книги из ГПНТБ / Отепление шахтных стволов М. М. Шемаханов. 1960- 11 Мб

Основные преимущества воды:

1)возможность передачи ее на большие расстояния при не­

больших потерях теплового потенциала; трубопроводы при по­

даче воды имеют меньший диаметр;

2)сохранение всего конденсата греющего пара на ТЭЦ в во­

донагревательных установках.

Основные преимущества пара:

1) малый удельный вес и незначительные создаваемые гидро­

статические давления даже при самых неблагоприятных релье­ фах;

2) простота обнаружения и ликвидации аварий в сети (пар

всегда выходит на поверхность земли); 3) наличие конденсатоотводчиков у калориферов позволяю­

щих регулировать количество подаваемого пара; 4) незначительный расход энергии на передачу пара (расход

энергии на возврат конденсата значительно меньше, чем на пере­

качку воды).

Следует отметить, что калориферы, обогреваемые перегретой водой, имеют более высокий коэффициент теплопередачи, чем

паровые калориферы, и установка получается более компактной. Котельная, в которой производится подогрев воды до темпе­

ратуры 130—150°, имеет более простое устройство по сравнению

с паровой котельной (отсутствие водоочистительной установки,

водяного экономайзера и т. д.). Применение перегретой воды

для калориферных установок может быть целесообразным и без наличия ТЭЦ. Однако в СССР пока не выпускаются водогрей­ ные котлы значительной теплопроизводительности, дающие воз­

можность такого подогрева воды. Давление воды при темпера­

туре 150° должно быть выше давления, соответствующего темпе­ ратуре кипения, т. е. 5 ата.

Огневые калориферы имеют худший коэффициент теплопере­

дачи (от газа к воздуху), чем паровые калориферы. Нагрев воз­

духа в них осуществляется газами, поступающими от самостоя­

тельной топки, или же для обогрева калорифера используются от­ ходящие газы котельной установки. В последнем случае установка дешевле, так как используется отбросное тепло. Огневые калори­

феры занимают большую площадь, чем паровые калориферы.

Благодаря большим преимуществам парового калорифера —

простоте устройства, компактности, стандартности частей, удоб­ ству ремонта — он получил большее распространение.

Правила технической эксплуатации угольных шахт (ПТЭ)

предусматривают установку на шахтах паровых калориферов.

Однако, по мнению автора, в некоторых случаях допустима уста­

новка огневых калориферов, например на шахтах с децентрали­ зованной вентиляцией, т. е. там, где воздух подается в шахту не через одну вертикальную выработку, а через серию вентиляци­ онных шурфов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга.

Следует отметить, что за рубежом (США, Англия) в настоя­

щее время применяются крупные агрегаты, воздухонагреватели,

а также отопительные агрегаты с самостоятельной топкой и авто­

матическим управлением для отопления промышленных зданий. Теплопроизводителытость их достигает 500 тыс. ккал]ч. На рис. 8

показан такой отопительный агрегат с нефтяной топкой и авто­

матическим управлением. Наиболее крупные агрегаты предна­

значены для отопления таких помещений, как ангары для само­

летов, сборочные цеха, большие

■склады. Они изготовляются целиком

из стали, а камеры горения —из нержавеющей стали.

В топке агрегата имеется четыре хода. Газы попадают сначала к задней стенке камеры сгорания, затем вверх и возвращаются

к фронту топки. Отсюда газы, опускаясь, поступают в трубки эко­

номайзера; проходят первый ряд трубок в направлении от

фронта топки к задней стенке и обратно через второй ряд гори­

зонтальных трубок. Продукты сгорания из передней части эко­ номайзера направляются в сборную камеру и оттуда нагне­

таются в дымовую трубу небольшим дымососом.

Горелка снабжена электронным реле. При аварии главного вентилятора горелка автоматически перестает работать. Агрегат предохранен также от чрезмерного повышения температуры воз­ духа, перегрузки электродвигателя и прекращения подачи воз­

духа.

Элементы теплопередачи

Переход тепла от теплоносителя через металлическую стенку

к воздуху в калориферной установке происходит тремя путями:

теплопроводностью, непосредственным соприкосновением (кон­

векция) и излучением.

20

Переход тепла посредством теплопроводности происходит со­

гласно зависимости

Коэффициент теплопроводности имеет наибольшее значение

для металлов и наименьшее для употребляемых в технике изо­

ляционных материалов. Малые теплопроводности имеют также

газы и пары; среди них водород занимает особое положение, так

как он по теплопроводности далеко превосходит остальные газы.

Коэффициент % зависит также от давления и температуры,

а для газовых смесей — и от их состава. Коэффициенты тепло­

21

С этим способом теплопередачи в калориферной установке

количеству тепла, переданного в единицу времени (час) через единицу поверхности (ж2) при разности температуры между жид­ костью (газом) и поверхностью в 1°.

