Уравнение конвективного теплообмена
QT=kAtF/Bp, (6.17)
Где бт—удельное тепловосприятие поверхности нагрева, кДж/кг (кДж/м3); к — коэффициент теплопередачи, кВт/(м — К); At—температурный напор, °С; F—расчетная поверхность нагрева, м.
Коэффициенты теплопередачи для поверхностей пароперегревателей и промежуточных перегревателей, переходных зон и экономайзеров определяются по формулам, приведенным в табл. 6.2.
|
Таблица 6.2
|
|
Примечание. В Расчетных формулах использованы следующие величины: А,— Коэффициент теплоотдачи с газовой стороны, KIJT/(M2 • К); а2 — то же со стороны рабочей среды, КВт/(м2-К); р.,— коэффициент загрязнения поверхности, мг К/кВт; |/ — коэффициент тепловой эффективности; (1 + QJQ) — множитель, учитывающий дополнительное тепловое излучение из топки, воспринятое — поверхностью. |
При Смешанном поперечно-продольном омывании пучков труб коэффициенты теплопередачи определяются раздельно для поперечно и продольно омываемых участков с учетом скоростей продуктов сгорания в каждом из участков. Полученные коэффициенты теплопередачи в каждой части поверхности затем усредняются по формуле
К F 4-к F К = поп поп пр пр. (6.18а)
F 4- F
Поп [4] пр
Подробно этот вопрос рассмотрен в гл. 8 в примерах расчетов радиационно-конвективных поверхностей нагрева.
Для мембранных поверхностей нагрева в соответствии с рекомендациями научно-производственного объединения «Центральный котлотурбинный институт» (НПО ЦКТИ) расчет мембранного экономайзера проводится следующим образом.
Средневзвешенный коэффициент теплопередачи определяется по формуле
КР = (К FM+krn Frn)] (FM + Frn), (6.186)
Где и кгп — коэффициент теплопередачи мембранных и глад — котрубных участков, кВт/(м2-К); FM и Frji—расчетные поверхности нагрева Этих участков, м2; под FM понимается суммарная поверхность ребер и гладких труб в оребренной (мембранной) части.
Коэффициент теплопередачи для мембранного участка: при шахматном расположении труб
|
U+- V а. |
К= , а:пр. ———————————————— ; (6.19а)
М
При коридорном расположении труб
|
К= , (6.196) |
|
М "Чпр |
|
1 |
*Кпр A, m ‘
А, F„
Где FM/Fm — отношение поверхности нагрева мембранного участка к внутренней поверхности труб этого участка; а1пр — приведенный коэффициент теплоотдачи конвекцией и межтрубным излучением на мембранном участке, кВт/(м2-К).
Если мембранная поверхность нагрева дополнительно получает теплоту излучением из топки, то (6.19а) и (6.196) имеют вид
*■„= , „ ч, .. ч———————————————- ; (6.19b)
|
|
Приведенный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке
(^тр + «л ) ■+ FP*!К (Фрб + ал), (6.20)
Где }/тр = атр/ак — отношение коэффиициента теплоотдачи по трубе к среднему его значению в пучке; J/ = 0,03стх Ч-1,02—-для коридорных пучков и v[/Tp = 0,033 (о1 сті’5 )0’8 +0,98—для шахматных пучков; v|/p6 = ap6/aK — отношение коэффициента теплоотдачи по ребру к среднему значению в пучке; для коридорных и шахматных пучков
4 h
Ь — средняя толщина ребра, м; h — расчетная высота ребра, равная половине ширины проставки между трубами, м.
Относительная поверхность ребер определяется либо после определения Fp6 и FM, либо приближенно через отношение
^рб/К = h/[ndlw 1(2 lp6np6)+h-b/2],
Где /зм—длина змеевика в мембранной части, м; / б—длина ребер в мембранной части, м; если расчет коэффициента теплопередачи проводится только для мембранной части, то /зм = /рб, если же расчет коэффициента теплопередачи упрощенный— для всей поверхности в целом, то /,м—суммарная длина змеевика с учетом гладкотрубной части. Относительная поверхность труб
FTP/FM=-Fp6/FM,
Где FTp — поверхность гладких труб в мембранной части пучка, м.
|
:: —+1; |
|
«2 К |
|
Р X |
Коэффициент эффективности ребра Е находится в зависимости от параметра mh:
(Emh + e~mh)rnh?
|
Е= Т = |
J ‘
Где X, p6—коэффициент теплопроводности металла ребра, кВт/(мК), определяется при температуре /р6 = г+100; t—средняя температура рабочей среды, °С.
