3 Анализ
В топочной камере по всему периметру и по всей высоте стен обычно расположены трубные плоские системы - топочные экраны, являющиеся радиационными поверхностями нагрева.
Температура в топке в зоне горения факела достигает 1400-1600°С. Поэтому стены топочной камеры выкладывают из огнеупорного материала, а их наружная поверхность покрывается тепловой изоляцией. Частично охладившиеся в топке продукты сгорания с температурой 900-1200°С поступают в горизонтальный газоход котла, где омывают пароперегреватель, а затем направляются в конвективную шахту, в которой размещаются промежуточный пароперегреватель, водяной экономайзер и последняя по ходу газов поверхность нагрева — воздухоподогреватель, в котором воздух подогревается перед его подачей в топку котла. Продукты сгорания имеют температуру на выходе 110-160°С. Поскольку дальнейшая утилизация тепла при такой низкой температуре нерентабельна, уходящие газы с помощью дымососа удаляются в дымовую трубу [24].
4 Применение новых опорных знаний
Задача 11.5 [25]. Газообразные продукты сгорания (р = 0,101 МПа) омывают поверхность труб конвективного пароперегревателя парового котла. Объемная доля Н2O rH2O=0,11, объемная доля СО2 rCO = 0,13, температура продуктов сгорания tг= 950 °C, температура труб tс =500 °С. Трубы расположены в шахматном порядке; их диаметр d=38 мм, продольный и поперечный шаги равны s1/d = s2/d = 2. Степень черноты труб εс = 0,8. Найти плотность потока результирующего излучения на стенках труб и коэффициент теплоотдачи излучением [25].
Решение. Эффективная длина луча:
(10.1)
Вычисляем:
(10.2)
(10.3)
Пользуясь
рисунками 11.1—11.3, с.136-138, [26], определяем:
Степень черноты газов:
(10.4)
Для
определения
и
предварительно рассчитываем:
(10.5)
По
полученным значениям
и
и
температуре стенки, пользуясь рисунками
11.1—11.3, с. 136-138, [21], находим:
.
.
Далее определяем и :
;
Поглощательная способность продуктов сгорания:
(10.6)
Плотность потока результирующего излучения на стенках труб:
Вт/м2.
Коэффициент теплоотдачи излучением:
Вт/(м2К).
5 Синтез
Рассмотрим водяной экономайзер как пример конвективного теплообменника
Определить
плотность теплового потока, проходящего
через плоскую стальную стенку толщиной
с
и коэффициент теплопередачи для двух
случаев. В первом случае: температура
кипящей воды t2=227оС,
коэффициент теплоотдачи от газов к
стенке
и от стенки к кипящей воде
.
Во втором случае в процессе эксплуатации
поверхность нагрева со стороны газов
накрылась слоем сажи толщиной
с
.
Температура газов и воды остается без
изменения.
Вычислить температуры поверхностей между слоями, а также определить во сколько раз уменьшиться коэффициент теплопередачи с появлением слоя сажи.
Первый случай. Коэффициент теплопередачи определяем по формуле (24-5) [9]:
(10.7)
Плотность теплового потока находим по уравнению (24-6) [9]:
(10.8)
Температура стенки со стороны газов определяем по:
(10.9)
Температура стенки со стороны воды ровна:
(10.10)
Второй случай. Коэффициент теплопередачи определяем по формуле: (24-9) [9]:
(10.11)
Плотность теплового потока находим по уравнению (24-6) [3]:
Наружная температура сажи составляет:
Температура внутренней поверхности сажи:
Температура внутренней поверхности стенки (со стороны воды):
Слой сажи в 2мм уменьшает коэффициент теплопередачи от газов к воде в 3.13 раза.