Проверочный расчет теплообмена в топке заключается в определении температуры продуктов сгорания на выходе из топки.
Уравнение для расчета теплообмена в топке:
(19)
Расчет теплообмена в топке и конвективной части выполняется в таблице 6.
Таблица 6. Проверочный расчет поверхностей нагрева
Величина | Расчет | ||||||||
№ п.п | Наименование | Обозначение | Ед. измер. | Метод определения | |||||
Расчет топки | |||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||||
1 | Полезное тепловыделение топки | QТ | кДж/м3 (кДж/кг) | Q · | |||||
2 | Адиабатная температу ра горения | qа Та | 0С 0К | табл.3 при QТ qа +273 | |||||
3 | Кинематический коэф фициент вязкости: |
|
| ||||||
- водяных паров | n | м2/с | прил. Б при qа | ||||||
- двухатомных газов | n | м2/с | прил. Б при qа | ||||||
- трехатомных газов | n | м2/с | прил. Б при qа | ||||||
- продуктов сгорания | nсм | м2/с | 1/ | ||||||
4 | Усредненные коэффициенты поглощения газов: |
|
| ||||||
- водяных паров | К | (МПа·м)-1 | прил. В при qа | ||||||
- трехатомных газов | К | (МПа·м)-1 | прил. В при qа | ||||||
5 | Объемная часть: |
|
| ||||||
- водяных паров | r | - | Табл..1
| ||||||
- двухатомных газов | r | - | Табл.1
| ||||||
- трехатомных газов | rRO2 | - | Табл.1
| ||||||
6 | Коэффициенты поглощения газов: |
|
| ||||||
- водяных паров | (МПа·м)-1 | К · r | |||||||
- трехатомных газов | (МПа·м)-1 | К · rRO2 | |||||||
7 | Суммарный усредне- нный коэффициент поглощения газов для газообразного и жидкого топлива | м-1 | [( · )/( + )]Р | ||||||
8 | Суммарный объем продуктов сгорания | Vг | м3/м3 (м3/кг) | табл.1 | |||||
9 | Число Рейнольдса | Re | - | ||||||
10 | Критерий Бугера: | Вu | - |
| |||||
- природный газ и жидкое топливо |
| ||||||||
- твердое топливо |
|
| |||||||
11 | Коэффициент тепловой эффективности повер- хностей нагрева | x | - | Ф.14, 14а
| |||||
12 | Параметр: | s | - |
| |||||
- горелки при dг=dе |
| 1 | |||||||
- горелки при dг<dе |
| ||||||||
13 | Энтальпия стенки | Іст | кДж/кг (кДж/м3) | Табл.3 при tст=(t1 +t2)/2 | |||||
14 | Коэффициент интегрального теплопереноса | КТ | - | ф.19
| |||||
15 | Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки | І | кДж/кг (кДж/м3) | из КТ = | |||||
16 | Температура продук- тов сгорания на выходе из топки | q | 0С | табл. 3 при І | |||||
17 | Тепловосприятие топки | Q | кДж/кг
(кДж/м3) | КТ (QТ - І ) | |||||
18 | Полное тепловосприятие | QП | кВт | ВР× Q | |||||
19 | Степень черноты загрязненной лучевоспринимающей поверхности | аз |
- | 1- е | |||||
Расчет конвективной части | |||||||||
1 | Температура продук- тов сгорания на входе | q | 0С | Из расчета топки q = q | |||||
2 | Энтальпия продуктов сгорания на входе | І | кДж/кг (кДж/м3) | Из расчета топки І =І | |||||
3 | Температура продук- тов сгорания на выходе | q | 0С | Одноходовый q = qвід; Многоходовый принимается | |||||
4 | Энтальпия продуктов сгорания на выходе | І | кДж/кг (кДж/м3) | Табл..3 при q | |||||
5 | Средняя температура продуктов сгорания | qср | 0С
| 0,5 (q +q ) | |||||
6 | Средняя температура воды | tср | 0С
| 0,5 (t1 +t2) | |||||