При использовании (6.19) и ее модификаций коэффициенты £3 и J/ определяются так же, как и для гладкотрубных поверхностей нагрева, в то же время коэффициенты теплоот — 134
Дачи конвекцией <хк и излучением ал определяются по новым зависимостям, приведенным ниже.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией оск ш для шахматных мембранных пучков
|
|
Ак. ш —F —V 7pr0’33. (6.21а)
Поправочные коэффициенты и Cs имеют следующие значения: при — ^ < 3,0 и z2 < 8 Cz= 1,0-0,0167(8-z2); при и1 ^ 3,0 и z2< 8 Cz = 1,0 — 0,0083 (8 — z2); если z2 ^ 8, то Cz=l,0.
Поправочный коэффициент на геометрию пучка
Где
CTl-1
Ф [а? + (2а2)2]05-2′
При ах > 5,0 для шахматных пучков коэффициент теплоотдачи определяется, как для коридорных пучков, но при этом принимают Оі=о1шаїМ-0,5; о2 = 2о2шахм, а скорость газов находят по условному сечению для коридорных пучков.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией ак к для коридорных мембранных пучков
А0Л5
MV — J Рг’0*33 (6.216)
Где Cz— 1,0 — 0,167(8 —z2), если z2< 8; С2= 1,0, если z2^8;
Cs = 0,063 при 1,5^^3,5 *и 1,45 3,5;
Cs = 0,058 при Ох >3,5 и 1,453,5.
Коэффициент теплоотдачи излучением ал для мембранных поверхностей нагрева находится по тем же зависимостям, что и для гладкотрубных поверхностей (см. § 6.2). При этом эффективная толщина излучающего слоя
Средняя температура наружного слоя золовых отложений
+ (6.23)
Г
При определении коэффициентов теплопередачи к используется либо коэффициент загрязнения £3 (шахматные пучки при сжигании твердых топлив), либо коэффициент эффективности J/ (коридорные пучки при сжигании твердых ТОПЛИВ И во всех случаях при сжигании жидких и газообразных топлив).
135
Коэффициент загрязнения для шахматных пучков труб при сжигании твердых топлив е3, м2 — К/кВт, определяется по формуле
Є, = С,,СфР£о + Д£, (6.24)
Где Сй — поправка на диаметр труб, определяемая по рис. ГТ7; СфР — поправка на фракционный состав золы, Которая находится по зависимости Сфр = 1 — 1,18 lg(Д30 /33,7); R30 —доля содержания в пылевидном топливе частиц размером более 30 мкм; при отсутствии данных о фракционном составе для углей и сланцев принимают Сфр = 1, для торфа Сфр = 0,7; є0—исходный коэффициент загрязнения, (м2-К)/кВт, зависящий от скорости продуктов сгорания и относительного шага труб, определяется по рис. П8; Л є — поправка к значению коэффициента загрязнения, (м2*К)/кВт, принимается по табл. 6.3.
При расчете коридорных пучков коэффициент загрязнения є, не используется (см. табл. 6.2).
|
Таблица 6.3
|
|
Примечание. При сжигании канско-ачинских бурых углей с использованием полуразомкнутой или разомкнутой схем пылеприготовления Де уменьшают на 2,58 М2-К/кВт. |
Для коридорных пучков при сжигании твердых топлив коэффициенты эффективности |/ принимаются в соответствии с табл. 6.4а.
При сжигании мазута с избытками воздуха а, > 1,03 коэффициенты тепловой эффективности пароперегревателей и экономайзеров независимо от расположения труб принимаются по табл. 6.46.
|
Таблица 6.4а
|
|
Примечание. При сжигании канско-ачинского бурого угля в котлах с использованием полуразомкнутой или разомкнутой схем пылеприготовления коэффициент эффективности ф = 0,б5. |
|
Таблица 6.46
|
|
Примечание. Большее значение |г соответствует меньшей скорости газов. |
При сжигании мазута с избытками воздуха а,. <1,03 и наличии очистки коэффициент эффективности принимают на 0,05 больше указанных в табл. 6.46. *
При сжигании газа коэффициенты эффективности всех поверхностей нагрева при $'<400° С принимаются —0,90, а при 0′>400°С |/=0,85.
При сжигании смеси топлив коэффициенты загрязнения принимаются по более загрязняющему топливу.
Пример 6.19. Определить коэффициент теплопередачи в конвективном пароперегревателе с коридорным расположением
137
Груб. При проведении расчетов принять: ак = 80-10 3 кВт/(м2 — К); ал = 25 -10 ~3 кВт/(м2 К); а2 = 5 кВт/(м2 К); топливо—каменные угли (имеется паровая обдувка поверхности).
Решение. 1. Коэффициент тепловой эффективности в соответствии с табл. 6.4а для каменных углей |/ == 0,65.
2. Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке трубы по (6.9):
=(80 ■ 10~3 + 25 ■ 10~3) 1,0=105-10~3 кВт/(м2-К).
Коэффициент использования для равномерно омываемой поверхности принят £=1,0.
3. Коэффициент теплопередачи по табл. 6.2:
^0,65.105.,0-^66,B IO — кВт/(м2.к).
1 + 105 -10 _ /5 /V
Пример 6.20. Определить коэффициент теплопередачи в экономайзере с шахматным расположением труб при сжигании каменных углей, дающих сыпучие отложения.
Принять: наружный диаметр труб 032 мм; продольный шаг труб 50 мм; скорость газов 10 м/с; коэффициент теплоотдачи конвекцией ак = 95 • 10 ~3 кВт/(м2 • К), излучением—ал = 15 • 10 ~3 кВт/(м2 • К), температуру продуктов сгорания на, входе 500° С.
Решение. 1. Определяем коэффициент загрязнения. По формуле 6.24 и рис. П7 и П8 получаем: Cd=0,8; Сфр = 1,0; є0 = 2,4 м2-К/кВт; Ае=1,72 м2-К/кВт (см. табл. 6.3). В итоге коэффициент загрязнения є,=0,8 • 1,0 — 2 • 4 +1,72 = 3,64 м2 • К /кВт.
2. Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке трубы составляет
V
Otj ^=(95• 10~3 +15 • 10~3) 1,0 = 110• 10~’3 кВт/(м2 — К).
3. Коэффициент теплопередачи в экономайзере
Іш•10 ~3
К =——————— ————- г-=76,4• 10~3 кВт/(м2 — К).
1 + 3,64 • 110 -10 /v ‘
Пример 6.21. Как изменится коэффициент теплопередачи в ступени конвективного пароперегревателя, если учесть дополнительно тепловое излучение из топки после ширмовой ступени пароперегревателя? При проведении расчетов принять; скорость продуктов сгорания.14,9 м/с; сжигаемое топливо — мазут, коэффициенты теплоотдачи ак = 89,55 -10 3 кВт/(м2К); ал = 47,2 • Ю-3 кВт/(м2 — К); оь=6,78 кВт/(м2К). Тепловосприятие поверхности QЛ = 239 кДж/кг; QK — 2659 кДж/кг.
Решение. 1. Коэффициент тепловой эффективности для конвективного пароперегревателя по табл. 6.46 }/ = 0,6. 2. Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке по (6.9)
Of! = 1,0 (89,55 ■ 10-3 + 47,2 — Ю 3)= 136,75 • 10 "3 кВт/(м2 • К).
3. Коэффициент теплопередачи (табл. 6.2) в исходном варианте (без учета теплового излучения из топки)
136,75 ■ 10 ~3 |0_, кВт/К. к).
4. Коэффициент теплоотдачи в варианте с получением пароперегревателем лучистой теплоты из топки
0,60 ■ 136,75-10 "3 , , , ,, , .
К^————- ^——— ———- ^———— ——77,6 • 10" кВт/(м — К).
/ ^о / 136,75 • 10 239 /V ‘
1+—————- -0,60———
6,78 J 2659
Таким образом, переизлучение теплоты из топки привело к уменьшению расчетного коэффициента теплопередачи в поверхности в данном примере на 3,5% в’ связи с увеличением наружной температуры загрязнения г3 и некоторым снижением межтрубного излучения, однако доля теплового излучения из топки составляет около 9 %—QK и в целом тепловосприятие поверхности возрастает.
Призер 6.22. Как изменится коэффициент теплопередачи пароперегревателя в зависимости от изменения коэффициента теплоотдачи от стенки к пару в пределах с а2 = 4 до 8 кВт/(м2-К)?
Изменится ли характер влияния а2 на коэффициент теплопередачи применительно промежуточному пароперегревателю, в котором величина а2 значительно меньше (принять «2 = 0,5 кВг/(м2-К) и а2= 1,0 кВт/(м2К)).
При решении задачи принять: ак==90-10 ~3 кВт/(м2-К); ал = 40-Ю-3 кВт/(м2-К) в первичном пароперегревателе и йк= 100- №~3 кВт/ /(м2-К); ал=25■ 10_3 кВт/(м2 К) в промежуточном пароперегревателе; |/ = 0.6 в обоих вариантах.
