|
|
Коэффициент теплопередачи Трубчатого воздухоподогре-
Для вертикальных трубчатых воздухоподогревателей с выполнением хода воздуха отдельным кубом (без установки промежуточных трубных досок) коэффициенты использования принимают следующими:
Вид топлива Холодная Горячая
Ступень ступень
АШ, фрезерный торф, канско-ачинские бурые
TOC o "1-3" h z Угли………………………………………………………………………………………. 0,9 0,75
Мазут……………………………………………………………………………………. 0,85 0,90
Все остальные твердые и газообразные топлива 0,90 0,90
При наличии межходовых промежуточных трубных- досок в пределах блока воздухоподогревателя коэффициент использования снижается по сравнению с указанными выше значениями на 0,15 в двухходовой ступени с одной промежуточной доской и трехходовой ступени с двумя промежуточными досками; на 0,05 в трехходовой ступени при одной промежуточной доске и в четырехходовой при двух промежуточных досках.
Для определения аг и ав используется зависимость
Аг = ак + ал, (7.7)
Где ак и ал—коэффициенты ^теплоотдачи конвекцией и излучением, кВт/(м2 • К); их значения определяются по § 6.2.
Значение ал рассчитывают по эффективной толщине излу — чающеш слоя ^эф = 0,9^вн при температуре загрязнения ^=0,5(8Г-МВ). Однако ввиду малого значения ал из-за низких температур газов и незначительной s^ ее значением для одноступенчатых воздухоподогревателей пренебрегают.
В случае продольного омывания поверхности трубы расчет аг производится по (6.15), в которой D3 принимается равным внутреннему диаметру труб.
Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к воздуху для поперечного омывания труб определяется аналогично, как при движении продуктов сгорания в шахматных пучках по (6.10).
Скорость воздуха в межтрубном пространстве определяют по формуле
WB — вр рвп V в° (/ + 273) / (273FB), (7.8)
Где рвп—коэффициент избытка воздуха в ВП,
Ррц—доля рециркуляции горячего воздуха в ВП; FB — площадь для прохода воздуха, м2; FB определяется по (6.3).
Для регенеративных воздухоподогревателей коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле
|
1 1 —- +—— А’г ®г |
|
(7.9) 169 |
Где хт и хк—доли поверхности нагрева или живого сечения для прохода продуктов сгорания и воздуха: xr=FT/FBa; xK=FB/FBn; Fr, FB, FBn—сечения для прохода продуктов сгорания, воздуха и общее проходное сечение РВП; Я—поправочный коэффициент, учитывающий нестационарность процесса теплообмена; для РВП с пластинчатой набивкой и толщйной листов 0,6—1,2 мм коэффициент Я зависит от скорости вращения ротора: при n= 1 об/мин Я=0,97, при 1,5 об/мин Я =1,0; ^ — коэффициент использования поверхности, принимается для всех топлив (твердых, жидких и газообразных) равным 0,8 при АаРВП^0,20 и 0,9 при АаРВП< 0,15; при значениях АаРВП в интервале 0,20—0,15 коэффициенты Е, интерполируют.
Коэффициенты теплоотдачи по газовой и воздушной сторонам РВП определяют по формуле
А = А ^ 8 Pr0,4Q, (7.10)
Где А—коэффициент, зависящий от типа набивки.
При использовании для набивки стальных листов коэффициент принимает значения: для волнистых листов интенсифицированной набивки горячей части РВП при суммарной высоте изгиба двух соседних листов а+Ь = 24 мм А =0,027 и при а+Ь = 4,8 мм >1=0,037; для сочетания волнистых и гладких листов горячей части РВП А = 0,027: для гладких и дистан — ционйрующих (с выступами) утолщенных листов набивки холодной части РВП А =0,021. В случае эмалированных листов холодной части РВП коэффициент снижается на 5% по сравнению с металлическими листами. При этом, как правило, эмалирование набивки холодной части выполняется из гладких и волнистых промежуточных листов, т. е. по типу набивки горячей части, для которой принимают >1=0,027.
Поправка С, вводится только при нагревании воздуха:
С, = (Т/Тст)0-5,
Где Т, Тст—температуры воздуха и стенки листов набивки, К.
Средняя температура стенки листов набивки
‘ст = (Эг *г + ‘в*в ) / (*г + *в )-
Температурный напор в РВП рассчитывается по формулам § 6.4.
Пример 7.4. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху для трубчатого воздухоподогревателя (ТВП) из труб наружным диаметром 40 мм с толщиной стенки 1,6 мм, шахматным расположением труб с шагами 51 =60 и S2 = 42 мм.