7 | Больший температур- ный напор | Dtб | 0С | q - tср | |||||
8 | Меньший температур- ный напор | Dtм | 0С | q - tср | |||||
9 | Средний температур- ный напор | Dt | 0С | ||||||
10 | Коэффициент использования поверхности | z | - | - прямой вход продуктов сгорания z=1; - поворот потока на 900 z=0,95. | |||||
11 | Толщина слоя накипи на поверхности труб | d | м | Для новых труб d=0 | |||||
12 | Коэффициент теплопроводности слоя накипи | l |
Вт/м 0С | 0,08-3,14: меньшее значение для силикатов, большее для гипса и известки | |||||
13 | Объемная часть: |
|
| ||||||
-двухатомных газов | r | - | Табл.1 при aК | ||||||
- трехатомных газов | rRO2 | - | Табл.1 при aК | ||||||
- водяных паров | r | - | Табл.1 при aК | ||||||
-продуктов сгорания | rn | - | Табл.1 при aК | ||||||
14 | Кинематический коэффициент вязкости: |
|
| ||||||
- водяных паров | n | м2/с | прил. Б при qср | ||||||
- двухатомных газов | n | м2/с | прил. Б при qср | ||||||
- трехатомных газов | n | м2/с | прил. Б при qср | ||||||
- продуктов сгорания | nсм | м2/с | 1/ | ||||||
15 | Усредненные коэффициенты поглощения газов: |
|
| ||||||
- водяных паров | К | МПа·м-1 | прил. В при qср | ||||||
- трехатомных газов | К | МПа·м-1 | прил. В при qср | ||||||
16 | Коэффициенты поглощения газов: |
|
| ||||||
- водяных паров | МПа·м-1 | К · r | |||||||
- трехатомных газов | МПа·м-1 | К · rRO2 | |||||||
17 | Суммарный усреднен-ный коэффициент поглощения газов | м-1 | [( · )/( + )]Р | ||||||
18 | Эффективная толщина излучающего слоя | de | м | При протекании среды внутри трубы de= dвн
| |||||
19 | Степень черноты пото ка продуктов сгорания | а | - | ||||||
20 | Коэффициент теплоот дачи излучением | aл | Вт/(м2 0С) | ||||||
21 | Скорость продуктов сгорания на входе в конвективную поверхность | w | м/с | ||||||
При w < 6,5 м/с |
|
| |||||||
22 | Коэффициент тепло дачи конвекцией | a | Вт/(м2 0С) | 5 + 2,55× w | |||||
23 | Скорость продуктов сгорания в конвект. поверхности | wк | м/с
| ||||||
24 | Число Рейнольдса | Rе | - | ||||||
25 | Коэффициент теплоот дачи конвекцией при wк > 6,5 | aк | Вт/(м2 0С) | ||||||
26 | Коэффициент загрязнения | j | - | Для газообразного топлива j=0 Для других видов топлива j определяется по рис.1 | |||||
27 | Расчетный коэффициент загрязнения | j1 | - | j +dн/lн | |||||
28 | Коэффициент теплопередачи конвективной поверхности | к | Вт/(м2 0С) | ||||||
29 | Количество теплоты, переданное конвект. поверхности | Q | кВт | кНDt/1000 | |||||
30 | Количество теплоты, переданное конвект. поверхности по балансу | Q | кВт | Вр(І - І + Da×І ) | |||||
Рисунок 1. Зависимость коэффициента загрязнения от скорости газового потока и вида топлива
1-бурые и каменные угли;
2-дрова и торфяные брикеты;
3-антрацит, каменный уголь и др. с Vл<25%;
4-топливо печное бытовое.
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
600 |
800 |
1000 |
1200 |
1400 |
а =0,14 |
а =0,17 |
а =0,26 |
а =0,23 |
Т, оК |
Ск |
Рисунок 2. Коэффициент корреляции Ск
“а” – степень черноты продуктов сгорания в конвективной части
Приложение А - Основные характеристики топок автономных теплогенераторов на газообразном и жидком топливе.