Исследования показали, что коэффициент теплоотдачи пред­

ставляет собой сложную функцию, зависящую от большого ко­

личества переменных: скорости движения, температуры, тепло­ проводности, плотности, теплоемкости и др. Поэтому эта вели­ чина обычно определяется по формулам, полученным непосред­ ственно из опыта.

Передача тепла радиацией становится существенной лишь

при высоких температурах теплоносителя; это может иметь место

при нагреве воздуха в огневых калориферах.

Количество тепла Q, которое излучается поверхностью F, вы­

числяется по уравнению

(3)

с— коэффициент излучения абсолютного черного тела,

равный 4,96.

При переходе тепла через плоскую стенку (без учета тепла

лучеиспускания) определение количества тепла производится

следующим образом (для чистой стенки).

Если толщина однородной стенки б с коэффициентом тепло­ проводности X, температура теплоносителя Л, температура тепло­

воспринимающей среды /2, ai и да соответственно коэффициенты

теплоотдачи от теплоносителя к стенке (он) и от стенки к воспри­ нимающей тепло среде (а2), то получим

22

дачи /? = -i- , называется термическим сопротивлением тепло­

передачи.

Для огневого калорифера порядок цифр коэффициентов си

и аг остается одинаковым, так как в нем тепло переходит от газа к стенке, а затем от стенки к воздуху, а род металла оказывает

незначительное влияние на коэффициент теплопередачи; поэтому

А » —

R ~ 2 •

При теплопередаче через цилиндрическую стенку трубы дли­

ной I м, с внутренним диаметром dy м и внешним d2 м, коэффи­

причем К является линейным коэффициентом теплопередачи (на

1 м длины трубы).

Расчетные формулы теплопередачи для трубы довольно гро­

моздки, поэтому при практических расчетах применяют упроще­

ния, и при небольшой толщине стенки вместо формулы (6) приме­

няют формулу для плоской стенки (5).

Количество тепла, передаваемого через стенку, можно выра­

зить при переменных значениях температур теплоносителя и на­

23

Обозначим;

24

Продолжение табл. 3

241,189

Вслучае поступления в калорифер воздуха достаточно влаж­ ного, определение количества тепла Q следует производить с уче­ том затрат тепла на нагрев влаги воздуха по уравнению

Q = ig-i(A-4)~g1(0,24 + 0,471^)(A/'-^), ккал^ (9,6)

духа ф.

Возвращаясь к уравнению (7), выясним способ определения среднего температурного напора At теплоносителя и воздуха.

Теплоноситель охлаждается в калорифере в пределах от тем­

пературы поступления его в калорифер tT' до температуры вы­

хода из него tT", в то время как воздух подогревается от темпе­ ратуры tB до tB".

Характер изменения температур теплоносителя и воздуха за­

25

нагрева представляются четырьмя кривыми, показанными на

рис. 9. Из этих кривых видно, что при противотоке температура воздуха может быть получена выше конечной температуры теп­

лоносителя. Таким образом, при одной и той же начальной тем­

пературе при противотоке воздух можно нагреть до температуры более высокой, чем при параллельном токе, поэтому в этом слу­

чае поверхность нагрева калорифера может быть меньше.

Рис. 9. Характер изменения температур теплоносителя

ивоздуха:

а—при прямотоке; б — при противотоке

Втом случае, когда температура теплоносителя во время обо­

грева не изменяется, средний температурный напор будет иметь

одно и то же значение, независимо от схемы движения. Этот слу­ чай имеет место в паровых калориферах, когда при конденсации

пара температура его не изменяется.

Средний температурный напор при прямотоке определяется следующим образом. Количество тепла, передаваемого в час от. теплоносителя к воздуху через элемент поверхности dF (рис. 10),

определяется уравнением

Поэтому

26

Подставляя в уравнение (11)

значение dQ из уравнения (10), имеем

d (tT — tB) — — ak (7T — t^dF.

Обозначим (^т — 7В)Л. через &tx

и, разделяя переменные, полу­ чим

^-—^- — — akdF. (12)

Полагая а и k постоянными

т. е. температурный напор вдоль поверхности нагрева изменяется

по закону показательной функции и

оо

Подставляя в это уравнение значения akF и е akF из урав- нений (13) и (14) и зная, что в конце поверхности нагрева

27

или

ент теплопередачи вдоль поверхности нагрева оставались неиз­ менными.

Хотя для расчета калорифера эти условия выполняются при­

ближенно, но полученное значение Lt достаточно точно.

Если температура теплоносителя и воздуха вдоль поверхности

мулам (18) и (19), отличаются друг от друга меньше, чем на 4%;

28