные размеры газохода в свету в м; наружный диаметр труб в м

3) при поперечном омывании труб снаружи

2 == ab — n^dj м2, (120)

где п1 — число труб в одном ряду;

I — длина труб, омываемых газами, в м.

Имея величину площади живого сечения для прохода газов, можно определить расчетную скорость газов в трубах или в газоходе:

В * V2 tfiom “Ь 273 , / -і п і

w=moa • ■ - Ъ~ м/сек' (121>

где {пот—расчетная средняя температура газов в трубах или в газоходе. Расчетная температура газов определяется по формуле

tnom=bcp + M°C, (122)

где ^ер—средняя температура рабочего тела в °С.

Для парообразующих поверхностей средняя температура рабочего тела Ь равна температуре кипящей воды в котле tH, а для водяных экономайзеров — полусумме входной и выходной температур воды, т. е.

а ___________ о/-.

vcp 2

Температурный напор At (средняя разность температур газов, омы­вающих поверхность нагрева, и обогреваемого рабочего тела) опреде­ляется при > 1,5 по формуле

(123)

где — большая разность температур теплообменивающихся сред; Дt„ — меньшая разность температур.

После того как будут найдены все исходные величины, можно опре­делить значение коэфициента ак. Согласно нормам теплового расчета котла коэфициент ак определяется по номограмме I (см. приложение 1) при продольном омывании труб, по номограмме II (см. приложение 2) при поперечном омывании коридорно расположенных труб и по номо­грамме 111 (см. приложение 3) при поперечном омывании шахматно

расположенных труб.

Способ пользования номограммами показан на самих номограммах.

Величина эквивалентного диаметра d3 (номограмма I) определяется следующим образом:

1) при протекании газов внутри труб

йэ = йв м; (125)

2) при протекании газов снаружи труб

Г 026)

Средняя температура стенки tcm для испарительных поверхностей

принимается равной температуре кипения воды в котле при рабочем давлении

tcm = tH°C, (127)

а для экономайзерных — полусумме температур воды на входе и выходе из водяного экономайзера

tem= °С - (128>

При расчете локомобильных котлов паровозного типа и цилиндриче­ских необходимо брать данные, относящиеся к течению газов внутри труб.

При расчете конвективных поверхностей учитывается излучение трехатомных сухих газов (углекислоты и сернистого газа) и водяного пара. Коэфициенты теплоотдачи излучением трехатомных сухих газов а^°* и водяных паров а^° определяются по номограммам IV и V (см. при­ложения 4 и 5), где указан метод пользования ими.

При определении значений коэфициентов а^0* и а”*0 необходимы следующие данные:

1. Расчетная средняя температура газового потока, определяе­мая по формуле (122).

2. Средняя температура стенки t° которая находится для испаряю­щих поверхностей по формуле (127), а для водяных экономайзеров по формуле (128).

3. Парциальные давления трехатомных сухих газов />ROj ата и во­дяных паров р ата, которые подсчитываются по формулам (45) и (46).

4. Эффективная толщина излучающего слоя s м, которая для тече­ния газов по трубам принимается равной

s = de м, (129)

л для течения газов снаружи труб (при 3 < -* J 2 < 7 J

$ = 1,87(5! + S2)— 4,Ы„ М (130)

и (при 7 <:5і±А< із)

s = 2,82 (Si + S2) — 10,6 dH m, (131)

где S-y—шаг труб в одном ряду в м;

S2 — шаг труб между рядами в м.

5. Сила поглощения, равная произведению парциального давления на эффективную толщину излучающего слоя p. s м ата.

Коэфициент теплоотдачи от газов к стенке излучением

ал = _|_ а^=° ккал1м2час °С. (132)

После определения всех составляющих можно получить значение расчетного коэфициента теплопередачи по формуле

К — І - j—-—р = І —j—!--------- p ккал/мНас °С, (133)

а1 а-> % + ал а2

где £— коэфициент использования поверхности нагрева, учитывающий неполное омывание газами поверхности нагрева и ее вагрязне - ние.

Так как теплопроводность стали X = 40 ~50 ккал/м час °С, то при толщине дымогарных труб 8 = 0,003 — 0,005 м сопротивление переходу тепла через металл стенки ничтожно, и им всегда пренебрегают, т. е. считают - р~ 0.

11 Гарькуша и Юшина 649

В котлах и водяных экономайзерах, где рабочим телом является вода, коэфициент теплоотдачи от стенки к воде сс2=3000-^12 000 ккал/м^час°С,

и величиной — также можно пренебречь.

«2

Учитывая вышеизложенное, можно написать, что для испаряющих поверхностей нагрева и экономайзеров

/С~ £ах = (ак -f - ал) ккал/м2час °С. (134)

Для теплового расчета каждой части испаряющей поверхности на­грева пользуются основным уравнением теплопередачи (113) и уравне­нием теплового баланса данного элемента котла (115).

Целью конструкторского теплового расчета конвективной части котла является определение размеров конвективной поверхности нагрева данного элемента котла.

Для такого расчета должны быть известны: 1) часовой расход то­плива В кг; 2) объем продуктов сгорания Vг нм2; 3) температура t;

4) теплосодержание 1г ккал/кг газов, входящих в данный элемент котла.

Задаваясь температурой газов t°2 при выходе из элемента котла и конструкцией этого элемента, определяем искомую величину поверх­ности нагрева.

При проверочном тепловом расчете на основании конструктивных размеров элемента поверхности нагрева и непосредственных измерений при опытном исследовании находится количество тепла, передаваемого продуктами горения через данный элемент поверхности нагрева воде.

После теплового расчета всех отдельных элементов конвективной поверхности котла можно получить полное количество тепла QK ккал(кгу переданного воде для превращения ее в насыщенный пар с паросодер- жанием лг и отнесенного к 1 кг топлива:

Qk = QP + 2 Q ккал/кг, (135)

где 2 Q — тепло от сжигания 1 кг топлива, переданное воде через кон-
вективную поверхность нагрева котла в ккал/кг.

Количество влажного пара, испаряемое котлом за 1 час,

D = ,Q«B кгічас. (136)

iH — i i' + rx — i 1

Обозначения те же, что и в формулах (73), (92) и (93).