Показатель
| Тип горелочного устройства на топливе
| |||||||||||||
Газообразном
| жидком ТПБ-А
| |||||||||||||
Неполного предыдущего смешивания
| Полного предыдущего смешивания
| Инфракрасные горелки
| Ротационные горелки
| Выпарные с жаровой трубой
| Полного предыдущего испарения топлива
| |||||||||
Тепловая нагрузка топочного объема, МВт/м3
| 0,65...0,8
| 0,85...1,0
| 0,9…1,0
| 0,5…0,6
| 0,45...0,55
| 0,60...0,80
| ||||||||
Коэффициент избытка воздуха a
| 1,2...1,25
| 1,05...1,10
| 1,05...1,10
| 1,15…1,3
| 1,3…1,45
| 1,1...1,25
| ||||||||
Потеря теплоты от химического недожога q3 %
| 0,2...0,50
| 0...0,25
| 0,1...0,3
| 0,3...0,6
| 0,3...0,5
| 0,2...0,35
| ||||||||
Коэффициент эффективности поверхности нагрева z | 0,85 | 0,85 | 0,85 | 0,75 | 0,75 | 0,8 | ||||||||
Примечание. Для высокотемпературных поверхностей и жарового настила z = 0,2; для футерованных поверхностей нагрева z =025
Приложение Б - Кинематический коэффициент вязкости газов в зависимости от температуры
Т, °К
| n • 106, м2/с
| |||||
СО2 | Н2О | N2 | воздух
| продукты горения
| ||
Газообразного топлива среднего состава a= 1,3 | ТПБ среднего состава a = 1,35 | |||||
573 673 873 1073 1273 1400 1600 1800 2000 2200 2400 | 27,1 37,4 58,3 85,3 116 128,9 160,9 195,7 233,0 272,8 315,1 | 44,3 69,5 99,8 147 204 368,5 462,2 562,5 670,1 785,6 911,6 | 48,7 60,9 94,3 133,4 177,8 200,9 251,3 305,0 362,7 424,3 489,6 | 48,2 67,8 96,8 135 178 206,2 254,0 307,3 362,8 423,3 486,9 | 45,81 60,38 93,6 131,8 174,3 198,1 245,3 294,5 346,8 404,5 467,2 | 193,6 239,3 287,0 337,3 392,6 453,4 |
Приложение В - Коэффициенты поглощения Н2О и СО2 усреднены за Росселандом в зависимости от температуры при общем давлении 0,1 МПа
|
|
Температура газа, К
| Коэффициент поглощения газа, К (МПа-м)-1
| |
Н2О | СО2 | |
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 | 839,7 736,0 704,8 662,1 708,8 765,4 843,1 941,3 1052,7 | 1302,2 736,8 508,2 410,9 372,1 356,0 358,9 369,1 384,8 |
Дополнение Д - Тепловая эффективность поверхностей нагрева топок для твердого топлива
Вид поверхности
| Коэффициент тепловой эффективности z
| ||
Антрацит, полуантрацит, каменные угли Т и др. Vл<25% | Каменные, бурые угли, л Vл >25% | Дрова, торфяные брикеты | |
Охлаждаемые поверхности нагрева, не закрытые футеровкой вне слоя топлива То же в пределах слоя топлива Тепловоспринимающие поверхности жарового настила и вторичные излучатели Футеровочные поверхности нагрева при толщине футеровки δ =20...25 мм: вне слоя топлива в пределах слоя топлива | 0,65 0.7 0,25 0.25 0,35 | 0,55...0.5 0,6...0,55 0,22 0.25 0,3 | 0.6 0.6 0.25 0,25 0,25 |
Примечание. Значение коэффициента ζ приведены для всех видов угля
Приложение Е – Характеристики теплогенераторов для твердого топлива
№ п.п
| Показатель
| Горизонтальная колосниковая решетка
| Шахтная топка с углом наклона решетки, близким к углу природного откоса | Шахтная топка с горизонтальной решеткой
| Шахтная топка с наклоном решетки больше угла естественного откоса
| |||||||||
Вид топлива
| ||||||||||||||
Вид топлива
| ||||||||||||||
Сортирован.
