Конвективные поверхности нагрева водогрейных и паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара или горячей воды. В паровых котлах – это кипятильные трубы, расположенные в газоходах, трубы пароперегревателя и водяного экономайзера, а в водогрейных котлах – трубы фестона и конвективного пучка (шахты).
Продукты сгорания, проходя по газовому тракту котла, передают теплоту наружной поверхности труб за счет конвекции и лучеиспускания, затем это же количество теплоты проходит через металлическую стенку, после чего теплота от внутренней поверхности труб передается воде и пару. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева зависит от интенсивности теплопередачи – передачи теплоты от продуктов сгорания к воде и пару через разделяющую стенку.
При расчете используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчет выполняется для 1 кг жидкого топлива или 1 м3 газа при нормальных условиях. Для парового котельного оборудования расчет выполняется для каждого (или общего) газохода, а в водогрейном котле – вначале для фестона, а затем для конвективного пучка шахты в следующей последовательности.
Порядок действий таков. Сначала определяют конструктивные характеристики: площади поверхности нагрева, живое сечение для прохода газов, шаг труб и рядов, диаметр труб и др. Далее предварительно, если известно по паспортным характеристикам котла, принимают значение температуры топочных газов после рассчитываемой поверхности нагрева. Если таких данных нет, то согласно условиям работы котла, задают произвольно два значения температур топочных газов, которые вероятнее всего могут оказаться после рассчитываемой поверхности нагрева, а расчеты вести параллельно.
Следующим шагом согласно уравнению теплового баланса, определяют количество теплоты, передаваемое от продуктов сгорания к теплоносителю через конвективную поверхность нагрева. Затем вычисляют среднюю температуру воды (для водогрейного котла), средний температурный напор и подсчитывают среднюю скорость продуктов сгорания. После названных действий по номограммам графоаналитическим методом определяют коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, после чего вычисляют коэффициент теплопередачи и тепловосприятие поверхностью нагрева.
