Паровые котлы ТЭС

Лучистый теплообмен в газоходах котла

Поверхности нагрева, расположенные не­посредственно за пределами топочной каме­ры, омываются высокотемпературными газа­ми и воспринимают значительную часть теп­лоты за счет лучистого теплообмена. Наи­большей долей лучистого тепловосприятия обладают полурадиационные поверхности: ширмовый пароперегреватель и фестон, рас­положенные на выходе из топочной камеры и воспринимающие большую долю теплоты прямого излучения из ядра факела.

Лучистую теплоту, получаемую ширмами из топкк Qj-і. ш, определяют как разность меж­ду лучистым тепловым потоком на входе в ширмы и потоком переизлучения на после­дующие поверхности нагрева:

(2л. ш = фл. вх—Сл. вых. (20.36)

Лучистый тепловой поток из топки, вос­принятый плоскостью входного сечения ширм, Определяют по результатам теплового расче­та топки:

= (20.37)

Где р — коэффициент, учитывающий взаим­ный теплообмен между топочной средой и га­зами в межширмовых объемах; 0=0,б-ь-1,0 для различных видов топлив и температур газов на выходе из топки; Н.т — лучевос - принимающая поверхность входного сечения ширм из топки, м2.

Тепловой поток на выходе из ширм Ол. вых, кДж/кг, складывается из радиацион­ного потока, прошедшего из топки через шир­мы (теплота переизлучения), и собственного излучения газового объема в ширмах на по­следующие поверхности нагрева:

Сл-вы^л-вЛ! +<Гл. ш. С20-38)

Где а — коэффициент теплового излучения га­зов в зоне ширм; фш — угловой коэффициент с входного на выходное сечение ширм, опреде­ляемый геометрическими характеристиками ширм (расстоянием между ширмами и глуби­ной ширм); Q'Vni — излучение газов из зоны ширм на последующую поверхность нагрева, которое определяют по законам лучистого теплообмена.

Тепловосприятие ширм от газового потока определяется коэффициентом теплоотдачи сц, кВт/(м2-К), который учитывает лучистый и конвективный теплообмен в ширме:

Аі=?(ал + а„), (20.39)

Где — коэффициент использования, учиты­вающий неравномерность омывания ширм га­зами.

Прямое излучение из топки в область ширм повышает температуру наружного за­грязнения передних рядов труб ширмы и сни­жает тепловосприятие от омывающего эти трубы газового потока. Это обстоятельство учитывается при расчете коэффициента теп­лопередачи в ширмах km введением в знаме­натель сомножителя (1 + Qa. m/Qm). В резуль­тате формула для определения km имеет вид:

= ---------------------- 1------- т------- гу. (20.40)

—+(1+Сл. ш'Сш) ['+—)

Где Qui — полное тепловосприятие ширм за счет конвективного теплообмена и межтрубно­го излучения газов в зоне ширм.

Для остальных поверхностей нагрева лучи­стый теплообмен определяется только меж - трубным излучением без учета прямого излу­чения из топки. Излучательная способность газов определяется их температурой, интен­сивностью теплового излучения газового объе­ма, его размерами, а также температурой и коэффициентом теплового излучения наруж­ного загрязнения поверхности нагрева. Коэф­фициент теплоотдачи излучением в конвек­тивной поверхности нагрева

Ал = f~~zrf ' (20.41)

1 г 1 н. з

Где 7Y — средняя температура газов в поверх­
ности, К; Гн. з — температура наружного за­грязнения труб поверхности, К.

Лучистый тепловой поток, воспринятый единицей поверхности нагрева в конвективном газоходе, опреде­ляется уравнением расчету межтрубного излучения, и определяют по фор­муле

0,07

К'25 (1о6_

00 J [ 1П )

,+1

(20.42)

Где аг, ав. з — соответственно коэффициенты теплового излучения газовой среды и наружного загрязнения по­верхности нагрева (последняя принимается ан. з = 0,8). Показатель степени п = 4 для запыленного потока (при учете излучения золовых частиц) и п=3,6 для чистого газового потока (при сжигании природного газа и ма­зута). Температуру загрязненной стенки поверхности пароперегревателей определяют по формуле

B0Q

Тц. З = Т'р. С + (Є + 1/«2> ~ff> (20-43)

Где Тр. с — температура рабочей среды (пара), К; Q — полное тепловосприятие поверхности нагрева с учетом межтрубного излучения, кДж/кг.

Как видно, определение температуры Тв.„ требует знания искомой величины — межтрубного излучения. По­этому решение в этом случае находят последовательным приближением. В остальных поверхностях нагрева, рас­положенных в области более низких температур газов и тепловых потоков, разница между Тв.3 и Гр. с умень­шается. В этом случае допускается определение Тш з по формуле

(20.44)

В которой значения Дt задаются нормами расчета для различных видов поверхностей нагрева и температур­ных зон.

Коэффициент теплового излучения газовой среды в общем случае выражается зависимо­стью Бугера:

Av= 1—e-ftp«, (20.45)

Где произведение hps называется суммарной оптической толщиной продуктов сгорания (см. также § 20.2).

Коэффициент ослабления лучей газовой средой при сжигании твердых топлив опреде­ляют с учетом концентрации летучей золы по формуле

Л=(ЛгГп+£алЦэл). (20.46)

Для незапыленного потока второе слагае­мое равно нулю. В конвективном трубном па­кете толщина межтрубного излучающего слоя s зависит от относительных шагов труб Si/d и S2/d [8] и составляет 0,1—0,2 м, что в 20— 50 раз меньше аналогичной величины в топоч­ной камере. Поэтому теплообмен излучением в конвективных пакетах (с учетом снижения температуры газов в газоходах) на два — три порядка ниже, чем в топочной камере. При температуре газов ниже 400°С излучение в плотных пучках труб можно не учитывать.

Более заметной интенсивностью излучения обладают газовые объемы, расположенные перед конвективными пакетами, за счет увеличения эффективной толщины излучающего слоя. В этом случае для пакета, располо­женного за газовым объемом по ходу газов, коэффи­циент теплоотдачи излучением принимают выше, чем по

ГДЄ Ял — коэффициент теплоотдачи, определенный по законам межтрубного излучения; .4 — коэффициент, за­висящий от вида сжигаемого топлива; 10б, la — глубина (по ходу газов) газового объема и трубного пакета по­верхности нагрева, м; Тк — температура газов в объеме перед пакетом, К.

Теплота, переданная излучением из газового объема на трубный пучок, расположенный до него, незначитель­на, так как температура газов в объеме ниже, чем сред­няя в пучке. Поэтому такое излучение не учитывается.