| Рядовое
| Вид топлива
| ||||||||||||
Сортирован.
| Рядовое
| Вид топлива
| ||||||||||||
Мало- зольные угли
| Камен.и бурые угли
| Дрова
| Сортирован.
| Рядовое
| ||||||||||
Кокс, антра-цит
| Камен.и бурые угли
| Камен. угли
| Бурые угли | Дрова, торф. брикет.
| ||||||||||
Кокс, антра--цит | Камен. и бурые угли | Малозольные угли
| ||||||||||||
1 | Тепловая нагрузка топочного объема qV,* кВт/м3 | |||||||||||||
2 | Тепловая нагрузка зеркала горения qR кВт/м2 | |||||||||||||
3 | Коэффициент избытка воздуха a** | 1,6 – 1,8
| 1,8 – 2,0
| 2,0-2,2 | 1,6 – 1,8
| 1,6- 1,8 | 1,8-2,1 | 2,2 | 1,6-1,7 | 1,8-1,9 | ||||
4 | Потери от механического недожега q4, %*** | 4 - 8 | 4 - 9 | 8 - 13 | 8 - 12 | 0,8-1,5 | 5 - 9 | 5 - 9 | 4 - 8 | 8 - 12 | 0,8-1,5 | 4 - 8 | 4 - 10 | |
5 | Потери от химического недожега q3, %*** | 1,5–2,5 | 2-4 | 2-3,5 | 2-4 | 2,5-4,5 | 1,5-3,0 | 1,5-3,0 | 1,5-3,0 | 1,5-4,0 | 2,5-4,5 | 1,5-2,5 | 2,0-2,5 |
*мислитель - для нефутерованных топок с естественной тягой и разрежением в топке 10 Па, знаменатель – для футерованных топок и разрежением в топке 20 Па
**при работе с увеличенным слоем топлива с целью обеспечения работы без обслуживания более чем 6 часов.
***средние значения за весь период работы топки длительного горения
Приложение З – Средний состав природного газа, его теплота сгорания, плотность, объемы воздуха и продуктов сгорания при a=1
Газопровод
|
Состав газа % по объему
|
, МДж/м3 |
ρ, кг/м3 | Vо | ||||||||||
СН4 | С2Н6 | С3Н8 | С4Н10 | С5Н12 и более | N2 | СО2 | м3/м3
| |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
Брянск – Москва Бухара – Урал Газли – Каган – Ташкент | 92,8 94,2 94,0 | 3,9 2,5 2,8 | 1,1 0,4 0,4 | 0,4 0,2 0,3 | 0,1 0,1 0,1 | 1,6 2,6 2,0 | 0,1 – 0,4 | 37,31 36,17 36,26 | 0,775 0,752 0,751 | 9,91 9,54 9,64 | 1,06 1,01 1,03 | 7,84 7,56 7,64 | 2,2 2,14 2,16 | 11,11 10,72 10,83 |
Газли – Каган Гоголево – Полтава Дашава – Киев | 95,4 85,8 98,9 | 2,6 0,2 0,3 | 0,3 0,1 0,1 | 0,2 0,1 0,1 | 0,2 0 0 | 1,1 13,7 0,4 | 0,2 0,1 0,2 | 36,59 30,98 35,88 | 0,750 0,789 0,712 | 9,72 8,26 9,52 | 1,04 0,87 1,00 | 7,69 6,66 7,52 | 2,18 1,86 2,15 | 10,91 9,39 10,68 |
Джаркак – Ташкент Игрим – Пунга – Серов – Нижний Тагил | 95,5 95,7 | 2,7 1,9 | 0,4 0,5 | 0,2 0,3 | 0,1 0,1 | 1,0 1,3 | 0,1 – | 36,68 36,47 | 0,748 0,741 | 9,74 9,68 | 1,04 1,03 | 7,70 7,66 | 2,18 2,17 | 10,92 10,86 |
