Конвективным теплообменом

Более 50% теплоты, выделившейся в стационарном кипящем слое, расходуется на нагрев золы, поступающей из-под циклона с температурой 300-500*С и уходящих из слоя газов. Туда же вводится часть золы, уловленной матерчатым фильтром, ее количество определяется эффективностью горения и использования известняка. Остальная теплота передается экранным и конвективным поверхностям нагрева.

Дымовые газы после кипящего слоя с температурой 950°С по газоходам диаметром 3,2 м, футерованными изнутри, поступают в пылеугольную топку ниже уровня горелок, где догорает основная часть топлива, не сгоревшего в топке кипящего слоя. Далее дымовые газы проходят через котел и отдают свою теплоту экранным и конвективным поверхностям нагрева (рис. 5.46).

Q'p=Qp, 5 = 5318-3630=19300000 ккал/ч. Количество тепла, переданное конвективным поверхностям нагрева:

К конвективным поверхностям котлов относятся части поверхностей нагрева, омываемые горячими газами-продуктами горения. К ним относятся трубы кипятильного пучка, змеевики пароперегревателя и водяного экономайзера, трубки воздухоподогревателя.

вается радиационной (топочные экраны, фестоны пароперегревателя, трубы первого газохода, обращенные к топке). Даже в потухших газах большая концентрация золовых частиц может очень существенно сказываться на тепловосприятии в первом конвективном пакете труб, который в иных условиях, при малозольном топливе, действительно оправдывал бы свою принадлежность к чисто конвективным поверхностям нагрева.

3. Упрощение схем котельных агрегатов и отдельных их элементов. Сильно развитые конвективные пучки котлов прежних конструкций в настоящее время уступают место весьма малым конвективным поверхностям нагрева и очень большим хвостовым поверхностям. Вместе с тем имеется определенная тенденция в сторону уменьшения числа барабанов у барабанных котлов с переходом от трех- и двухбара-банных к однобарабанным котлам. В еще большей степени заметно упрощение схемы при переходе на безбарабанные прямоточные котлы. Советские прямоточные котлы системы проф. Рамзина не имеют и сложной системы внешних циркуляционных труб и промежуточных смесительных коллекторов, сохранившихся в зарубежных конструкциях прямоточных котлов. Значительного упрощения схем добились советские теплотехники и в области топливопрнготовления. Для большинства топлив, содержащих более 30% летучих, в настоящее время применение находят

Стенд, общая схема которого показана на рис. 2, состоял из следующих элементов: вентиляторной группы из двух последовательно включенных высоконапорных вентиляторов 1, трубчатого воздухоподогревателя 2 и воздуховодов холодного воздуха с шиберами; воздуховодов горячего воздуха 3 с измерительными участками 4, отключающим шибером 5 и регулирующими поворотными шиберами 6; форсированной камеры горения 7; переходной камеры 8, соединяющей камеру горения с системой газоходов и имитирующей переходный объем от тонки к конвективным поверхностям нагрева парогенератора; горизонтального охлаждаемого газохода 9, предназначенного для охлаждения газов перед поступлением их в воздухоподогреватель; вертикального опускного неохлаждаемого газохода 10; дымовой трубы //; топливной системы 12 и системы водяного охлаждения элементов стенда. При проектировании основного и вспомогательного оборудования стенда была поставлена задача обеспечить возможно более широкий диапазон изменения как конструктивных вариантов испытываемых камер, так и режимных условий их работы при минимальных переделках оборудования. Отдельные элементы стенда проектировались с учетом удобства проведения измерений при испытаниях. В ряде случаев это привело к некоторой конструктивной сложности оборудования, вы-202

ориентировочно характеризуют необходимую длину переходной камеры от камеры сгорания к конвективным поверхностям нагрева котлоагрегата. Следует заметить, что средняя скорость газового потока (20 м/сек) в переходной камере была значительно выше рекомендуемой в настоящее время скорости перед ширмовыми поверхностями нагрева (около 10 м/сек). Снижение скорости газов в переходной камере за счет увеличения ее сечения, а следовательно, и увеличение времени пребывания газов в ее объеме приводят к существенному росту пол-

регородок в коллекторах. В эксплуатации имели место случаи, когда вследствие резкого ухудшения охлаждения части труб из-за значительной неплот--ности или выпадения перегородки и пропуска пара эти трубы перегорали. Особенностью конвективных пароперегревателей является увеличение температуры пара при повышении нагрузки парового котла. Это объясняется тем, что при изменении нагрузки происходит перераспределение количества тепла, передаваемого радиационным и конвективным поверхностям нагрева. С ростом

При всех изменениях котельного агрегата в процессе его развития температура газов при входе в конвективные поверхности нагрева остается практически неизменной, а температура уходящих газов постепенно понижается. Следовательно, доля тепла, передаваемого конвективным поверхностям, увеличивается. В то же время условия для теплообмена в них ухудшаются в том отношении, что температурные напоры становятся все меньше и меньше. Увеличение давления в котле и связанный с этим рост температуры кипения, повышение температуры перегретого пара, увеличение регенеративного подогрева питательной воды, увеличение подогрева воздуха, введение вторичного перегрева пара — все это действует в одном направлении—снижает температурные напоры между дымовыми газами и тештовоспринимаю-щей средой. К снижению температурного напора приводят и применяемые в настоящее время способы предотвращения коррозии воздухоподогревателей (рециркуляция горячего воздуха, паровой подогрев и пр.).