Решение. 1. Определяем коэффициенты теплопередачи в пароперегревателе высокого давления:
Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке
Ai = (90-10-3+40-10"3)1,0=130-10~3 кВт/(м2К);
Коэффициент теплопередачи при а2 = 4,0 кВт/(м2 — К)
/
, 0,6 -130 ■ 10 "3 , , , *
K =-2—————————————————- = 75,59-10 ~3 кВт/(м? • К);
130-10~3 4 ‘
1+————————
4,0
Коэффициент теплопередачи при а2 = 8,0 кВт/(м2 К)
0,6-130-ЮГ3 , , 4
К2 —————————————————— ^—г—=76,75 кВт/(м — К).
1 +130.-10 /8,0
2. Определяем коэффициенты теплопередачи в промежуточном пароперегревателе:
Коэффициент а, = (100 ■ 10 ~3 + 25 ■ 10 "3) 1,0 = 25,0 • 10 "3 кВт/(м2 ■ К); при «2 = 0,5 кВт Дм2 • К)
0,6 -125 ■ 10 "3 , . 7 ,
Кп„ = ————————————— = 60 • 10 3 кВт/м2-К);
Pl 1+125 • 10" /0,5 v ‘
При сс2 = 1,0 кВт/(м2 ■ К)
|
Кпр2 = ——гггтт = 66,7-10 "3 кВт (м2 К). |
0,6-125:10 3 1 + 125 Ю-3/1,0
Таким образом, увеличение коэффициента теплоотдачи от стенки к пару а2 в пароперегревателе высокого давления, в котором значения ос2 относительно велики, практически не влияет на изменение коэффициента теплопередачи. В то же время в промежуточном пароперегревателе увеличение а2 заметно повышает коэффициент теплопередачи поверхности.
Пример 6.23. В связи с использованием средств очистки загрязнение конвективного пароперегревателя с шахматным расположением труб уменьшилось. Определить, как влияет это на коэффициент теплопередачи, а также на коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке излучением ал. При решении задачи принять: температуру среды / = 450 С; коэффициент излучения є2 — 0,135; воспринятый тепловой поток Qb = 44,1 кВт/м2; температуру продуктов сгорания 1018 С; сжигаемое топливо антрацитовый штыб; скорость продуктов сгорания 10 м/с; диаметр труб 42 мм; продольный шаг 65 мм; коэффициент теплоотдачи от стенки к пару а2 = 6,78 кВт/(м2 К); коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке трубы конвекцией ак= 89,5 • 10 ~3 кВт/(м2 ■ К).
Решение. I. Определяем коэффициент загрязнения пароперегревателя в исходном варианте. В соответствии с рис. П7, П8 и табл. 6.3:
Cj— 1,13; СфР= 1,0; є0 = 2,32 м2-К/кВт; Ае-4,3 м2-К/кВт.
По (6.24) получаем
Е3= 1,13-1,0-2,32 + 4,3 = 6,922 м2 К/кВт.
2. Температура загрязненной стенки в исходном варианте (по 6.13)
F3 = 450+ (6,922 +-М-44,1 = 762 С (1035 К).
6,78/
3. Коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к стенке по (6.12)
1291 /
Ая= 5,13 ■ 10 11-0,135- 12913 ————— ‘-7— V = 44,2- 10 3 кВт/(м2 К).
/1035 V
~Ї291)
4. Коэффициент теплоотдачи о г продуктов сі орания к стенке трубы
Ot, =(89,5 — Ю-‘3 + 44.2 -10 3) ■ 1.0= 133,7 10 3 кВт/(м2-К).
5. Коэффициент теплопередачи в исходном варианте (без очистки поверхности)
133,7-10 "3
К ~—————— ————- ^————- = 68,7-10 3 кВт/(м2 • К).
1+( 6.922 +———————— j — 133.7 -10 3
6,780/
6. Температура загрязненной стенки трубы при наличии очистки поверхности: Де = 1,72 м2К/кВт (по табл. 6.3).
При этом є,= 1,13-1,0-2,32+1,72 = 4,34 м2 К/кВт;
/ =450 + ( 4.34 + — V 44,1 =648 С (921 К). V 6,78 У
7. Коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к стенке
921 4
1 —
Х 1291 /
Ос, = 5.13 10 11 -0,135- 12913 ——————- — = 38,5 • 10_3 кВт/(м2-К).
