Расчет теплообмена в топке и конвективной части

 

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

прил. Б при qа

 
  - двухатомных газов   n

м2

прил. Б при qа

 
  - трехатомных газов   n

м2

прил. Б при qа

 
  - продуктов сгорания   nсм

м2

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

м33

3/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

 
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

прил. Б при qср

 
  - двухатомных газов   n

м2

прил. Б при qср

 
  - трехатомных газов   n

м2

прил. Б при qср

 
  - продуктов сгорания   nсм

м2

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    

-

 
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 + 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

 

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

м33

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  

м33

 

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  

 

 







Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



double arrow
Сейчас читают про: