Поверхня нагріву

Поверхня нагріву	Швидкість газів ,	Коефіцієнт теплової ефективності
Перша і друга ступінь економайзера і перехідназона при очистці дробом Підігрівачі, розташовані в конвективній шахті, при очистці дробом, а також коридорні пучки в горизонтальному газоході без очистки, яке включає котельні пучки і фестон	4-12 12-20 4-12 12-20	0,70-0,65 0,65-0.6 0,65-0,6 0,6

Примітка. Більше значення відповідає меншій швидкості газів.

При спалюванні мазуту з надлишками повітря _тт 1,03 і якщо є очищення коефіцієнт ефективності приймають на 0,05більше вказаних у табл. 6.4б.

При спалюванні газу коефіцієнти ефективності всіхповерхонь нагріву при

=400°С приймають = 0,90,а при >400°С = 0,85.

При спалюванні суміші палив коефіцієнти забрудненняприймаються по більш забруднюючому паливу.

ПРИКЛАДИ

Приклад 6.19. Визначити коефіцієнт теплопередачі в конвективному пароперегрівачі з коридорним розташуванням труби. При проведенні розрахунків прийняти: = 800 10^-3 кВт/(м² К), _л = 255 10^-3 кВт/(м² К);

₂ = 5 кВт/(м² К); паливо – кам’яне вугілля (є парове обдування поверхні). Розв’язання. 1. Коефіцієнт теплової ефективності відповідно до табл. 6.4а для кам'яного вугілля = 0,65.

2.Коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки труби по (6.9):

₁₌(800 10 ^-3+ 255 10 ^-3) 1,0 = 105 10 ^-3кВт/(м² К).

Коефіцієнт використання для рівномірно омиваноїповерхні прийнятий

= 1,0.

3.Коефіцієнт теплопередачі по табл. 6.2:

k= =66,88 кВт/(м² К)

Приклад 6.20. Визначити коефіцієнт теплопередачі в економайзері з шаховим розташуванням труб при спалюваннікам'яного вугілля, що дає сипкі відкладення.Прийняти: зовнішній діаметр труб 32 мм; подовжнійкрок труб 50 мм; швидкість газів10м/с; коефіцієнт тепловіддачі конвекцією =955 10^-3кВт/(м²К);випромінюванням - _л = 155 10^-3кВт/(м²К); температуру продуктів згоранняна вході 500 .^.

Розв’язання. 1. Визначаємо коефіцієнтзабруднення.

По формулі6.24 і мал. П7 і П8 одержуємо: Cd= 0,8; Cфр= 1; ₀ = 2,4м² К/кВт; = 1,72 м² K/kBt(див. табл. 6.3).

У результаті коефіцієнт забруднення = 0,88 1,00 22 4+1,72 = 3,64 м² К/кВт.

2.Коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки труби складає

₁= (955 10 ^-3+ 15 10 ^-3) 1,0 = 110 10 ^-3кВт/(м² К).

3.Коефіцієнт теплопередачі в економайзері

k= =76,64 10 ^-3кВт/(м² К).

Приклад 6.21. Як зміниться коефіцієнт теплопередачів ступені конвективного пароперегрівника, якщо врахувати додатково теплове випромінювання топки після ширмовогоступеня пароперегрівника? При проведенні розрахунків прийнятишвидкість продуктів згорання14,9 м/с; спалюване паливо - мазут, коефіцієнти тепловіддачі =89,55 10^-3кВт/(м²К);

_л=155 10^-3кВт/(м²К); ₂₌ 6,78кВт/(м²К). Теплосприйняття поверхні Qл= 239 кДж/кг; QК = 2659 кДж/кг.

Розв’язання1. Коефіцієнт теплової ефективності для конвективного паропідігрівника по табл. 6.46 = 0,62.

Коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки по (6.9)

₁₌ 1,0 (89,55 10 ^-3+ 47,2 10 ^-3)= 136,75 10 ^-3кВт/(м² К).

