Конвективной поверхностью нагрева проектируемого котла является поверхность 15 дымогарных труб с внутренним диаметром de = 64 мМ. Цель теплового расчета — определение величины этой поверхности.

Продукты горения поступают из топки в дымогарные трубы с тем­пературой £1==£0=765о С, имея теплосодержание = /0 = 1299 ккал/кг.

Вся поверхность нагрева котла должна передать рабочему телу — воде тепло для превращения 245 кг воды во влажный пар с паросо - держанием х = 0,97.

Определим количество тепла, передаваемого воде для ее подогрева до кипения и испарения. Для этой цели имеем следующие данные:

1) теплосодержание воды при поступлении в котел і" = 76 ккал/кг;

2) теплосодержание кипящей воды в котле при рабочем давлении (по таблицам пара или диаграмме I — s) і' = 197,3 ккал/кг; скрытая теплота парообразования г = 468,9 ккал/кг; паросодержание х = 0,97.

Итак, количество тепла от 1 кг сожженного топлива, которое должна получить вода в котле,

Q^D(i'±rx.-n = Щі»~П ккафг. (147)

после подстановки данных имеем

^ 245(197,3 + 0,97.468,9 — 76,0) 245(652,1 —76,0)

Чк ~ 120 ~ 120

= 1176,2 ккал/кг.

Так как газы, проходя по дымогарным трубкам, могут передавать тепло только воде, то вода должна получить также и то тепло, которое будет потеряно внешней поверхностью котла в окружающую среду. Уравнение (115) для этого случая напишется так:

Q=/1-/2 = /0-/„.n, (148)

и Иатр = 0.

После подстановки получим

Q = 1176,2 + 0,055 • 2363 — 877,4 == 1176,2 + 130,0 — 877,4 =

= 428,8 429 ккал/кг.

По формуле (148) после ее преобразования можно определить тепло-

содержание газов, выходящих из дымогарных труб в паропе­регреватель:

h — In п=/0 — Q ккал/кг, (150) и после подстановки

/2 = 1299 — 429 =

= 870 ккал/кг.

Это теплосодержание газов (по диаграмме I — t на фиг. 68) соответствует температуре t% = = *„.„= 528° С.

Тепловой расчет конвектив­ной поверхности нагрева сво­дится к определению ее вели­чины, способной получить от продуктов сгорания и передать воде 429 ккал на каждый ки­лограмм сожженного топлива согласно общему уравнению теплопередачи (113):

BQ = Нтр • Ктр ■ М ккал/час.

A t6 A tu

Расчетная средняя температура потока газов в трубах по фор­муле (122) будет равна

tnom — &ср + А£ С,

где ьср = tH — 194°, тогда

tnom = 194+ 442 = 636° С.

Температура стенки в котельных поверхностях нагрева принимается равной температуре рабочего тела:

tcm = K=tH= 194° С.

Площадь живого сечения рассчитываемого газохода, т. е. дымогар­ных труб, найдем по формуле (118):

it-0,0642 , _ nn.0 -

п — —l— 15 — 0,048 м2.

Расчетную среднюю скорость потока газов подсчитаем по фор­муле (121):

Используя имеющиеся даннные tnom — 636°, w — 10,94 м/сек, d3~de — 64 мм и tcm = 194°, найдем по номограмме I (см. прило­жение 1) величину коэфициента теплоотдачи конвекцией:

<хк — 24,9 ккал/м2час °С.

Парциальное давление трехатомных газов определяем по формуле (45):

'''ко, _ 0,48 ^RO, Уг ~ 4,73

а водяных паров — по формуле (46):

Сила поглощения, равная произведению парциального давления р на эффективную толщину излучающего слоя s м (для протекания газа внутри трубок 5 = de), имеет значение:

1) для сухих трехатомных газов

pROj-5 = 0,101-0,064 = 0,0065 ата-м;

2) для водяных паров

Ph, o's = 0,192-0,064 = 0,0123 ата м.

По номограммам IV и V (см. приложения 4 и 5) находим значения ■коэфициентов теплоотдачи лучеиспусканием:

аК°2 = 2,9 ккал/мНас °С, ан,° = 2,6 ккал)мас °С.

и их сумму ал = 2,9-|-2,6=5,5 ккал/мгчас °С.

Учитывая загрязнения поверхности нагрева (сажа, накипь) коэфи- циентом использования ij = 0,73, получим значение расчетного коэфи - циента теплопередачи по формуле (134):

Ктр = fei = £ (а, + ал) = 0,73(24,9 + 5,5) = 0,73-30,4 =

= 22,2 ккал/мгчас °С.

При выборе величины коэфициента £ необходимо использовать ма­териалы испытаний котлов того же типа, что и проектируемый.

Теперь, когда все исходные данные найдены, можно определить величину необходимой конвективной поверхности нагрева по фор­муле (ИЗ):

BQ = Нтр - КтрЫ ккал/час.

На основании этой формулы можно написать:

Ятр = -~7Т л2, (151)

^ тр' ^

и после подстановки получим

В котле локомобиля П-25 конвективная поверхность нагрева имеет величину Нтр = 5,27 ж2.

Теплонапряженность конвективной поверхности нагрева будет иметь значение

BQ 120-429 „ооп , -

- = ■ -- — =9820ккал м2час.

Нтр 5,24

Сравнивая теплонапряженность радиационной и конвективной по­верхностей нагрева, можно сделать заключение о большей эффектив­ности радиационных поверхностей нагрева.

Получив величину Нтр, можно определить длину труб между решетками L м, применяя формулу (116).