Уэ і /
1———————————————- —-
1291
8. Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке трубы
Ос, =(89,5 10 3 + 38,5 — 10 3)-1,0= 128,0-10 3 кВт/(м2-К).
9. Коэффициент теплопередачи для регулярно очищаемой поверхности
128.0-10 ~ 3 , , , К =— г———— г = 81,3 кВт Дм[5] -К).
1 J 4,34 +—————————- ) 128 • 10 3
Таким образом, организация очистки поверхности нагрева привела к увеличению коэффициента теплопередачи в данном случае в 1,183 раза. При этом снизилась температура наружных загрязнений и уменьшился расчетный коэффициент теплоотдачи излучением.
Пример 6.24. Содержание в летучей золе частиц размером более 30 мкм (RM>) изменяется от 55 (вариант 1) до 35% (вариант 2). Как изменится при этом коэффициент загрязнения £3, если трубный пучок имеет грубы диаметром 32 мм; л’2 = 48 мм; скорость газов vrr=10 м/с и Лє = 0?
Решение. 1. Определяем поправку на фракционный состав золы:
При /?30 — 55%
СФр=1-1,1818^ = 0,749;.
0,9X1.
2. Коэффициент загрязнения для различных значений RM) по рис. Г! 7 при J— 32 мм С,~ 0,8; по рис. П8 при и, = 10 м/с и л,, (/ — 48 32 -. 1,5 исходный коэффициент загрязнения = 2.235 м[6] — К/кВт, тогда: при /?зо = 55%
С, = 0,8 • 0,749 • 2,235 + 0 = 1,34 м" К к Вт; при /?до = 35%
Е2=0,8-0,981 -2,235 + 0= 1,754 м2 ■ К кВт.
Таким образом, при более мелкой летучей tojie (при тонком размоле угли) коэффициент загрязнения груб увеличился в данном случае в 1,309 раза, однако при переходе па тонкий размол топлива обеспечивается более полное выгорание топлива.
Пример 6.25. Найти коэффициент теплопередачи для пароперегревателя, имеющего смешанное поперечное и продольное омывание газами поверхности. Как изменится расчетная поверхность нагрева, если принять, что вся поверхность пароперегревателя имеет поперечное омывание? При проведении расчетов принять коэффициенты: = 80 • 10 ~[7]КВт./(м;-К); а’ір = 25-!0-3 кВт/(м2-К); ал = 45 • 10 "3 кВт;(м2 • К); у2 -5,0 кВт/(м2 • К); поверхности нагрева /’„„,, — 1500 м~; /;„р ~ 300 м2; коэффициенты тепловой эффек — гивности и омывания vJ/ = 0.65; £,—1,0.
Решение. 1. Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке при поперечном омывании
7.’ (so 10 425 — 10 3) ■ 1.0 = 105 • 10 3 кВт (м2 • К).
|
" 33,7 |
|
При Л зо = 35% |
2. Коэффициент тенлопередачи при поперечном омывании (см. табл. 6.2)
|
0.65 -105-10 105 КГ |
|
К |
|
Пои |
— 66.8 — 10 3 кВт! ‘ Г — К).
|
З |
|
0,65-50 10 3 |
. . _………. _..)|
К |
|
Ир |
32,5 • 10 3 кВт/(м—К)
5. Средний коэффициент теплопередачи для поверхности по (6.186)
66.8 ■ 10 ~3 • 1500 + 32.5 ■ 10 3 • 300 , Л . ,
А = 61,1 • 0 кВт/ м К).
Р 1500 + 300 П >
6. Определяем условную поверхность нагрева для полностью поперечного омываиия. Для получения одинакового тепловосприятия в поверхностях со смешанным омыванием и чисто поперечным омыванием необходимо выдержать равенства
К F — /- (F -і — F
Поп уел А L’P ПОП I 1 пр р
Откуда
FycJI = on + Fnp)= ^"ГЇТТС1 ■500 + 300)- 1646 м2.
"-ПОІІ 00,8 1U
В результате расчетная поверхность уменьшилась на 8,5%. Следует иметь в виду, что результат зависит от соотношения а"ок, и ая. При больших значениях осл это уменьшение будет менее значительным, что и дает возможность для полурадиационных поверхностей на выходе из топки идти на упрощение расчета.
