ТЕПЛООБМЕН В ЗМЕЕВИКОВЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ НАГРЕВА

Теплоотдача от продуктов сгорания к стенке а!, кВт/(м2 • К), определяется по формуле

А1=^(ак + ал), (6.9)

Где ак—коэффициент теплоотдачи конвекцией, кВт/(м2-К); ал — коэффициент теплоотдачи излучением, кВт/(м2-К); —ко­эффициент использования, учитывающий уменьшение тепловос — приятия поверхности нагрева вследствие неравномерности омы — вация поверхности газами, образования застойных зон или частичного протекания газов помимо поверхности; для попереч­но омываемых конвективных ступеней коэффициент принима­ется равным единице, в других случаях при сложном омывании (ширмы) £,<1.

6.2.1. Коэффициент ак зависит от типа пучка труб.

Для шахматных пучков

Ак = С5С2^^у’6рг0-33, (6.10)

Где Cs—поправочный коэффициент, зависящий от шага труб в пучке; Cz—поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; ^—теплопроводность продуктов сгорания при сре­дней температуре потока, кВт/(м*К); v—кинематическая вяз­кость продуктов сгорания при средней — температуре потока, м2/с; Рг— число Прандтля.

Значения X, v и Рг определяются по табл. П9 приложения, поправки к ним М, A/v, МРт, зависящие от парциального давления водяных паров и температуры продуктов сгорайия, приведены на рис. П4 приложения. Поправочный коэффициент Cs определяется через относительный диагональный шаг

Ф = (а1-1)/(а’2-1),

Где = + .

В зависимости от значений c?i И Ф: Сж = 0,34фол при 0,1 <1,7; С, = 0,275фо>5 при 1,7<ф<4,5 и Ах<3; Ся = 0,34<р®д При 1,7<ф<4,5 и ст^З.

Поправка на число рядов труб С2: C2 = 3,12z2 05 — 2,5 при г2<ю и <^<3; C,=4z2"02 —3,2 при z2< 10 и ст^З; Сг = 1,0 при z2^10.

Для коридорных пучков

«,=wc.c, (6.11)

Поправочный коэффициент на геометрию пучка

Cs = [H-(2at-3)(l-a2/2)3]-2.

При а также 0^=^1,5 Cs=l; при а2<2 и аг>3

Подставляется = 3. Поправка на число рядов труб

Cz = 0,91 + 0,0125(z2-2).

6.2.2. Коэффициент ал для котельных поверхностей опре­деляется по зависимости

Осл = 5,13 • НГ 11еГ3 [1 -(TJT)"]I( 1 — TJT), (6.12)

Где п — 4 для зольных топлив и 3,6 — для беззольных; е — коэффициент излучения продуктов сгорания при температуре потока, определяемый по (4.11); Т—температура продуктов сгорания, К; ~ температура загрязненной стенки, К.

Необходимое значение Hps для расчета є определяется, как и при расчете єт, по (4.17), но при значении /скокс = О, эффективная толщина излучающего слоя л для гладкотрубных конвективных пучков определяется по (6.6).

Температура 73 = г3 + 273, где значение г,, °С, находится следующим образом:

Для конвективных перегревателей при сжигании зольных топлив

(6.13)

Где t—средняя температура рабочей среды в ступени, °С; Чв — ВрQ/F—средний воспринятый — тепловой поток, кВт/м2; е3—коэффициент загрязнения, м2-К/кВт; для остальных повер­хностей нагрева T3 принимается в зависимости от вида поверхности и сжигаемого топлива.

Необходимые данные для расчета T3 приведены в табл. 6.1.

ТЕПЛООБМЕН В ЗМЕЕВИКОВЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ НАГРЕВА

При наличии перед конвективной поверхностью нагрева ипи инутри нее газового объема теплоту излучения объема на последующую по ходу газов поверхность учитывают приближенно путем увеличения расчетного коэффициента те­плоотдачи излучением: 118

Таблица 6.1

Значение расчетных коэффициентов или температуры

Поверхность котла и вид сжигаемого топлива

Бз = 4,30 м2 К/кВт

Конвективные пароперегреватели с коридорным рас­положением труб при сжигании твердых топлив

Є, = 2,58 М2 К/КВТ

То же при шахматном или коридорном расположе­нии труб и сжигании жидкого топлива

(3=(+W С

Одноступенчатый экономайзер, вторая ступень" эко­номайзера, переходная зона прямоточных котлов при 0′>400 С и сжигании твердых и жидких топлив

Г3=Г+25Р С

Одноступенчатый экономайзер при 0′<400" С и пер­вая ступень двухступенчатого экономайзера при сжи­гании твердых и жидких топлив

/,= /4- 25 С

Все конвективные поверхности нагрева при сжигании природного газа

= [і+Л (6Л4)

Где /0 и /п — глубина газового объема и последующей по­верхности нагрева, м; Т’ — температура потока продуктов сгорания перед поверхностью, К; коэффициент А =0,3 при сжигании газа и мазута, 0,4 — при сжигании каменных углей и антрацита, 0,5—при сжигании бурых углей, сланцев и фрезер­ного торфа.

