19. Теплообмен в конвективных поверхностях и тепловой расчет пароперегревателя и кипятильных пучков

Поверхности нагрева, расположенные в газоходах котельного агрегата, воспринимают теплоту, переданную в основном конвекцией, в связи с чем и называются конвективными поверхностями нагрева. К таким поверхностям относятся котельный пучок труб, пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель. Интенсивность конвективного теплообмена зависит от скорости продуктов сгорания и обогреваемой среды; температур потока продуктов сгорания и среды, воспринимающей теплоту; физических свойств рабочих веществ; характера омывапия поверхности нагрева (продольное, поперечное, смешанное); конструктивных характеристик поверхностей нагрева; характера потока (турбулентный, ламинарный) и т. д.

Интенсивность работы конвективных поверхностей нагрева определяется в основном коэффициентом теплопередачи k. Поверхности нагрева котельного агрегата выполняют из труб с малым отношением толщины стенки к диаметру, поэтому при расчете влиянием кривизны стенки пренебрегают, вследствие чего коэффициент теплопередачи можно определять так же, как для плоских поверхностей нагрева, Вт/(м2-К):

В основе расчета всех конвективных поверхностей нагрева лежат два уравнения:

1) уравнение теплового баланса

Следует отметить, что термическое сопротивление металлической стенки незначительно и термическое сопротивление слоя загрязнений бн/Ян со стороны нагреваемого теплоносителя (воды, пара, воздуха) также мало, поэтому их значениями при расчете можно пренебречь. Если стенки тепловоспринимающнх поверхностей неметаллические (как, например, воздухоподогреватель со стеклянными трубами), то термическое сопротивление бст/Яст такой стенки в расчете учитывают. Влияние термических сопротивлений загрязнений поверхности со стороны продуктов сгорания 63Д3 обычно учитывают введением поправочного коэффициента е, который называется коэффициентом загрязнения. При указанных упрощениях уравнение для расчета коэффициента теплопередачи, Вт/(м2-К), принимает вид:

Следует отметить, что термическое сопротивление теплоотдачи от стенки к нагреваемому теплоносителю (вода, пар) 1/а2 значительно меньше, чем термическое сопротивление теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке.

Для перегретого водяного пара величина коэффициента теплоотдачи значительно меньше и составляет а2 = = 1150—3500 Вт/(м2-К), а для воздуха а2=17—40 Вт/ /(м2-К), т. е. его величина соизмерима с коэффициентом теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке а. Поэтому при расчете пароперегревателей и воздухоподогревателей термическое сопротивление от стенки к нагреваемому теплоносителю 1/а2 учитывают и коэффициент теплопередачи определяют из выражения (2.47).

Коэффициент теплопередачи:

В коридорных и шахматных пучках при сжигании газа и мазута, а также при сжигании твердого топлива в котлах малой мощности коэффициент теплопередачи k подсчитывают по следующим формулам:

для испарительных поверхностей нагрева и водяных экономайзеров

При определении коэффициента теплоотдачи а в ряде случаев наряду с конвективным теплообменом в газоходах котла необходимо учитывать излучение трехатомных газов. При этом допускают определенную условность и принимают, что коэффициент теплоотдачи, Вт/ (м2 К), равен:

В котельном агрегате, как правило, конвективные испарительные поверхности нагрева, пароперегреватель п водяной экономайзер омываются снаружи поперечным потоком продуктов сгорания, а воздухоподогреватель — продольным потоком. Коэффициент теплоотдачи конвекцией в поперечно-омываемом коридорном пучке труб определяют из уравнения