Карабулак – Грозный Карадаг – Тбилиси – Ереван Коробки – Жирное – Камишин | 68,5 93,9 81,5 | 14,5 3,1 8,0 | 7,6 1,1 4,0 | 3,5 0,3 2,3 | 1,0 0,1 0,5 | 3,5 1,3 3,2 | 1,4 0,2 0,5 | 45,85 37,09 41,45 | 1,036 0,766 0,901 | 12,21 9,85 | 1,41 1,05 1,22 | 9,68 7,79 8,68 | 2,54 2,19 2,35 | 13,63 11,04 12,25 |
Коробки – Лог – Волгоград Кумертау – Ишимбай – Магнитогорск | 93,2 81,7 | 1,9 5,3 | 0,8 2,9 | 0,3 0,9 | 0,1 0,3 | 3,0 8,8 | 0,7 0,1 | 35,84 36,80 | 0,766 0,858 | 9,51 9,74 | 1,02 1,06 | 7,54 7,79 | 2,13 2,13 | 10,69 10,98 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
Первомайск – Сторожевка Промысловка – Астрахань | 62,4 97,1 | 3,6 0,3 | 2,6 0,1 | 0,9 0 | 0,2 0 | 30,2 2,4 | 0,1 0,1 | 28,30 35,04 | 0,952 0,733 | 7,51 9,32 | 0,82 0,98 | 6,24 7,38 | 1,64 2,11 | 8,70 10,47 |
Рудки – Минск – Вильнюс Рудки – Самбор Саратов – Н.Новгород | 95,6 91,9 | 0,7 2,1 | 0,4 1,3 | 0,2 0,4 | 0,2 0,1 | 2,8 3,0 | 0,1 1,2 | 35,51 36,13 | 0,740 0,786 | 9,45 9,57 | 1,0 1,03 | 7,49 7,59 | 2,12 2,13 | 10,62 10,75 |
Саратов – Москва Саушино – Лог – Волгоград | 78,2 96,1 | 4,4 0,7 | 2,2 0,1 | 0,7 0,1 | 0,2 0 | 14,2 2,8 | 0,1 0,2 | 34,16 35,13 | 0,879 0,741 | 8,99 9,32 | 0,98 0,98 | 7,25 7,39 | 1,98 2,10 | 10,20 10,48 |
Серпухов – Ленинград Средняя Азия – Центр Ставрополь – Невиномыск – Грозный | 89,7 93,8 98,2 | 5,2 3,6 0,4 | 1,7 0,7 0,1 | 0,5 0,2 0,1 | 0,1 0,4 0 | 2,7 0,7 1,0 | 0,1 0,6 0,2 | 37,43 37,56 35,63 | 0,799 0,776 0,728 | 10,0 9,91 9,47 | 1,08 1,07 1,0 | 7,93 7,84 7,49 | 2,21 2,21 2,14 | 11,22 11,11 10,63 |
Ставрополь – Москва: 1-а нитка 2-а нитка 3-я нитка | 93,8 92,8 91,2 | 2,0 2,8 3,9 | 0,8 0,9 1,2 | 0,3 0,4 0,5 | 0,1 0,1 0,1 | 2,6 2,5 2,6 | 0,4 0,5 0,5 | 36,09 36,55 37,01 | 0,764 0,772 0,786 | 9,58 9,68 9,81 | 1,02 1,04 1,06 | 7,60 7,67 7,78 | 2,14 2,16 2,18 | 10,76 10,86 11,01 |
Угерско –Стрый, Угерско – Гнездичи – Киев, Угерско – Львов Урицк – Сторожевка | 98,5 91,9 | 0,2 2,4 | 0,1 1,1 | 0 0,8 | 0 0,1 | 1,0 3,2 | 0,2 0,5 | 35,50 36,47 | 0,722 0,789 | 9,43 9,70 | 0,99 1,04 | 7,46 7,70 | 2,13 2,16 | 10,59 10,89 |
Щебелинка – Острогожск, Щебелинка – Днепропетровск, Щебелинка – Харьков | 92,8 | 3,9 | 1,0 | 0,4 | 0,3 | 1,5 | 0,1 | 37,31 | 0,781 | 9,96 | 1,07 | 7,88 | 2,21 | 11,16 |