Пример 6.26. Сопоставить коэффициенты теплопередачи ступени конвективного пароперегревателя при работе котла под разрежением, работе под наддувом, а также в высоконапорном когле. При решении задачи принять: давление в газоходе котла при работе под разрежением 0,1 МПа, под наддувом 0,103 МПа, и высоконапорном котле 1,0 МПа; скорость продуктов сгорания Юме: наружный диаметр труб 32 мм: шаги труб, поперечный 138 мм, продольный 50 мм: расположение труб—коридорное: количество труб но глубине 20 шт.: температуру продуктов сгорания 800 С: парциальное давление водяных паром ‘"н, о-0.191; полное парциальное давление водяныч. паров и трехатомных газон /„ = 0,2X2: топливо природный газ: температуру наружного загрязнения стенки грубы л, = 450’ С: коэффициент теплоотдачи от стенки к пару ot2 = 6 кВт/(м2 К).
Решение. 1. При работе котла под разрежением определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке ак:
Относительные шаги труб a, = .v,/(/=- 138/32-4.312; п2 = 50 32 — 1,562; поправки на количество груб по ходу і азов и геометрию пакета. Так
Как г2>10, то С, — 1,0; при cTj>3 принимаем в расчете ст’,……………….. 3. тогда
С, = [ 1 + (2 ■ 3 — 3) х (1-І,562/2)3 ] 2 = 0,940;
Физические характеристики дымовых газов при 0=800 С и rHi0 = 0,191. Из табл. 119 приложения с учетом поправок получаем
V = 126,0 ■ 1,025 10 6 = 129,15 • 10 h м2 с: л 9,153 х а Ю-5 ■ 1,055 = 9,656- 10 5 кВт/(м К); Рг = 0,59 — 1,048 = 0,618;
Коэффициент теплоотдачи
9,656-10 V 10 -0.032 65
К= 0,2 • 1,0 — 0,940——————————————- х
0,032 129,15 10 ‘7
Х 0.618" 33 77.8 10 кВт / (м2 ■ К).
Определяем коэффициент теплоотдачи от. продуктов сгорания к стенке трубы излучением
Эффективная толщина излучающего слоя по (6.6)
/4 138-50 л = 0,9 0.032 ——- —- I =0,218 м;
Произведение /V = 0J 0,282-0,218 = 0.00615 МПа-м; коэффициент ослабления лучей трехатомными газами по (4.14)
/0,78+1,6-0,191 / 1073
£,=(——————— ==- 1,0) 1.-0,37————- 1 = 25,82 1 (МПам;
40,316^^00615 Д юоо; 1 ‘
Коэффициент излучения по (4.13)
Er= j -25,82-0.! -0.282-0.218 = ОЛ47.
Коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к стенке трубы ал по (6.10)
, 1_Т073У. , ,
Осл= 5,13 ■ 10 -0,147 -10733 ———————— = 19,8-10 3 кВт/ м2-К,
723 — V
1—————————————————
1073
Где Г, = 450+273 = 723 К — абсолютная температура наружного слоя загрязнения, К.
Определяем коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке трубы по (6.9);
А= 1,0 (77,8 ■ 10 3 + 19,8 • 10"3) = 97,6 ■ 10 3 кВг/(м2 • К).
Коэффициент теплопередачи в ступени пароперегревателя; при 0 > 400 С коэффициент тепловой эффективности vj/ =0,85; коэффициент теплопередачи
97,6 • 10 ~3 0,85 , ■ , ,
К =—————————————- • 81.6 ■ 10 3 кВт (м1 • К).
1+97,6-10 3 6 1
Коэффициент теплопередачи:
Эс1н = 99,4- 10 3 кВт (м2 ■ К);
А:3 = 83,1-10 3 кВт/(VI2 К).
3. При расчете высоконапорного коїла определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке:
/ , Q 0,65
А«.в=77,8-10 H-QlJ = 347.510 3 кВт (м2 К).
Коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к стенке:
Произведение /v= КО-0,282 0,218 = 0,0615 МПа ■ м:
/0,78+1,6-0,191 / 1073 коэффициент Аг = ( : 1 1 -0,37 =7,752 1/(МГ1ам):
V0,316VU06T5 Л юоо/
Коэффициент излучения 8=0,379:
Коэффициент теплоотдачи излучением
, 0,379 •
Ал = 20,1 • 10 3 ————————— = 51,1 10 3 кВт (м ■ К).
0,149
Коэффициент теплопередачи:
А1в= 1,0(347,5-10 3+ 51,0- 10~3)= 398,5 • 10~3 кВт/(м2-К);
398.5 -10 " 3 -0,85 к, =——— —- = 317,7- 10 кВт/(м ■ К).
