katalog

Prof. dr. sc. Z. Prelec ENERGETSKI UREAJI Poglavlje : 4 (Toplinski proraun) List: 1

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

TOPLINSKI PRORAUN GENERATORA PARE

PRORAUN LOITA

Toplinski proraun loita temelji se na izmjeni topline zraenjem.

OSNOVNE JEDNADBE PRIJELAZA TOPLINE ZRAENJEM

Raspodjela energije zraenja

1====++++++++ gdje je:

- aaaa----koeficijent apsorpcije (udjel apsorbirane topline)

- ----koeficijent refleksije (udjel reflektirane topline)

- dddd----koeficijent dijatermije (udjel proputene topline)

Za vrsta (nepropusna) tijela: d=0d=0d=0d=0

1====++++ Za crno tijelo: =d=0 =d=0 =d=0 =d=0

a=1a=1a=1a=1

Zakon zraenja crnog tijela (Stefan-Boltzmann-of zakon)

4, Tq cz ====

2m

W

gdje je:

s=s=s=s=5,67.10-8

42Km

W


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Zraenje sivog tijela

4Tq z ==== gdje je: stupanj crnoe sivog tijela Izmjena topline izmeu dvije crne povrine

(((( ))))4241 TTqzc ====

2m

W

gdje je:

Cc= 5,67

42Km

W - koeficijent zraenja crnoga tijela.

Izmjena topline izmeu dvije sive paralelne povrine

2m

W

gdje je:

cCCC

C111

1

21

21++++

====

42Km

W - koeficijent izmjene topline zraenjem

C1 , C2 koeficijenti zraenja povrina Cc koeficijent zraenja crnog tijela

====4

24

1

100100

TTCq czc

====

42

41

21 100100

TTCqzc


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Izmjena topline izmeu dvije povrine od kojih jedna zatvara

drugu [W]

gdje je: A1 unutarnja (manja) povrina A2 vanjska (vea) povrina

EFEKTIVNO OZRAENA POVRINA U LOITU

- Predajnik topline u loitu: plamen, odnosno produkti izgaranja i

uarene lebdee estice

- Prijemnik topline u loitu: stjenke loita, odnosno ekranske

cijevne stijene

====

44

21 100100cs

zLz

TTCAQ [[[[ ]]]]W

====

44

21 100100cs

zzL

TTC

QA [[[[ ]]]]2m

gdje je: - AzL efektivno ozraena povrina u loitu - Ts apsolutna stvarna temperatura u loitu - Tc - apsolutna temperatura stjenke cijevi )8050( doTT zasc ++++ [[[[ ]]]]K - C1-2 koeficijent prijelaza topline zraenjem

++++

====4

24

1

22

1

1

1

100100111

TT

CCA

A

C

AQ

c

z


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Za sluaj kada plamen ispunjava loini prostor, odnosno kada je

AzL~AzP (kod loenja plinovitim i tekuim gorivom):

cCCC

C111

1

21

21++++

====

42Km

W

Za sluaj kada je povrina plamena manja od ozraene povrine

loita (AzL


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Materijal i vrsta povrine st

Potpuno crno tijelo 1,0 elik sjajno oien 0,24 eljezo jako korodirano 0,85 Silikatna opeka 0,86 Obina opeka i buka 0,85-0,95 amotna opeka 0,92

Stvarna temperatura(ts) u loitu proizlazi iz jednadbe bilance

topline:

)t(plcszL

LLmin,zrdL sH

TT

B

AChVH +

=+

44

21

100100

Grafiko rjeenje jednadbe

gdje je:

- ts stvarna temperatura u loitu

- hLL entalpija zraka na ulazu u loite

t [0C] ts

Hpl(ts)

[kJ/kgG]

44

21

100100cszL TT

B

AC

( )smin,zrL tplLLd HhVH +


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Formiranje efektivno ozraene povrine u loitu

========i

zizzL AAA

(((( )))) ++++++++++++==== .....332211 zzzzL AAAA gdje su: - Azi - povrine koje okruuju loini prostor, a koje su obloene ekranskim cijevima, odnosno: Azi=bihi=tilini gdje je: - t - korak izmeu ekranskih cijevi - l duina cijevi na ekranskom zidu - n- broj cijevi na ekranskom zidu

b

h

l

t


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Izvedbe ekranskih cijevnih stijena

y


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Faktor ekraniziranja

dvorednog rasporeda

cijevi

()

Faktor ekraniziranja

jednorednog

rasporeda cijevi

()


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

TEMPERATURA U LOITU Teoretska temperatura u loitu Odreuje se iz jednadbe bilance topline u loitu

(((( ))))LL

t

LL

ttCVH tt

tplpldL====

gdje je: tLL temperatura zraka na ulazu u loite Teoretska temperatura u loitu postigla bi se u sluaju kada bi loite bilo apsolutno crno tijelo, odnosno kada bi se sva toplina dovedena i osloboena u loitu utroila na poveanje entalpije produkata izgaranja (dimnih plinova).