170
При решении задачи принять: Fb = 44m2; z2>10; Рвп = 1,17; Давп = 0,03; /в = 50° С; гг. в = 221° С. Исходные данные по топливу: Вр = 22,278 кг/с; FB =6,47 м3/кг. Как изменится коэффициент теплоотдачи при переходе на уплотненные шаги труб Sl = 52 И S2 = 40 мм при сохранении скорости воздуха?
Решение. 1. Находим среднюю скорость воздуха по (7.8) при средней температуре воздуха tB = 0,5 (50+221)= 135,5° С:
*•„ = 22,278 (1,17 + 0,03/2) • 6,47 (135,5 + 273)/(273 • 44) = 5,8 м/с.
2. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воздуху в исходном варианте. Предварительно вычисляем поправочные коэффициенты Cs и Cz (см. § 6.2): а2 = 1,29; Ф = 1,722; Cs = 0,275 1,722°’5 = 0,361; Сг=1,0, так как г2>10.
При /в= 135,5е С физические характеристики воздуха:
V = 27,318 • 10~6 м2/с; А, = 3,438 • Ю-5 кВт/(м-К);
Рг = 0,69.
По (6.8) коэффициент теплоотдачи
, Л Л 3>438" Ю-5’/ 5,8-0,04 °>60 „„
А„= 1,0-0.361 ————————— ———— —ж) 0,69 ■ =
* 0,040 у 27,318 -10 " у
= 62,5-КГ3 кВт/(м2—К).
3. То же при уплотненных шагах труб Sl=52 и. у2=40мм. При сохранении скорости воздуха в этом варианте меняется только поправочный коэффициент Cs; а2 = 1,193; ф= 1,557; Cs = 0,34 — 1,5570д =0,355:
С 0 355
А. = ак0 ~ = 62,5 = 61,5 • 10- 3 кВт/(м2 • К).
Cs0 0,361
Таким образом, использование «тесных» шагов несколько уменьшает коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воздуху (в данном случае на 1,7%). В то же время за счет компактности
60-42
Увеличилась поверхность нагрева в =1,21 раза, т. е. на 21% в том же. объеме.
Пример 7.5. Как изменится коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воздуху при увеличении диаметра труб с 0 40 мм при толщине стенки 1,6 мм до 051 мм при толщине стенки 1,5 мм? При решении принять: F„ = 42,3 м2, расположение труб—шахматное с шагами ^ = 60 и S2 = 42 мм; Z2> 10; Вр = 46,917 кг/с; 3,35 м3/кг; р." = 1,06; Давп = 0.03; Г’„=50" С;
/г в = 311° С. При переходе на трубы 051 мм сохранить мостик (расстояние между отверстиями) в диагональном направлении (S‘2 — D) и скорость воздуха.
Решение. 1. Находим по (7.8) среднюю скорость воздуха. Средняя температура воздуха в ТВП Fcp=0,5(50+311)= 180,5° С:
Vv„ = 46,917 (1,06+ 0,03/2) • 3,35 — (180,5 + 273)/(273 • 42,3)=6,63 м/с.
2. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху при трубах 040 мм. При тех же конструктивных характеристиках, что в примере 7.4, значение С„=0,361. Физические параметры при? ср = 180,5 ‘ С; V = 32,538 ■ 10"6 м2/с; Х = 3,758 — Ю-5 кВт/(м ■ К); Рг = 0,69;
3,758 10"5 / 0,04 -6,63 ,6
Аво= 1,0 -0,361 ———————————————— ( ————— —г 0,69 ■ =
0,04 32>538 10 /
= 66,7 -10" 3 кВт./(м2 • К).
3. То же при переходе на. трубы 051 мм. Исходя из условия равенства мостиков между отверстиями в диагональном направлении, получаем следующее. В исходном варианте диагональный шаг
/2 = ч/(60/2)2 + 422 = 51,614 мм, тогда мостик Дд = 51,614-40= 11,614 мм.
При трубах 051 мм S‘2 = 11,614+51-62,614 мм, т. е. в 1,213 раза больше. Если изменить в таком же отношении значения поперечного и продольного шагов, то получаем Sj = 72,8 и S2 = 50,95 мм. Принимаем шаги = 73 и 52 = 51 мм. При этих шагах: ст’2=1,23; ф= 1,878; Cs = 0,275 -1,878°-5 = 0,377;
3,758 10"5/ 0,051-6,63 V’6
А. = 1,0 • 0,377 ————————————- =—— ————- -Ї—т — 0,69 ‘ =
^ 0,051 32,538 • 10 /
= 63,15 -10"3 кВт/(м2 ■ К)
Или другим путем:
Cs (0^40 Y‘4_
A’~aBOclVo^)5Tj "
0 377
= 66,7 • 10"3 ———————————— 0,784°-4 = 63,15 • 10"3 кВт/(м2 ■ К).
