Котельные установки

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОТЫ В РАДИАЦИОННЫХ И КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ НАГРЕВА

Выделившаяся при сгорании топлива теплота должна быть исполь­зована для повышения энтальпии теплоносителя. Передача теплоты 6т нагретых продуктов сгорания топлива к теплоносителю (воде, пару и Др^) может происходить радиацией (излучением), кон­векцией (соприкосновением), а также может осуществляться и совместно — радиацией и конвекцией. Источниками из­лучения в котлоагрегатах являются слой или факел горящего топ­лива, нагретые продукты сгорания топлива и ограждающие внутри топку поверхности — потолок, пол и стены, если их температура доста­точно высока. Излучение слоя, факела и несветящихся продуктов сго­рания называют прямым или непосредственным, излучение поверхно­стей— косвенным или отраженным.

Связь между количеством теплоты, переданной излу­чением (?п от одного источника с абсолютной температурой Т другому, воспринимающему телу с поверхностью /’’от и абсолютной температурой Уст, выражается, МВт или ккал/ч, следующим уравнением:

(2-101)

В формуле:

С—коэффициент излучения источника теплоты, кВт/ (м2-К4) или ккал/ (м2’Ч-°С4);

Х — коэффициент облученности тепловоспринимающих стен.

Кроме теплоты, переданной излучением, в топочной камере и га­зоходах имеет место отдача теплоты конвекцией. Для опреде­ления количества теплоты, переданного в основном конвекцией, исполь­зуют следующее уравнение, МВт или ккал/ч:

I

СЗ=£#Д? т.

В формуле:

К—коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к рабочему телу, Вт/(м2-К) или ккал/(м2-ч-°С);

А^тп —средняя разность температур между продуктами сгорания и рабочим телом в пределах данной поверхности нагрева, °С;

И — поверхность нагрева, через которую идет теплообмен, м2.

Распределение теплоты, переданной излучением и конвекцией, зависит от температурного уровня: чем выше температура продуктов сгорания, тем большее количество теплоты будет передано излучением. Температура продуктов сгорания топлива при движении около поверх-

Ностей нагрева постепенно уменьшается, а рабочего тела возрастает. Вода нагревается до температуры насыщения и затем испаряется; с мо­мента начала и до конца процесса испарения температура воды при постоянном давлении будет неизменной.

Следовательно, количество теплоты^ переданное в агрегате, может быть найдено из уравнения

<1=ВР (/, - /ух)=</Ц(4г)-(ш)4]+шд^- (2-ЮЗ)

С другой стороны, количество теплоты, воспринятое рабочим те­лом в агрегате, равно см. выражение (2-70). Приравнивая вы­

Ражения (2-70) и (2-103), получаем:

Таким образом, имея два уравнения: теплообмена в агрегате и теплового баланса, можно решать задачи расчетного и конструктивного направления — находить температуры рабочего тела или газов и опре­делять размеры поверхностей нагрева для передачи нужного количест­ва теплоты. В современных котельных агрегатах количество теплоты, переданное излучением, составляет больше половины общего количества теплоты, воспринятого от продуктов сгорания топлива. Для котельных агрегатов малой и средней производительности связь между лучевос­принимающей поверхностью нагрева, производительностью, расходом топлива, температурой уходящих газов и к. п. д. установки показана на рис. 2-8 для случаев сжигания торфа, АРШ и мазута [Л. 15].

При передаче теплоты конвекцией следует стремиться к получению в данной поверхности нагрева максимальной разницы температур меж­ду греющим и нагреваемым телом, т. е. противотоку. В испаряющих поверхностях нагрева температура рабочего тела практически постоян­на и для передачи теплоты следует иметь достаточной величины раз­ность между греющими газами и подобными поверхностями при любых направлениях потоков тел, обменивающихся теплотой. /Подогрев рабоче­го тела до температуры кипения целесообразно выносить в область по­ниженных температур греющего тела и осуществлять в поверхностях йагрева газохода противоток, что следует из рис. 2-9, показывающего

* Рис. 2-9. Изменение температур греющего и нагреваемого тела при противотоке, перекрестном и параллельном токе.

/—греющий поток; 2 — нагреваемое тело; О-— температура греющего по­тока; t — нагреваемого тела, Н — поверхность нагрева.

Изменения температур греющего и нагреваемого тел при разных направ­лениях потоков. Учитывая выполнение поверхностей нагрева современ­ных котлоагрегатов из большого числа труб сравнительно малого диа­метра, чистый противоток в агрегатах не удается осуществить и приходится пользоваться схемой перекрестного многократного комби­нированного тока, показанного на рис. 2-9, все же близкого к проти­вотоку.

Поверхности нагрева,, в которых передача теплоты от греющего к нагреваемому телу идет при постоянном направлении потока теплоты через стенку, называют ре куп ер ати в нЫ ми; если же сначала на­гревают промежуточное тело, а затем теплота отводится к нагреваемо­му телу, — регенеративными, их иногда используют для подогре­ва воздуха.

При передаче теплоты в конвективных поверхностях нагрева стре­мятся повышать скорость движения газов (продуктов сгорания топли­ва) для увеличения количества переданной теплоты. Однако рост ско­рости продуктов сгорания увеличивает и сопротивление их движению, т. е. требует усиления тяги или дутья при работе с. наддувом и соответ­ствующего увеличения расхода электроэнергии. При сжигании твердого
топлива и наличии летучей золы в дымовых газах увеличение их ско­рости для ряда топлив не может быть допущено из-за износа золой (эрозии) металла поверхностей нагрева. В силу указанных причин ско­рость движения продуктов сгорания в конвективных поверхностях на­грева ограничивают определенными значениями, найденными путем технико-экономических расчетов. Охлаждение продуктов сгорания топ­лива в конвективных поверхностях нагрева также ограничено рядом факторов, иа которых важнейшими являются стоимость поверхностей нагрева, допустимость пониженных температур дымовых газов по усло­виям коррозии, расход энергии на тягу, стоимость топлива и энергии и некоторые другие.