398,5-10 " 3
1+———-
6
Таким образом, переход на работу котла под наддувом незначительно изменяет коэффициент теплопередачи (на 1,8%), теплообмен в поверхностях высоконанорного котла при />=1,0 МПа увеличивается в 3,893 раза по сравнению с работой котла под разрежением.
Пример 6.27. Определить коэффициент теплопередачи в мембранном экономайзере с коридорным пучком труб. При выполнении расчета принять: трубы наружным диаметром 28 мм и толщиной стенки 4 мм; поперечный шаг труб.^=85 мм, продольный л’2=45 мм; секции змеевиков имеют по две параллельные трубы; высоту ребра Лрб = 31 мм, среднюю толщину ребра Ьр6 = 3 мм; поверхность мембранной части FM = 1040 м ; поверхность гладкогрубной части Р1Л = 512 м2; внутреннюю поверхность труб мембранной части ^вн = 2148 м2; сжигаемое топливо — мазут; коэффициент тепловой эффективности v^/ = 0,702; число рядов труб j2 = 80; скорость продуктов сгорания w, = 11,65 м/с; среднюю температуру продуктов сгорания 460 С, на входе 609° С; температуру воды 293 С, парциальную долю водяных паров Гц^о = 0,118, долю трехатомных газов и водяных паров га — 0,258; отношение Fp6/FM = 0,602; ^//^ = 3,277. Отношение глубины газового объема на входе в поверхность к глубине конвективного пакета /0//п = 0,522. Коэффициенты теплообмена в трубах. кВт/(м2 • К): а2 = 11,63, к!:1 = 84,9-10
9-2065
Решение. 1. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией:
Относительные шати труб 0! = 85/28 = 3,036, ст2 = 45/28 = 1,61; поправочный коэффициент на геометрию пучка и число рядов труб
3,036-1 Ф [3,0362 + (2-1,61)2]°-5-2
С, = 0,115-3,036"12 -0,841+0,11 = 0,135.
Так как z2>8, то С, = 1,0.
Физические параметры продуктов сгорания при 0 = 460° С И ^н2о = 0,118 (с учетом поправок): v = 67,054 • 10 ~6 м2/с;
?i = 6,227 — Ю-5 кВт/(м • К); Рг = 0,629;
Коэффициент теплоотдачи конвекцией к гладким трубам
To П п^ 6,227 • 10 ~5 / 11,65 • 0,028 0,7 0 3 1
А =1,0-0,135————————— ————— г -0,629 =
0,028 67,054- 10 " ь)
= 98,5 — Ю-3 кВт/(м2 — К). .
2. Определяем коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке излучением ал:
Эффективная толщина излучающего слоя
|
0,054 м; |
/і,274- 3,036- 1,607- Л
Л = 0,9-0,028
1,274-31
+ 1
28 /
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами ^п5 = 0,1 -0,258-0,054 = 0,00141 МПа-м;
= 0V> 596 ,(МПа. м
0,316^0,0014 / V 1000/
Оптическая толщина излучающего слоя
Hps = 59,6 • 0,1 -0,258 • 0,545 = 0,0838;
Коэффициент излучения межтрубного объема
Температура загрязненной стенки
T, = t+100 = 293+100 = 393′ С (666 К);
Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке излучением
‘666N
733 /
Осл = 5,13 -10’11 -0,080 -7333—— = 5,16-10~3 кВт/(м2К).
666 1——————————————
733
|
0^ = 5,16-10~3 |
С учетом поправки на излучение газового объема
+ 0,зґ-^У’25-0,5220-07
Tooo
= 6,6 -10"3 кВт/(м2 • К).
3. Определяем приведенный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к мембранной поверхности а1пр по (6.20): отношение коэффициентов теплоотдачи по трубе к среднему в пучке
|/ср = 0,033 • 3,0360,8 ■ 1,61 °-4 + 0,98 = 1,077;
|
= 1 =0,949; |
Отношение коэффициента теплоотдачи по ребру к среднему в пучке
(л0,028-2 — о,003) -(1 -1,077) 4(Ц)31
Отношение F,JFM = 1 — Fp6/FM= 1 -0,602 = 0,398;
/2 -(0,949 • 98,5 • 10 ~3 + 6,6 • 10 ~3) °’5
Параметр т = ———————————— г——— =39,92, где
F } 0,003 • 41,87 • 10 /
А, рб = 41,87 • 10 ~3 кВт/(м-К), определено при 7рб = г+100 = = 293 + 100 = 393° С;
Параметр mh = 39,92 ■ 0,031 = 1,237; коэффициент эффективности ребра
З 447-0 29
—————————— Х<щ/ ——— = 0 683
(3,447 + 0,29)-1,237
Полученные величины позволяют определить коэффициент теплоотдачи по (6.20):
А1пр = 0,398 • (1,077 ■ 98,5 ■ 10 "3 + 6,6 ■ 10 ~3) + 0,602 • 0,683 х х (0,949 • 98,5 ■ 10 ~3 + 6,6 ■ 10 "3) = 86,0 • 10 "3 кВт/(м2 • К).