0,361
Таким образом, в сопоставимых условиях увеличение диаметра труб приводит к росту габаритных размеров поверхности I ее металлоемкости. Снижается эффективность теплообмена. Однако для зольных топлив, при сжигании которых необходимо увеличение сечения для проходов газов из-за опасности забивания труб золой, приходится идти на такое увеличение диаметра труб.
Пример 7.6. Определить коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке труб для трубчатого воздухоподогревателя, имеющего следующие конструктивные данные: трубы наружным диаметром 40 мм; толщина Сіечки 1,6 мм; Wr = 7,7 M/C; RHlo = 0,068; гп=0,208; щл = 0,0146 кг/кг; мельницы — сред — неходные; $’ = 281° С; 9"= 142° С; Ґ’в=50°С, *; = 22Г С.
Решение. 1. Определяем коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке трубы. Средняя температура продуктов сгорания Эг = 0,5(281+142) = 211,5° С. Физические параметры продуктов сгорания при 9 = 211,5° С и гн2о = 0,068: V= 33,014 • 10"6 0,995 = 32,85 ■ 10"6 м2/с; ^=4,107 10"5 0,975 = 4,005-10"5 кВт/(м-К); Рг = 0,651.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией
4,005 10"5 / 7,7 0,0368 -8 , ,
А.=0,023 ———————- ———— :—— Jr • 0,65104 = 29,7-10"3 кВт (м2-К).
0,0368 32,85 • 10" /
Для определения коэффициента теплоотдачи излучением предварительно находим коэффициент излучения е. Эффективная толщина излучающего слоя 5=0,9DBH = 0,9-0,037 = 0,0333 м; PBs=*Pras=0,L 0,208 0,0333 = 0,69• 10~3 м-МПа. По (4.14) и (4.17) находим коэффициенты ослабления кг и А;м:
Fcr=86,9 1/(м — МПа);
/с, л= 142,7 1/(м-МПа). Значение Kps= 0,0665. Коэффициент излучения по (4.11)
Е= 1 — G—0,0665 _ 0,064.
3. Коэффициент теплоотдачи излучением определяем по (6.12). Средняя температура стенки трубы /1=*ст = 0,5(/в+&г)=0,5(135,5 + 211,5)= 173,5° С, или 446,5 К. Средняя температура газов Гг = 211,5+ 273 = 484,5 К;
‘-(ггУ
Ал= 5,13 ■ 10"11 — 0,064 ■ 484,53————————— { 3. ю — З кВт/(м2. К)
446,5
~ 484,5
В соответствии с (7.7)
Аг=29,7 • НГ3 + 1,3 — Ю-З = 31,0- 10"э кВтДм2 ■ К).
Как видно из полученных результатов, доля теплообмена излучением составляет 4,2%, что меньше точности расчета.
Пример 7.7. Как изменится коэффициент теплопередачи в вертикальном трубчатом воздухоподогревателе при установке В трехходовой ступени двух промежуточных трубных досок? При проведении расчетов принять: скорость продуктов сгорания 11,1 м/с; скорость воздуха 8,7 м/с; трубы наружным диаметром 40 мм с толщиной стенки 1,6 мм при шахматном расположении труб в воздушном потоке с шагами = 60 и S2 = 42 мм; Z2 > 10; топливо — донецкий газовый уголь. Температуры газов и воздуха в ВП: 9′ = 392° С; 9" = 165° С; ^ = 66° С; С = 332° С. Из предварительных расчетов следует: коэффициент теплоотдачи от газового потока к стенке трубы а* = 38,2 • 10" 5 кВт/(м2 • К), a„ = 2,2’10-3 кВт/(м2-К). То же от стенки к воздуху а’= 78,2-10 3кВт/(м2К).
Решение. 1. Суммарный коэффициент теплоотдачи с газовой стороны по (7.7)
Ar = 38,2-10"3+2,2-10-3 = 40,4-10~3 кВт/(м2 — К).
2. Определяем коэффициент теплопередачи в исходном варианте (без промежуточных трубных досок):
К0 =—————— —— —————- = 24,0 ■ 10 " 3 кВт/(м2 • К).
78,2-10" 3 + 40,4-10~ 3
3. Определяем коэффициент теплопередачи в варианте є установкой двух промежуточных трубных досок. В этом случае коэффициент использования уменьшается на 0,15 и составит 0,75. В этом варианте
К = 24 • Ю-3 • 0,75/0,90 = 20,0 • 10~3 кВт/(м2 ■ К).
В данном случае при установке в трехходовом воздухоподогревателе двух промежуточных трубных досок коэффициент теплопередачи уменьшился в 1,2 раза. При движении газов внутри труб и омывании их воздухом с наружной стороны отношение ав и осг составляет 1,935.