3. Коефіцієнт теплопередачі (табл. 6.2) в початковому варіанті (без урахування теплового випромінювання з топки)

k= = 80,4 10^-3кВт/(м²К)

4. Коефіцієнт тепловіддачі у варіанті з отриманнямпароперегрівачем променистої теплоти з топки

k= =77,6 10^-3кВт/(м²К).

Таким чином, випромінювання теплоти з топки привело до зменшення розрахункового коефіцієнта теплопередачі в поверхні в даному прикладі на 3,5% у зв'язку із збільшенням зовнішньої температури забруднення tз і деяким зниженням міжтрубного випромінювання, проте частка теплового випромінювання з топки складає близько 9% Qкі в цілому тепло сприйняття поверхні зростає.

Приклад6.22. Як зміниться коефіцієнт теплопередачі пароперегрівача і залежності від зміни коефіцієнта тепловіддачі від стінки до парив межах з ₂ = 4 до 8кВт/(м²К)?

Чи зміниться характер впливу ₂ на коефіцієнт теплопередачі стосовно проміжного пароперегрівача, в якому величина ₂ значно менше прийняти

=0,5Вт/(м²К) і =1,0кВт/(м²К).

При розв’язанні задачі прийняти:: = 90 10^-3кВт/(м²К); _л=40 10^-3кВт/(м²К) у первинному пароперегрівнику і =100 10^-3кВт/(м²К); _л =255 10^-3кВт/(м²К)в проміжному пароперегрівнику; =0,6 у обох варіантах.

Розв’язанняI. Визначаємо коефіцієнти теплопередачі в пароперегрівнику високого тиску:коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки

₁ =(90 10 ^-3+ 40 10 ^-3)1,0=130 10^-3 кВт/(м²К)

коефіцієнт теплопередачі при ₂ = 4,0 кВт/(м²К)

k₁₌= =75,59 10 ^-3кВт/(м²К)

коефіцієнт теплопередачі при ₂₌ 8,0кВт/(м²К)

k₂₌= =76,75кВт/(м²К)

2. Визначаємо коефіцієнти теплопередачі в проміжному пароперегрівачу:

коефіцієнт ₁₌ (100 10 ^-3 + 25 10 ^-3)1,0 = 125,0 10 ^-3кВт/(м² К);

при ₂ = 0,5 кВт/(м² К)

kпр1= =600 10^-3кВт/(м² К)

при ₂ = 1,0кВт/(м² К)

kпр2= =66,77 10^-3кВт/(м² К)

Таким чином, збільшення коефіцієнта тепловіддачі відстінки до пари ₂ в пароперегрівачі високого тиску,в якому значення ₂відносно великі, практичноне впливає на зміну коефіцієнта теплопередачі. В той же час в проміжному пароперегрівачі збільшення ₂ помітно підвищує коефіцієнт теплопередачі поверхні.

Приклад 6.23. У зв'язку з використовуванням засобів очищень забруднення конвективного пароперегрівача з шаховим розташуванням труб зменшилося. Визначити, як впливає це на коефіцієнт теплопередачі, а також на коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки випромінюванням _л. При розв’язані задачі прийняти: температуру середовища t = 450° С; коефіцієнт випромінювання ₂ = 0,135; сприйнятий тепловий потік qв= 44,1 кВт/м²; температуру продуктів згорання 1018°С; спалюване паливо - антрацитний штиб; швидкість продуктів згорання 10 м/с; діаметр труб 42 мм; подовжній крок 65 мм; коефіцієнт тепловіддачі від стінки до пари ₂ = 6,78 кВт/(м² К);коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки труби конвекцією =89,510^-3 кВт/(м² К).

Розв’язання1. Визначаємо коефіцієнт забруднення пароперегрівача в початковому варіанті. Відповідно до мал. П7, П8 і табл. 6.3:

Cd=1,13; Сфр=1,0; ₀ = 2,32 м² К/кВт; = 4,3м² К/кВт.

По (6.24) одержуємо

₌ 1,133 1,00 2,32 + 4,3 = 6,922 м² К/кВт.

