Технические науки/5. Энергетика

к.т.н. Булатбаев Ф.Н.

магистрант Карпова Н. В.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Автоматизированный тепловой и конструктивный расчет характеристик гладкотрубных экономайзеров

Расчет геометрических характеристик экономайзеров является трудоемкой задачей, включающей привлечение табличных данных по физическим свойствам воды и дымовых газов, номограмм для определения степеней черноты углекислого газа, водяного пара, поправочного коэффициента. Отдельные стадии расчета представляют собой итерационные алгоритмы.

Методика теплового расчета характеристик гладкотрубных экономайзеров основывается на использовании баланса теплоты, переданной дымовыми газами и воспринятой водой:

Q₂ = Fkt · tl = Qw = Gwcpw (tw₂ − tw₁)

Коэффициент теплоотдачи для турбулентного режима течения воды определялся по формуле М. А. Михеева. [1]

В связи с тем, что число рядов вдоль потока неизвестно, расчет велся для третьего ряда по формуле коэффициента теплоотдачи от дымовых газов к трубам:

Nu_g= 0,41ε_s Re^0,6 Pr_g^0,33, α_g3=λ_g Nu _g / d₂.

В приближенных методиках для упрощения расчета делается ряд допущений (температура стенки трубы близка к температуре воды и меньше на 20°С среднеарифметической температуры дымовых газов, замена перекрестноточной схемы движения теплоносителей на противоточную и цилиндрической стенки на плоскую при расчете коэффициента теплопередачи), которые вносят определенную погрешность в результат.

Предлагаются следующие приемы, позволяющие автоматизировать процедуру расчета геометрических характеристик экономайзера и повысить точность. Учитывая то обстоятельство, что изменения температур дымовых газов и воды в экономайзере достаточно узки, для учета зависимости теплофизических свойств от температуры применен интерполяционныймногочлен Лагранжа второй степени [2].

Коэффициент лучистой теплоотдачи:

α_r= 5,13ε_gT_g³₁[1−(T_sz / T_g1)ⁿ]/(1−T_sz / T_g1)

Коэффициент теплопередачи от дымового газа к воде учитывал кривизну стенки трубы:

P=(t₁₁− t₁₂)/(t₁₁− t₂₁); R =(t₂₂− t₂₁)/(t₁₁− t₁₂).

Описанный алгоритм был реализован в среде «TurboPascal».

В таблице 1 приведены результаты расчета характеристик экономайзера.

Таблица 1

Результаты расчета	Q, МВт	Коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи, Вт/м^2				t, °С	F, м2	n, шт	lz1, м
		α2,	α1,	αr,	kt,
Краснощеков	42	4550	81,6	9,9	88,3	447	1070	86	77,5
На ПК	41,96	4708	83,6	11,4	93,0	441,7	1021,4	85	75,0

Методика «ручного» расчета характеристик экономайзера, в которой учитываются свойства сжигаемого топлива, изгибы труб и т. д., используемая в расчетах паровых котлов весьма трудоемка. В ходе ее реализации возникает необходимость использования табличных данных для термодинамических свойств воды, физических характеристик продуктов сгорания, коэффициента тепловой эффективности водяного экономайзера.

В ходе автоматизации описанной методики зависимость удельного объема и энтальпии воды учитывались по интерполяционным формулам:

v =A_w+B_w p₁+C_w p₁²+D_w p₁⁴, p₁=5− p /10, (м³/кг);

h_w=E_w+F_w p₁+G_w p₁²+ K _w p₁⁴, (кДж/кг).

Поскольку интенсивность передачи теплоты от дымовых газов к воде невысока, то для увеличения поверхности теплообмена трубы экономайзеров снабжаются поперечным оребрением с наружной стороны. В результате экономайзеры становятся компактнее, чем гладкостенные.

При проектировании таких теплообменников актуальными являются вопросы определения их рациональных геометрических параметров. Взависимости от назначения теплообменника к нему предъявляется ряд дополнительных требований.

При «ручных» расчетах используются номограммы для нахождения α_k, E_p, что вносит погрешность в результат. Для автоматизации подобной работы была составлена программа расчета характеристик оребренных экономайзеров. Значение α_k вычислялось по формуле, из нормативного метода, учитывающей высоту и шаг ребра. Расчет значений модифицированных функций Бесселя производился по интерполяционным формулам. Осуществлялось сравнение участков вычислений значений модифицированных функций Бесселя с табличными результатами. Эксплуатация этой программы показала, что с уменьшением толщины ребраснижается Qpc, однако удельная теплопроизводительность ребра возрастает.

Литература:

1.Голдаев С. В., Загромов Ю. А., Ковалев М. В. Решение задач по теплотехнике в среде Турбо Паскаль: учебн. пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2016.– 184 с.

2. Голдаев С. В., Ковалев М. В. Анализ теплотехнических характеристик оребренных экономайзеров паровых котлов // Известия ТПУ. – 2017. – Т.310,

№4. – С. 173–178.