Пример 7.8. Определить коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке в регенеративном воздухоподогревателе (горячая ступень). Принять следующие исходные данные: 9’= 376° С; = 180° С; г’в=111°С; г’в’ = 132°С; У°ъ = 10,08 м3/кг; V®= 10,9 м3/кг; VRO =1,52 м3/кг; К° о=1,42 м3/кг; Вр = = 20,083 кг/с; Fr = 56,6M2; присос воздуха в РВП Лавп = 0,20; арВП=1,03; J3KB = 9,6 мм; тип набивки — горячая интенсифицированная; топливо — беззольное.
Решение. 1. Определяем средний объем газов в РВП. Поскольку присос воздуха в РВП сосредоточен в его верхней и нижней частях, то принимается, что в теплообмене участвует только верхний присо9 (переток) воздуха, т. е. средний избыток воздуха в газовом тракте аРВП = ос’ + Лавп/2 = 1,03 + 0,2/2= 1,13. При избытке воздуха оервп=1,13 по (2.15) и (2.14):
Уг= 10,9+ 1,0161 (1,13-1)-10,08 = 12,23 м3/кг;
Кн2о= 1,42 + 0,0161 (1,13-1)-10,08 = 1,44 м3/кг.
2. Определяем долю водяных паров и трехатомных газов:
Гн2о = 1,44/12,23 = 0,118; г ROj = 1,52/12,23 = 0,124; тп = 0,118 + 0,124 = 0,242.
3. Определяем скорость продуктов сгорания в РВП по (6.7). Средняя температура газов Эг = 0,5 (376+180) = 278° С;
Wr = 12,23 -20,083 (278+ 273)/(273 • 56,6) = 8,8 м/с.
4. Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке определяем по (7.10). Физические параметры газовой среды с учетом поправок: v = 41,19 • 10~6 м2/с; 1 = 4,66-10 5 кВт/ /(м-К); Рг = 0,654;
Ак = 0,037 ^^ ( Г -0,654-.
К 0,0096 у 41,19 • 10 у
= 67,7 • Ю-3 кВт/(м2 — К).
5. Аналогично примеру 7.6 определяем коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке излучением:
Эффективная толщина излучающего объема
S = 0,9 ■ 0,0096 = 0,00864 м;
Произведение Pns = о, 1 • 0,242 • 0,00864 = 0,000209 МПа • м; коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
Оптическая толщина излучающего слоя
Hps = 168,0 • 0,209 • 10"3 = 0,035;
Средние расчетные температуры:
Тъ = [278 + 0,5 • (111 + 132)] ■ 0,5 + 273 = 200 + 273 = 473 К; коэффициент теплоотдачи
^ ( 473 V’6
Ал = 5,13-10’11 -0,035 • (551)3 — ^ — = 0,9-10’3 кВт/(м2-К).
1—————————————————
551
6. Суммарный коэффициент теплоотдачи с газовой стороны по (7.7)
Осг = 67,7-10~3 + 0,9-10~3 = 68,6-10~3 кВт/(м2 — К).
ЗАДАЧИ
Задача 7.7. Как изменится коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке труб при переходе на трубы 051 мм с толщиной стенки 5= 1,5 мм вместо труб 040 мм с 5= 1,6 мм? Исходные данные принять по примеру 7.8. При расчетах учесть изменение сечения для прохода газов с учетом того, что трубы диаметром 40 мм имели шаги ^ = 60, s2 = 42 мм, а при переходе 051 мм они должны быть =73 и Sz = 51 мм. Коэффициентом теплоотдачи излучением пренебречь.
Задача 7.8. Найти коэффициент теплоотдачи от стенки РВП к воздуху в холодной части воздухоподогревателя. Принять следующие исходные данные: t’ = 70 С; ?" = 11 Г С; 0’=180’С: Э"= 138 С; = 10.08 м3/кг; р^вп=1,03; присос в РВП Aot = 0,20; FB = 51,9 м2; J1KB = 11,3 мм; тип набивки — горячий; //^экв>50; йр= 20,083 кг/с.
Задача 7.9. Найти коэффициент теплопередачи в вертикальном трубчатом воздухоподогревателе (выходная ступень) с двумя ходами среды при наличии В ступени одной промежуточной доски. При проведении расчетов принять: скорость продуктов сгорания иг= 10,9 м/с; скорость воздуха 8 м/с; трубы наружным диаметром 40 мм с толщиной стенки 1,6 мм; шахматное расположение труб с шагами ^ = 60 и .S2 = 42 Мм; Z2 > 10; топливо—каменный уголь; гн2о = 0,072; гП= 0,219; ц31 = 0,0146 кг/кг; мельницы — молотковые; 0′ = 493" С; Э"= 357 С; Ґ’в = 22Г С; ^ = 39Г С. Как изменится коэффициент теплопередачи, если выполнить ступень в виде двух отдельных кубов — без промежуточной доски?