2. Температура. забрудненої стінки в початковому варіанті (по 6.13)

t3=450+(6,922+ ) 44,1=762°С (1035 К)

3. Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням від продуктів згорання до стінки

по (6.12)

0,1355 12911 =44,22 10 ^-3кВт/(м² К);

4.Коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки труби

=(89,5 10-3+44,22 10 ^-3) 1,0= 133,7 10 ^-3кВт/(м² К);

5.Коефіцієнт теплопередачі в початковому варіанті (без очищення поверхні)

k = = 68,77 10 ^-3кВт/(м² К);

5. Температура забрудненої стінки труби за наявності очищення поверхні:

=1,72 м² К/кВт (по табл. 6.3).

При цьому = 1,133 1,00 2,32 + 1,72 = 4,34 м² К/кВт;

t3 = 450+(4,34 + )44,1=648°C (9211 К).

8. Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням від продуктів згорання до стінки

= 5,133 10 ^-3 0,1355 12913³ =38,55 10 ^-3кВт/(м² К);

9.Коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки труби

=(89,55 10 ^-3+38,55 10 ^-3) 1,0=128,00 10 ^-3кВт/(м² К).

10.Коефіцієнт теплопередачі для поверхні, що регулярно очищається

k= = 81,3кВт/(м² К).

Таким чином, організація очищення поверхні нагріву привела до збільшення коефіцієнта теплопередачі в даному випадку в 1,183 рази. При цьому знизилася температура зовнішніх забруднень і зменшився розрахунковийкоефіцієнт тепловіддачі випромінюванням.

Приклад 6.24. Вміст в летючій золі частинок розміромбільше 30 мкм (R30)змінюється від 55 (варіант 1) до 35%(варіант 2). Як зміниться при цьому коефіцієнт забруднення ₃, якщо трубний пучок має труби діаметром 32 мм; s2=48 мм; швидкість газів wг=10 м/с і = 0?

Розв’язання1. Визначаємо поправку на фракційнийсклад золи:

при R30= 55%

Сфр = 1-1,181g = 0,749;

при R30 = 35%

Cфр=1-1,181g =0,981.

2. Коефіцієнт забруднення для різних значень R30:по мал. П7 при d=32 мм Cd=0,8;по мал. П8 приwг= 10м/с і s2/d = 48/32 =1,5 початковий коефіцієнт забруднення = 2,235 м² К/кВт, тоді: при R30= 55%

=0,88 0,7499 2,235+ 0=1,34 м² К/кВт;

при R30=35%

₂ = 0,8 0,981 2,235 + 0= 1,754 м² К/кВт.

Таким чином, при дрібнішій летючій золі(притонкому помелі вугілля) коефіцієнт забруднення труб збільшився в даному випадку в 1,309 рази, проте при переході на тонкий помел палива забезпечується повніше згорянняпалива.

Приклад 6.25 Знайти коефіцієнт теплопередачі для пароперегрівача, що має змішане поперечне і подовжнє обмивання газами поверхні. Як зміниться розрахунковаповерхня нагріву, якщо прийняти, що вся поверхня пароперегрівача має поперечне обмивання? При проведені розрахунків прийняти коефіцієнти:

= 800 10 ^-3кВт/(м² К); = 255 10 ^-3кВт/(м² К); кВт/(м² К);

₂₌5,0 кВт/(м²К); поверхні нагріву Fпоп= 1500 м²; Fпр =300м²; коефіцієнти теплової ефективності і обмивання = 0,65; = 1,0.

Розв’язання. Коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки при поперечному обмиванні

= (80 10 ^-3+25 10 ^-3) 1,0= 10510^-3кВт/(м² К).

2.Коефіцієнт теплопередачі при поперечному обмиванні (див. табл. 6.2)

kпоп= =66,8 10^-3кВт/(м² К).

3. Коефіцієнт тепловіддачі при подовжньому обмиванні = (25,0 10 ^-3+ 25 10 ^-3) 1,0 = 50 10 ^-3кВт/(м² К).