Stvarna temperatura u loitu Budui da se toplina u loitu, istovremeno s izgaranjem, predaje zraenjem na okolne stjenke, smanjuje se entalpija dimnih plinova do veliine koja odgovara stvarnoj temperaturi, ts


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Temperatura na izlazu iz loita U loitima, u kojima je brzina strujanja velika, utjecaj na ukupnu

izmjenu topline ima i konvekcija, pa je zbog toga, u takvim

sluajevima, izlazna temperatura iz loita manja od stvarne

temperature te iznosi:

(((( ))))s

s

t

tplpl

kcsss

CBV

Atttt

1

1

====

tt

ts

tt

ts1


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

PRORAUN KONVEKCIJSKIH OGRJEVNIH

POVRINA GENERATORA PARE

PROVOENJE TOPLINE

Fourier-ov zakon provoenja topline

Fourier-ova jednadba povoenja topline kroz vrstu stjenku:

x

ttA

x

ttA

dx

dtAQ 2112)(

====

========

------------------------------------------------------------------------------------- Napomena: predznak (-) oznaava prijelaz topline u smjeru padajue temperature

t

x

Q t

T

t

t

t 1

Q

t2

dx

dt

x

x


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Provoenje topline kroz vieslojnu ravnu stjenku

Jednadba provoenja topline kroz vieslojnu ravnu stjenku:

(((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( ))))nnn

n ttx

Att

x

Att

x

Att

x

AQ ====================

1

1143

3332

2221

11 ...

i

nu

i

i

n

x

ttA

x

ttAQ

====

==== 11

gdje je:

i

i

iu x

x

====

t1

t2

t3

t4

tn-1 tn tn-1

1 2 3 n-1 i

x1 x2 x3 xi xn-1

Q


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Provoenje topline kroz cilindrinu stjenku

Fourier-ova jednadba povoenja topline kroz cilindrinu jednoslojnu stjenku:

(((( ))))21

1

2ln

22 tt

r

r

l

dr

dtlr

dr

dtAQ ============

gdje je: - l duina cijevi.

------------------------------------------------------------------------------------- Napomena: predznak (-) oznaava prijelaz topline u smjeru rastuega radijusa, odnosno iz unutranjosti cijevi prema van, za sluaj kada je t1 vea od t2.

t1

t2 dt

r2

r1

r

drrdrr


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Za sluaj vieslojne stjenke cijevi:

(((( ))))

112

3

21

2

1

1

ln1

......ln1

ln1

2

++++++++++++

====

n

n

n

n

r

r

r

r

r

r

ttlQ

PRIJELAZ TOPLINE KONVEKCIJOM Pri proraunima treba razlikovati:

Uzduno strujanje Popreno strujanje

Za uzduno strujanje preko cijevna snopa ili kroz strujni kanal moe se koristiti Shack-ova opa jednadba:

25,075,00

19,081,0025,0 ==== dwC pk

Km

W2

gdje je:

- Cp specifina toplina fluida,

Km

J3

- - toplinska vodljivost fluida,

mK

W

- w0 brzina fluida reducirana na normalo stanje,

s

m

- d promjer (hidrauliki) cijevi odnosno strujnog kanala, [[[[ ]]]]m Za dimne plinove s uobiajenim pretikom zraka moe se s

dovoljno tonosti uzeti:

Lk fd

wtt25,0

75,00

2

1000088,0

1003,019,498,0

++++====

Km

W2

Za zrak:


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Lk fd

wtt25,0

75,00

2

1000088,0

1003,019,493,0

++++====

Km

W2

Za pregrijanu paru:

Lk fd

wt25.0

75,00

1003,042,4

++++====

Km

W2

gdje je:

