V I . Поверочный расчёт фестона.

 

6.1.) В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из топки расположен трёхрядный испарительный пучок, образованный трубами заднего топочного экрана, с увеличенным поперечными и продольными шагами и называемый фестон. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона.

       Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном  при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки.

6.2) По чертежам парового котла составляют эскиз фестона.

6.3) По чертежам парового котла составляем таблицу:

 

Наименование величин	Обозн.	Раз-ть	Ряды фестона				Для всего фестона
			1	2	3
Наружный диаметр труб	d	м	0,06
Количество труб в ряду	Z1	--	16	16	16		--
Длина трубы в ряду	LI	м	4,375	4,375	4,4		--
Шаг труб:            Поперечный	S1	м	0,24	0,24	0,24		0,24
Продольный	S2	м	--	0,22	0,22		0,22
Угловой коэф фестона	Хф	--	--	--	--		1
Расположение труб	--	--	Шахматное
Расчётная пов-ть нагрева	H	М2	13,1947	13,1193	13,2701		39,5841
Размеры газохода: Высота	aI	м	4,37	4,325	4,075		--
Ширина	B	м	4,28	4,28	4,28		--
Площадь живого сечения	F	М2	14,764	14,539	13,553		14,1585
Относительный шаг труб Поперечный	S1/d	--	4	4	4		4
Продольный	S2/d	--	--	3,667	3.667		3.667
Эффективная толщина излучающего слоя	Sф	м	--	--	--		0,95441

 

       Длину трубы в каждом ряду L_i определяем по осевой линии трубы с учётом её конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию барабана до точки перечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската горизонтального газохода. Количество труб в ряду Z₁ определяют по эскизу, выполнив по всей ширине газохода разводку труб экрана в фестон.

Поперечный шаг S₁ равен утроённому или уетверённому шагу заднего экрана топки, если этот экран образует соответственно три или четыре ряда фестона. Поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольные шаги S₂^ср в целом определяем как среднее арифметическое значение, т.к поверхности нагрева рядов близки между собой.

Принимаем Х_ф = 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя

(в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт.

       По S₁^ср и S₂^ср определяем эффективную толщину излучающего слоя фестона S_ф

 

 

 

6.4) Расположение труб в пучке – шахматное, омывание газами – поперечное (угол отклонения потока от нормали не учитываем). Высоту газохода ‘а’ определяют в плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Ширина газохода ‘b’ одинакова для всех рядов фестона, её определяют как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого боковых экранов.

6.5) Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:

F_i = a_i×b - Z₁× l_iпр×d; где l_iпр – длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб расчитываемого ряда.

F_ср находим как среднее арифметическое между F₁ и F₄.

6.6) Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации, т.е гибов в пределах фестона:

Н_i = p×d×Z_1i× l_i; где Z_1i – число труб в ряду; l_i – длина трубы в ряду по её оси.

       Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:

Н_i = Н₁ + Н₂ + Н₃ = 13,194+13,119+13,2701= 39,5841 м;

На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона:

Н_доп = х^б×F_ст Þ Н_i^I = Н_ф + Н_доп = 39,5841 + 2,8288^.0,905 = 42,1295 м;

6.7) Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.

6.8)

Ориентировачно принимают температуру газов за фестоном на 30¸100⁰С ниже, чем перед ним:

 

Наименование величин	Обозначение	Размерность	Величина
Температура газов перед фестоном		0С	1067,85
Энтальпия газов перед фестоном		Ккал/кг	4680,622
Объёмы газов на выходе из топки  при a¢¢т	Vг	м3/кг	11,893
Объёмная доля водяных паров	rH2O	--	0,1883
Объёмная доля трёхатомных газов	rRO2	--	0,2707
Концентрация золы в газоходе	mзл	кг/кг	----
Температура состояния насыщения  при давлении в барабане Рб=45кгс/см2	tн	0С	257,41

 

Для                                              находим энтальпию газов за фестоном

и по уравнению теплового баланса определяем тепловосприятие фестона:

 

6.9) Уравнение теплопередачи для всех поверхностей нагрева записывают в следующем виде:

Где k—коэффициент теплопередачи,Dt—температурный напор,

 Н—расчётная поверхность нагрева.

6.9.1) При сжигании газа коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

 

 

Где a_к—коэффициент теплоотдачи конвекцией; a_л—коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке; y -- коэффициент тепловой эффективности поверхности; x = 1;

 

6.9.2) Для определения a_к—коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб рассчитаем среднюю скорость газового потока:

 

y для фестона при скорости газов 3,0827 м/с равен 0,85;

       Для нахождения a_к по номограммам определяем a_н=30,8 ккал/м²×ч×^оС и добавочные коэффициенты: С_z=0,98; С_ф=1,022; С_s=0,94; Þ a_к = a_н×С_z×С_ф×С_s = 38×0,92×0,97×0,94 = 31,9 ккал/м²×ч×^оС;

6.9.3)

Для нахождения a_л используем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:

Для незапылённой поверхности k×p×S = k_г×r_n×S×p, где р = 1кгс/ см²; r_n=0,2707;

 

р_n×S = r_n×S = 0,9544×0,2707 = 0,2583;

       По номограмме находим k_г = 1,037; Þ

           

По номограмме находим С_г=1; a_н=155,814 ккал/м²×ч×^оС; Þ a_л = a_н×а×С_г =155,814×1×0,1526=23,78 ккал/м²×ч×^оС;

 

6.9.4)  

 

           

Находим температурный напор:

 

6.10) Если тепловосприятия фестона по уравнениям теплового баланса и теплопередачи отличаются менее чем на 5%, то температура за фестоном задана правильно:

 

т.о поверочный расчёт выполнен.