4. Коефіцієнт теплопередачі при подовжньому обмиванні

kпр= =32,5 10^-3кВт/(м² К).

5.Середній коефіцієнт теплопередачі для поверхні по (6.186)

kср= =61,11 10^-3кВт/(м² К).

6.Визначаємо умовну поверхню нагріву для повністюпоперечного обмивання. Для отримання однакового теплосприйняття в поверхнях із змішаним обмиванням і чисто поперечним омиванням необхідно дотриматись умови

kпопFусл=kср(Fпоп+Fпр_),

звідки

F _усл= (Fnоп + Fnp) = (1500 + 300) = 1646 м²

В результаті розрахункова поверхня зменшилася на 8,5%. Потрібно мати на увазі, що результат залежить від співвідношення , і _л. При великих значеннях _л це зменшення буде меншзначимим, що і дає можливість для напів радіаційних поверхонь на виході з топки йти на спрощення розрахунку.

Приклад 6.26. Порівняти коефіцієнти теплопередачі ступеня конвективного пароперегрівача при роботі котла під розрідженням, роботі під наддувом,а також у високонапірному котлі. При розв’язанні задачі прийняти: тискв газоході котла при роботі під розрідженням 0,1 MПа, під наддувом 0,103 MПа, у високонапірному котлі 1,0 MПа; швидкість продуктів згорання 10 м/с: зовнішній діаметр труб 32 мм; кроки труб: поперечні 138 мм, подовжні 50мм; розташування труб—коридорне; кількість труб по глибині 20 шт.; температура продуктів згорання 800 °C: парціальний тиск водяної пари rH2O=0,191; повний парціальний тиск водяної пари і трьохатомних газів rп= 0,282; паливо- природний газ; температура зовнішнього забруднення стінки труби t3= 450 0 З: коефіцієнт тепловіддачі від стінки до пари ₂ = 6 кВт/(м² К).

Розв’язання. 1. При роботі котла під розрідженням визначаємо коефіцієнттепловіддачі конвекцією від продуктів згорання до стінки :

відносні кроки труб = s1/d=138/32 = 4,312; ₂= s2/d=50/32= 1,562;

поправки на кількість труб по ходу газів і геометрію пакету.

Оскільки z2>10, то Сz=1,0 при >3 приймаємо в розрахунку =3, тоді Сs= [1 + (22 3 - 3) (1 - 1,562/2)³] ^-2 = 0,940

фізичні характеристики димових газів при =800⁰C і rH2O = 0,191. З табл. П9 додатки з урахуванням поправок одержуємо

v= 126,00 1,0255 10^-3=129,155 10^-6 м²/с;

= 9,1533 10^-5 1,055 = 9,6566 10^-3кВт/(мК);

Pr = 0,599 1,048 = 0,618:

коефіцієнт тепловіддачі

kк=0,22 1,00 0,9400 ( )^0,655 0,6180,33= 77,88 10^-3кВт/(м²К).

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінкитруби випромінюванням ефективна товщина випромінюючого шару по (6.6)

s=0,99 0,032( )=0,218 м;

pns=0,11 0,2822 0,218 = 0,00615 МПа м;

коефіцієнт послаблення проміння трьохатомними газами по (4.14)

kг = ( ( )=25,821/МПаа м;

коефіцієнт випромінювання по (4.13)

=1-е^{-25,822 0,11 0,2822 0,218}=0,147

коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням від продуктів згорання до стінки труби _л по (6.10)

_л= 5,133 10-11¹ 0,1477 10733³ =19,88 10^-3кВт/ м² К,

де Tз= 450 + 273 = 723 К— абсолютна температура зовнішнього шарузабруднення, К.

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до стінки труби по (6.9):

₁ = 1,0(77,8 10^-3+19,88 10^-3) = 97,66 10^-3 кВт/(м² К).