- t - temperatura fluida, [[[[ ]]]]C0 - w0 brzina fluida reducirana na normalo stanje,

s

m

(((( )))) 013,1273

2730

t

pww

++++====

s

m

w - stvarna brzina fluida p- radni tlak fluida, [[[[ ]]]]bar

d - promjer (hidrauliki) cijevi odnosno strujna kanala, [[[[ ]]]]m

O

Add h

4========

A-popreni presjek strujanja O-opstrujavani opseg poprenoga presjeka

- fL - faktor korekcije duine strujna kanala

L/dh 1 10 100 fL 1,28 1,13 1,0


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Za popreno strujanje preko cijevna snopa vai opa jednadba prema istraivanjima O.L. Piersona, E.C. Hugea i E.D. Girminsona:

39,0

61,0061,039,0345,0

d

wCf pak ====

Km

W2

Za dimne plinove s uobiajenim pretikom zraka vai:

nak ffd

wfT 39,0

61,004685,1====

Km

W2

Za zrak:

na ffd

wfT 39,0

61,0046,1====

Km

W2

Za vodenu paru:

nak ffd

wfT 39,0

61,004355,0====

Km

W2

U prethodnim jednadbama vai:


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

- fa koeficijent rasporeda cijevi fa=1,1 - za paralelni raspored cijevi fa=1,15 1,2 - za ahovski raspored cijevi - w0 brzina fluida u najuem presjeku, reducirana na normalno stanje (t=00C, p=1,013 bar)

(((( )))) 013,1273

2730

t

pww

++++====

s

m

- d vanjski promjer cijevi, [[[[ ]]]]m - faaaa- korekcijski faktor kuta strujanja na cijevni snop

faaaa 1.0 0,98 0.96 0,93 0,86 0,77 0,67 0,58

aaaa 900 800 700 600 500 400 300 200

- fn korekcijski faktor broja redova cijevi fn 1,0 0,98 0,97 0,95 0,92 0,90 n 10 9 8 7 6 5

aaaa w


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

PRIJELAZ TOPLINE ZRAENJEM DIMNIH PLINOVA

4

)(, Tq pltplzr ====

2m

W

gdje je:

- s=s=s=s=5,67.10-8

42Km

W, S-B konstanta zraenja crnog tijela

- pl , stupanj crnoe plina koji zrai - T [K], apsolutna temperatura plina koji zrai U podruju radnih temperatura koje postoje u generatorima pare, utjecajne spektre zraenja imaju tri-atomni plinovi odnosno CO2, H2O. Zraenje SO2 se zbog relativno male koliine zanemaruje.

4)(, 22

Tq cotcozr ====

2m

W

4)(, 22

TqOHOH tzr====

2m

W

Toplina predana zraenjem plinova na cijevnu stjenku:

( ))t(co,zr)t(co,zrstco,zrstpl

fqqq222

=

2m

W

( ))t(oH,zr)t(oH,zrstoH,zrstpl

qqq222

=

2m

W

gdje je: - eeeest =0,75 - 0,9 stupanj crnoe stjenke


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Stu

pan

j cr

noe

H2O

H

2O


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-

2

3

====

st

pl

T

Tf , korekcijski faktor temperature

- eeeepl= f (p.s,t) , stupanj crnoe plina koji zrai (CO2, H20), koji se odreuje iz raspoloivih dijagrama u ovisnosti od parcijalnoga tlaka, debljine sloja i temperature plina

F

Vs

49,0==== [[[[ ]]]]m , debljina sloja plina koji zrai;

pCO2=1,013rCO2 , parcijalni tlak CO2, [[[[ ]]]]bar pH2O=1,013rH2O , parcijalni tlak H2O, [[[[ ]]]]bar - tpl , temperatura plinova - tst , temperatura stjenke

( )oH,zrco,zrpl,zr qq,q22

970 +=

2m

W

Ukupni prijelaz topline od dimnih plinova stjenku

plzk ,1 ++++====

(((( ))))

log

,,

log

,,

2297,0

t

qq

t

q OHzrcozrplzrplzr

++++====

====

(((( ))))

++++++++====

log

,,1

2297,0

t

qq OHzrcozrk

Km

W2


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Istosmjerni izmjenjiva topline

Za izmjenjiva topline s istosmjernim strujanjem fluida:

(((( )))) (((( ))))

iziz

ulul

izizululist

tt

tt

ttttt

21

21

2121log,

ln

====

t1ul

t1iz

t2iz

t2ul

t1ul

t1iz

t2ul

t2iz

Povrina izmjenjivaa


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Protusmjerni izmjenjiva topline