Продолжение приложения З
Газопровод
| Состав газа % по объему
| Теплота сгоран. сухого газа , МДж/м3
| Плот-ность ρ, кг/м3
| Объемы воздуха и продуктов сгорания α=1
| ||||||||||||
СН4 | С2Н6 | С3Н6 | С4Н10 | С5Н12 и более | N2 | СО2 | Н2S | О2 | Vо | |||||||
м3/м3
| ||||||||||||||||
Карадаг ГВЗ Туймаз – Уфа | 96,1 55,0 | 2,9 22,0 | 0,8 9,8 | 0,1 1,2 | 0,1 0,4 | – 16,6 | – – | – – | – – | 37,26 43,04 | 0,751 1,095 | 9,89 11,28 | 1,05 1,30 | 7,81 9,08 | 2,21 2,32 | 11,08 12,70 |
Шкапово – Туймаз Вознесенская – Грозный, Карабулак – Грозный | 44,1 76,7 | 22,0 13,2 | 5,2 5,4 | 1,4 2,5 | 0,3 2,2 | 27,0 – | – – | – – | – – | 36,63 47,02 | 1,095 0,971 | 9,65 12,40 | 1,11 1,40 | 7,89 9,79 | 1,99 2,60 | 10,99 13,8 |
Кулешовка – Куйбышев Безенчук – Чапаевск | 58,0 42,7 | 17,2 19,6 | 7,4 12,6 | 2,0 5,1 | 0,5 1,3 | 13,6 16,9 | – 1,0 | 0 0 | 0,5 0,8 | 41,74 46,98 | 1,052 1,196 | 10,99 12,46 | 1,26 1,48 | 8,82 10,01 | 2,28 2,49 | 12,37 13,98 |
На входе в гг. Краснодар Крымск – Новороссийск Каменный Лог –Пермь Ярино –Пермь | 91,2 38,7 38,0 | 3,9 22,6 25,1 | 2,0 10,7 12,5 | 0,9 2,7 3,3 | 0,2 0,7 1,3 | – 23,8 18,7 | 1,8 – – | – 0,8 1,1 | – – – | 38,27 42,37 46,89 | 0,81 1,196 1,196 | 10,16 11,13 12,33 | 1,11 1,31 1,47 | 8,03 9,03 9,93 | 2,24 2,24 2,46 | 11,38 12,58 13,86 |
Приложение І – Удельные энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м3)
J,0С | сJв | сJRO | сJN | сJН О | сJзл |
30 | 39 | ||||
100 | 132 | 169 | 130 | 151 | 81 |
200 | 266 | 357 | 260 | 304 | 169 |
300 | 403 | 559 | 392 | 463 | 264 |
400 | 542 | 772 | 527 | 626 | 360 |
500 | 684 | 996 | 664 | 794 | 458 |
600 | 830 | 1222 | 804 | 967 | 561 |
700 | 979 | 1461 | 946 | 1147 | 663 |
800 | 1130 | 1704 | 1093 | 1335 | 768 |
900 | 1281 | 1951 | 1243 | 1524 | 874 |
1000 | 1436 | 2202 | 1394 | 1725 | 984 |
1100 | 1595 | 2457 | 1545 | 1926 | 1096 |
1200 | 1754 | 2717 | 1695 | 2131 | 1206 |
1300 | 1931 | 2976 | 1850 | 2344 | 1360 |
1400 | 2076 | 3240 | 2009 | 2558 | 1571 |
1500 | 2239 | 3504 | 2164 | 2779 | 1758 |
1600 | 2403 | 3767 | 2323 | 3001 | 1830 |
1700 | 2566 | 4035 | 2482 | 3227 | 2066 |
1800 | 2729 | 4303 | 2642 | 3458 | 2184 |
1900 | 2897 | 4571 | 2805 | 3668 | 2385 |
2000 | 3064 | 4843 | 2964 | 3926 | 2512 |
2100 | 3239 | 5115 | 3127 | 4161 | 2640 |
2200 | 3399 | 5387 | 3290 | 4399 | 2760 |