|
= —— — = 58,9-Ю"3 кВт/(м2 • К). |
4. Коэффициент теплопередачи в мембранной части поверхности по (6.196)
0.702 8610 дЗД„.1П-з
86 — 10_3
1+—————————— 3,277
|
3,6 |
11,63
5. Определяем средний коэффициент теплопередачи для мембранного экономайзера в целом.
Коэффициент теплопередачи в гладкотрубной части определяется, как в обычном конвективном пучке с поперечным омыванием и в соответствии с заданием /сгл = 84,9 • 10 ~ 3 кВт/(м2 К). По (6.22) определяется средний коэффициент теплопередачи
. 58,9 • Ю-3 • 7040 + 84,9 — Ю-3 -1572 3 ^
Ке.=——————————————— =63,6-10 кВт/(м • К).
Ср 7040+ 1572 ‘ 1К ‘
ЗАДАЧИ
Задача 6.19. Определить коэффициент теплопередачи в конвективном пароперегревателе, расположенном в горизонтальном газоходе при сжигании мазута без очистки поверхности. Для выполнения расчетов принять: скорость 15 м/с; коэффициенты ак=8010~3 кВт/(м2К), ал = 25-10~3 кВт/(м2К), а2 = 6 кВт/(м2 К).
Задача 6.20. Определить коэффициент теплопередачи в поверхности нагрева переходной зоны с шахматным расположением труб при сжигании канско — ачинских бурых углей. При решении задачи принять: скорость продуктов сгорания 12 м/с; наружный диаметр труб 42 мм; продольный шаг S2 = LS Мм; коэффициент теплоотдачи с газовой стороны конвекцией а,( = 90• 10"3 кВт/(м2 К); то же излучением осл= 30-10 ~3 кВт/(м2-К); термическим сопротивлением со стороны рабочей среды 1/ос2 пренебречь.
Задача 6.21. Определить, какая погрешность будет иметь место при определении коэффициента теплопередачи в шахматном пучке, но без учета внутреннего термического сопротивления 1 /ос2 вместо более точной формулы по табл. 6.2? При решении задачи принять: а2 = 9,00 кВт Дм2 К); остальные данные из задачи 6.20.
Задача 6.22. В соответствии с опытными данными примем коэффициент загрязнения пароперегревателя е3=1,72 м2К/кВт вместо рекомендованного е, = 4,3 м2 К/кВт. Насколько изменится коэффициент теплопередачи в данном пароперегревателе при сохранении постоянными значений а, и а2?
При решении задачи принять:. ах = 90 10_3 кВт/(м2К); Є = 0Л5; а2 = 5 кВт/(м2 К); F = 450° С; 0=850°" С; воспринятый тепловой поток QB = 45 кВт/м2.
Задача 6.23. Определить коэффициент загрязнения для конвективного пароперегревателя с шахматным расположением труб при скорости продуктов сгорания 8 и 16 м/с. Принять: D= 32 мм; S2 = 48 мм; As =2,6 м2-К/кВт, сжигаемое топливо — каменный уголь. Как изменится коэффициент загрязнения при переходе на сжигание торфа?
Задача 6.24. Как влияет на коэффициент загрязнения трубного пучка с шахматным расположением труб изменение продольного шага S2? Принять в исходном варианте: WT=L м/с; диаметр труб 36 мм; продольные шаги труб S2 = 55 и 75 мм; топливо—торф; Ае=2,6 м2 К/кВт.
Задача 6.25. Сопоставить коэффициенты загрязнения при сжигании каменных углей при диаметрах труб 32/ 42 и 60 мм при одинаковых условиях S2/D= 1,4; Ає = 0; W, = 11 м/с.
Задача 6.26. Как изменяется коэффициент тепловой эффективности и коэффициент теплопередачи экономайзера с коридорным расположением. труб при переходе на сжигание подмосковного бурого угяя вместо тощего каменного угля? Принять в расчете: AK=100 10"3 кВт/(м2К); ал=15Ч0-3 кВт/(м2 К).