В предыдущей главе были рассмотрены динамические свойства топочного устройства. Это дало возможность определить изменение во времени тепловыделения в топке и расхода дымовых газов, выполняющих роль носителя энергии, при различных возмущениях. Тепло, выделяющееся в топке, воспринимается частично посредством радиации поверхностями нагрева, расположенными в топке, а частично дымовыми газами, которые затем в основном с помощью конвекции передают его конвективным поверхностям нагрев а. Происходящие при этом процессы являются 'следствием термодинамических и гидродинамических явлений. Для каждого котла они в значительной мере определяются регулирующими воздействиями в топке и в меньшей степени — температурой поверхностей нагрева, а следовательно, и процессами в пароводяном тракте.

Под конвекцией понимают процессы переноса теплоты при перемещении объемов жидкости или газа в пространстве. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью и этот совместный процесс называют конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между поверхностью твердого тела и жидкостью или газом называется теплоотдачей.

ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН — теплообмен между телами, осуществляющийся вследствие испускания и поглощения ими электромагнитного излучения. Л. т. может происходить при отсутствии промежуточной среды (напр., обогрев Земли вследствие поглощения падающего на неё излучения Солнца). Обычно Л. т. сопровождается конвективным теплообменом и явлением теплопроводности. Л. т. эффективен лишь при достаточно высоких темп-pax тел. В технике Л. т., в т. ч. ИК лучами, широко используется в печах, сушилках, паровых котлах и т. д. Большую роль Л. т. играет в метеорологии, ракетной технике, гелиотехнике и др.

Из определения конвекции следует, что количество передаваемого конвекцией в единицу времени тепла прямо связано со скоростью движения среды. Тепло передается главным образом в результате происходящих потоков жидкости или газа (макрообъемов), но отчасти тепло распространяется и в результате обмена энергией между частицами, т. е. теплопроводностью. Таким образом, конвекция всегда сопровождается теплопроводностью (кондукцией) , и, следовательно, теплопроводность является неотъемлемой частью конвекции. Совместный процесс конвекции тепла и теплопроводности называют конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между потоком теплоносителя и поверхностью называют конвективной теплоотдачей или теплоотдачей соприкосновением и описывают формулой Ньютона — Рихмана

В условиях движения среды, когда образуется динамический пограничный слой и при разности концентраций на внутренней его границе и вне его, можно выделить диффузионный пограничный слой (аналогично тепловому пограничному слою). Толщина пограничного слоя зависит от скорости газов и при скорости, например, 1 м/сек составляет 6Д=* = 0,05 мм. Можно положить, что массоперенос через диффузионный пограничный слой в направлении, нормальном к стенке, происходит в пограничном слое только путем молекулярной диффузии (по закону Фика). Подобно тому совместную передачу тепла в движущейся одно-компонентной среде теплопроводностью и конвекцией называют конвективным теплообменом, совместный молекулярный и макроскопический перенос массы называют конвективным массообменом.

Если при литье в песчаные формы с применением автоклава условия затвердевания определяются в основном конвективным теплообменом, то при использовании металлических и графитовых форм увеличение скорости затвердевания отливки происходит преимущественно за счет увеличения теплоотдачи в зазоре. Этим и объясняется тот факт, что скорость затвердевания отливки в металлической форме при повышенном давлении гелия (табл. 4), имеющего больший коэффициент теплопроводности и заполняющего зазор между отливкой и формой, несколько выше, чем при давлении азота, имеющего меньший коэффициент теплопроводности.

Таким образом, процесс генерации пара вызывает интенсивный массообмен в кипящей жидкости и, дополнительную турбулизацию пристенной области. При этом устанавливается значительно более мощный по сравнению с конвективным теплообменом в однофазных средах механизм переноса. Особенность этого механизма заключается в том, . что от элементов поверхности, находящихся непосредственно под паровыми пузырями, тепловой поток отводится в основном с паром паровых пузырей (в форме теплоты испарения), а также в виде избыточной энтальпии перегретой жидкости, выталкиваемой из пристенного слоя паровыми пузырями в период их роста и при отрыве от теплоотдающей поверхности.

Конвективным теплообменом, или теплоотдачей, называется процесс совместной передачи тепла конвекцией и теплопроводностью от поверхности твердой стенки к потоку омывающей ее жидкости или от потока жидкости к стенке. Причина переноса тепла — неравномерность температурного поля.

Конвекция теплоты всегда сопровождается теплопроводностью. Совместный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом.

Процессы теплопроводности и конвективного теплообмена могут сопровождаться теплообменом излучением. Теплообмен, обусловленный совместным переносом теплоты излучением и теплопроводностью, называют радиационно-кондуктивным теплообменом. Если перенос теплоты осуществляется дополнительно и конвекцией, то такой процесс называют радиаиионно-конвективным теплообменом. Иногда радиацион-но-кондуктивный ,и радиационно-конвективный перенос теплоты называют сложным теплообменом.

дачи теплоты от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку называется теплопередачей. Теплопередача осуществляется различными элементарными процессами теплопереноса. Парогенери-рующие трубы котельного агрегата, например, получают теплоту от продуктов сгорания топлива в результате радиационно-конвективного теплообмена. Через слой наружного загрязнения, металлическую стенку и слой накипи теплота передается теплопроводностью. От внутренней поверхности трубы к омывающей ее жидкости теплота переносится конвективным теплообменом (теплоотдачей).

резко увеличивается по мере увеличения перегрева жидкости. Обе формы переноса теплоты — конвективным теплообменом и излучением — оказывают взаимное влияние друг на друга. Оно проявляется в том,. что пар, образующийся благодаря излучению, приводит к утолщению паровой пленки и соответствующему уменьшению интенсивности переноса теплоты за счет конвекции и теплопроводности.