Za izmjenjiva topline s protusmjernim strujanjem fluida:

(((( )))) (((( ))))

uliz

izul

ulizizulprot

tt

tt

ttttt

21

21

2121log,

ln

====

Za izmjenjiva topline s poprenim strujanjem fluida:

t1ul

t1iz

t2ul

t2iz

t1ul

t1iz t2iz

t2ul

Povrina izmjenjivaa

2log,log,

log,protist

popr

ttt

++++====


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

UKUPNI PRIJENOS TOPLINE OD DIMNIH PLINOVA

NA RADNI FLUID Koeficijent prijenosa topline:

21

111

++++++++

====s

k

Km

W2

gdje je: - s debljina stjenke ogrjevne povrine (debljina stjenke cijevi) - - toplinska vodljivost materijala (za elik: ~40 W/mK).

Za sluaj istih ogrjevnih povrina 21

1,

1

s te se utjecaj

provoenja topline normalno moe zanemariti, pa slijedi:

21

21

++++

====k

Km

W2

Zbog jednostavnosti proraun, oekivani utjecaj taloga na ogrjevnim povrina moe se uzeti u obzir koeficijentom zaprljanja =0,7 - 0,98. Manje vrijednosti odnose se manje kvalitetno gorivo sklono prljanju ogrjevnih povrina, dok vee vrijednosti pripadaju kvalitetnim gorivima (plinovitim i tekuim)

Stvarni koeficijent prijenosa topline:

kk stv ====


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

PRORAUN OGRJEVNIH POVRINA KONVEKCIJSKOGA DIJELA ISPARIVAA

Isparivake ogrjevne povrine generatora pare sastoje se iz ekranskih povrina u loitu koje toplinu preuzimaju uglavnom zraenjem plamena, te konvekcijskih povrina na koje se toplina prenosi veim dijelom konvekcijom uz zraenje dimnih plinova.

Bilanca topline isparivakih ogrjevnih povrina je:

)'( zvpisp hxrhDQ ++++====

konvispeflozrisp QQQ ,,, ++++==== eflozrispkonvisp QQQ ,,, ==== gdje je: -Qisp ukupna toplina koja se mora predati isparivau -Qzr,lo,ef - toplina koja se efektivno predaje zraenjem plamena na ogrjevnu povrinu isparivau u loitu (ekranu)

zrlozreflozr QQ ,,, ==== zr,lo-iskoristivost predaje topline zraenja u loitu kojom se uzimaju u obzir gubici zraenja i konvekcijom topline kroz oplatu generatora pare u okolinu zbog ne-idealne izolacije. -Qisp,konv koliina topline koja se efektivno mora predati u konvekcijskom dijelu isparivaa. Toplina, koju dimni plinovi predaju u zoni konvekcijskoga isparivaa, iznosi:

Izlazna temperatura dimnih plinova iza konvekcijskoga isparivaa:

ulpl

izpl

ttplplzr

konvispulplizpl

CBV

Qtt

,

,

,,,

====

(((( ))))izplulplttplplzr

konvispplkonvisp ttCBV

QQ

ulpl

izpl ,,,

,,,

,========


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pad sadraja topline (entalpije) dimnih plinova po jedinici koliine goriva:

B

Q

B

Qq

zr

konvispplkonvispplkonvisp

,,,,, ========

Gkg

kJ

Hpl (kJ/kgG) =konst,

qzr,lo

qisp,konv,pl

tt tstv t1

tpl

tt


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Koeficijent prijenosa topline kod konvekcijskoga isparivaa:

21

111

++++++++

====s

k

12

11

i

s moe se zanemariti utjecaj

2

1

i

s pa slijedi da je:

1k odnosno:

kk stv gdje je koeficijent zaprljanja ogrjevne povrine isparivaa. Povrina efektivne ogrjevne povrine konvekcijskoga isparivaa proizlazi iz jednadbe:

log,, tAkQ konvispstvkonvisp ====

log

,,

tstv

konvispkonvisp

k

QA

====

lzdA konvisp ====,

Iz prethodne jednadbe odreuju se geometrijske veliine ogrjevne povrine, odnosno: promjer d, duina l, broj cijevi z.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

PRORAUN OGRJEVNE POVRINE PREGRIJAA PARE Toplina, koju dimni plinovi predaju u zoni pregrijaa pare, iznosi:

Izlazna temperatura dimnih plinova iza pregrijaa pare:

ulpl

izpl

ttplplzr

ppulplizpl

CBV

Qtt

,

,

,,

====

Pad sadraja topline (entalpije) dimnih plinova po jedinici koliine goriva u zoni pregrijaa pare:

B

Q

B

Qq

zr

ppplppplpp

======== ,,

Gkg

kJ

(((( )))) (((( ))))izplulplttplplzr

pppp

zr

ppplpp ttCBV

xrhhDQQ

ulpl

izpl ,,,,

,

'====

========


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Koeficijent prijenosa topline kod pregrijaa pare:

21

111

++++++++

====s

k

1

1

s

moe se zanemariti utjecaj s

pa slijedi da je:

21

21

21

111

++++

====++++

====k


qzr,lo

qisp,konv,pl

tt tstv t1

qpp,pl

t2 tt

tpl


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

odnosno:

21

21

++++

==== kk stv

gdje je: - koeficijent zaprljanja ogrjevne povrine pregrijaa pare. Povrina efektivne ogrjevne povrine pregrijaa pare proizlazi iz jednadbe:

logtAkQ ppstvpp ====

logtstv

pppp

k

QA

====

lzdA pp ==== Iz ove jednadbe odreuju se geometrijske

veliine ogrjevne povrine: promjer cijevi d, duina cijevi l, odnosno broj cijevi z.

PRORAUN OGRJEVNE POVRINE ZAGRIJAA VODE Toplina, koju dimni plinovi predaju u zoni zagrijaa vode, iznosi:

Izlazna temperatura dimnih plinova iza zagrijaa vode:

ulpl

izpl

ttplplzr

zvulplizpl

CBV

Qtt

,

,

,,

====

Pad sadraja topline (entalpije) dimnih plinova po jedinici koliine goriva u zoni zagrijaa vode:

B

Q

B

Qq

zr

zvplzvplzv

======== ,,

Gkg

kJ

(((( ))))izplulplttplplzr

nvzvw

zr

zvplzv ttCBV

hhDQQ

ulpl

izpl ,,,,

,

)(====

========


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Koeficijent prijenosa topline u zagrijau vode:

21

111

++++++++

====s

k

1

1

s


pa slijedi da je:

21

21

21

111

++++

====++++

====k


qzr,lo

qisp,konv,pl

tt tstv t1

qzv,pl

t2 tt t3 tpl


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

odnosno:

21

21

++++

==== kk stv

gdje je: - koeficijent zaprljanja ogrjevne povrine zagrijaa vode. Povrina efektivne ogrjevne povrine zagrijaa vode proizlazi iz jednadbe:

logtAkQ zvstvzv ====

logtstv

zvzv

k

QA

====

lzdAzv ====

Iz ove jednadbe odreuju se geometrijske veliine ogrjevne povrine, odnosno: promjer d, duina l, broj cijevi z. PRORAUN OGRJEVNE POVRINE ZAGRIJAA ZRAKA Toplina, koju dimni plinovi predaju u zoni zagrijaa zraka, iznosi:

Izlazna temperatura dimnih plinova iza zagrijaa zraka:

ulpl

izpl

ttplplzr

zzulplizpl

CBV

Qtt

,

,

,,

====

Pad sadraja topline (entalpije) dimnih plinova po jedinici koliine goriva u zoni zagrijaa zraka:

B

Q

B

Qq

zr

zzplzzplzz

======== ,,

Gkg

kJ

(((( ))))(((( ))))izplulplttplpl

zr

LLLttzrzr

zr

zzplzz ttCBV

ttCBVQQ

ulpl

izpl

LL

L

,,,,

,====

========


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Koeficijent prijenosa topline u zagrijau zraka:

21

111

++++++++

====s

k

1

1

s


pa slijedi da je:

21

21

21

111

++++

====++++

====k


qzr,lo

qisp,konv,pl

tt tstv t1

qzv,pl

t2 tt t3

qzz,pl

tpl,iz


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

odnosno:

21

21

++++

==== kk stv

gdje je: - koeficijent zaprljanja ogrjevne povrine zagrijaa zraka. Povrina efektivne ogrjevne povrine zagrijaa zraka proizlazi iz jednadbe:

logtAkQ zzstvzz ====

logtstv

zvzz

k

QA

====

lzdAzz ====

Iz ove jednadbe odreuju se geometrijske veliine ogrjevne povrine, odnosno: promjer d, duina l, broj cijevi z.

Documents

katalog