Коефіцієнт теплопередачі в ступені пароперегрівача:при - >400 ⁰ С коефіцієнт теплової ефективності - = 0,85; коефіцієнт теплопередачі

k1= = 81,610^-3кВт/(м² К).

2. При роботі котла під наддувом. Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від продуктів згорання до стінки . Виходячи з (6.11) і прямої залежності кінематичної в'язкості від тиску, одержуємо

_кн= _док ^0,65=77,88 10^-3( )= 79,33 10^-3кВт/(м² К).

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням від продуктів згорання до стінки _л :

рпs=.0,1033 0,2822 0,218 = 0,00633 МПа м;

коефіцієнт kг=25,43 1/(МПаа м);

коефіцієнт випромінювання =0,149;

коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням _л= 20,11 10^-3. кВт/м². Коефіцієнт теплопередачі:

_1н = 99,44 10^-3 кВт/(м² К); k₂= 83,1 10 ^-3 кВт/(м² К).

3. При розрахунку високонапірного котла визначаємо коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від продуктів згорання до стінки:

_кв = 77,88 10^-3 (( )^0,65 =347,55 10^-3 кВт/(м² К).

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням від продуктів згорання до стінки:

рпs= 1,00 0,2822 0,218 = 0,0615 МПа м;

коефіцієнт к_г== -1(1-0,377 )=7,752 1/(MIIa м);

коефіцієнт випромінювання = 0,379;

коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням

=20,1 10^{-3 =}51,1 10^-3кВт/(м² К).

Коефіцієнт теплопередачі:

_1в= 1,0 (347,55 10 ^-3 +51,00 10^-5)= 398,55 10 ^-3 кВт/(м²К);

kз= =317,77 10^-3 кВт/(м² К).

Таким чином, перехід на роботу котла під наддувом трохизмінюється коефіцієнт теплопередачі (на 1,8%), теплообмін в поверхняхвисоконапірного котла при р=1,0МПа збільшується в 3,893 рази в порівнянні з роботою котла під розрідженням.

Приклад 6.27. Визначити коефіцієнт теплопередачі в мембранному економайзері з коридорним пучком труб. При виконанні розрахунку прийняти: труби зовнішнім діаметром 28 ммі завтовшки стінки 4 мм; поперечний крок труб s1=85мм,подовжній s2 =45 мм; секції змійовиків мають по дві паралельні труби; висоту ребра hpб =31мм, середню товщинуребра b_рб = 3 мм; поверхня мембранної частини F_м = 7040 м ;поверхня гладкотрубної частини Fгл = 1572 м²; внутрішню поверхню труб мембранної частини F_вн = 2148 м²; спалюванепаливо-мазут; коефіцієнт теплової ефективності = 0,702;число рядів труб z₂= 80; швидкість продуктів згорання w_{г =} 11,65м/с; середню температуру продуктів згорання 460^оС, на вході609°С; температуру води 293⁰С, парціальну частку водяної пари r_H2O = 0,118, частку трьохатомних газів і водяної париr_п = 0,258; відношення F_p6/F_м= 0,602; Fм/Fвн=3,277_. Відношення глибини газового об'єму на вході в поверхню до глибини конвективного пакету l₀/I_n = 0,522. Коефіцієнти теплообміну в трубах кВт/(м² К): ₂ = 11,63, k_гл= 84,9 10^-3.

Розв’язання. 1. Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі конвекцією:відносні кроки труб = 85/28 = 3,036, ₂=45/28= 1,61;поправочний коефіцієнт на геометрію пучка і числорядів труб

=0,841

Cs=0,115 3,036-12 0,841+0,11=0,135.

Оскільки z₂> 8, то C_z=1,0.

Фізичні параметри продуктів згорання при = 460°С і r_Н2O= 0,118 (з урахуванням поправок): v = 67,054 10^-6 м²/с;

= 6,227 10^-5 кВт/(м К);

Рr = 0,629;

коефіцієнт тепловіддачі конвекцією до гладких труб

_до = 1,0 0,135( )( )^0,7 0,6290,33 =

= 98,5 10^-3 кВт/(м² К).