Теплота обратного излучения газовых объемов, находящих­ся за конвективной поверхностью нагрева, на эту поверхность незначительна и может не учитываться.

6.2.3. Коэффициент теплоотдачи от стенки грубы к внутренней рабочей среде а2 определяется следующим об­разом.

Для пара докритического давления при всех удельных тепловых напряжениях поверхности, а также для пара срерх — критического давления (СКД) при удельных тепловых напряже­ниях <7макс^ 349 кВт/м2

А2 = 0,023 А (Pr0,4C, CjC|. (6.15)

V /

Поправки С„ Cd и С, при движении рабочей среды внутри трубы принимаются равными единице. Теплопроводность воды и пара X, кВт/(м-К), находится по табл. П10 приложения.

119

Кинематическая вязкость рабочей среды v, м2/с, определяется по зависимости

V = 9,81pu,

Где V — удельный объем воды и пара, определяемый по термодинамическим таблицам воды и водяного пара, м3/кг; fi—динамическая вязкость, кг-с/м2. Значение определяется по табл. П11 приложения. Число Прандтля Рг определяется по табл. П12 приложения.

Для кипящей воды а2 определяется по рис. ГТ5 в зависи­мости от удельной тепловой нагрузки q и давления среды р.

Для среды. СКД при qMWC> 349 кВт/м2 и энтальпии среды h <2721 кДж/кг коэффициент а2 находится по рис. П6 с учетом поправки на удельный тепловой поток.

ПРИМЕРЫ

Пример 6.6. Как изменится коэффициент теплоотдачи конве­кцией от продуктов сгорания к стенке при замене коридорного пучка на: шахматный? При решении задачи принять: количество рядов труб по ходу газов z2 = 10, наружный диаметр труб 50 мм, поперечный шаг труб = 125 мм, продольный шаг S2 = 75 мм, среднюю температуру продуктов сгорания 9=800°С,* парциальное давление водяных паров гН2О = 0,184. Принять для расчета скорость продуктов сгорания 10 и 25 м/с, сделать вывод об эффективности перехода на шахматный пучок при различных скоростях — продуктов сгорания.

Решение. 1. Определяем физические параметры продуктов сгорания. Из табл. П9 приложения для продуктов сгорания среднего состава: >/ = 9,1528• 10-5 кВт/(мс); v’=126-10~6 м2/с; Рг’=0,59.

По: рис. П4 приложения поправки M3l = l,05, Mv= 1,023 и МРг= 1,042. С учетом поправок получаем:

Х = 9,1528 • 10 -1,05 = 9,6104 -10"5 кВт/(м — К);

V= 126,0 ■ 10~® • 1,023 = 128,9-10~6 м2/с; Рг = 0,59 • 1,042 = 0,6148.

2. Коэффициент теплоотдачи конвекцией для коридорного пучка. Найдем поправочные коэффициенты Cs и Се. Значения Al=Sl/D= 125/50 = 2,5; 02 = 75/50=1,5. Для этих условий Cs = [1 + (2 • 2,5 — 3) (1 -1,5 /2)3 ]~i = 0,940:

При z2 = 10 значение Сг = 1.

(6.16)

ТЕПЛООБМЕН В ЗМЕЕВИКОВЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ НАГРЕВА

0,65

X 0,615°’33 = 66,2• Ю-3 кВт/(м2 К).

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгора­ния к трубе при скорости 10 м/с по (6.11)

То жб при скорости 25 м/с: ак = 120,1 ■ 10~3 кВт/(м2 • К). 3. Коэффициент теплоотдачи конвекцией для шахматных пучков.

Найдем поправочные коэффициенты Cs и С.:-

О, =2,5; — ст2 = 75/50= 1,50; а2 = ,/2,52/4+ 1,502 = 1,953;

Ф = (2,5 — 1)/( 1,953 — 1) = 1,574;

С, = 0,3.4-1,574°-»=0,356;

С2=1,0, так как Z2 = 10.

Коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к трубе при скорости 10 м/с по (6.10)

О,=0,356-1,0’0-0-0’0УГ°.0,6148°." = 0,05 J28,9 -10" у

= 82,9 • 10 ~3 кВт/(м2-К).

То же при скорости 25 м/с: ак= 143,7 ■ 10_3 кВт/(м2 • К). Таким образом, переход от коридорного к шахматному пучку труб повышает коэффициент теплоотдачи конвекцией в 1,25 раза при скорости газов 10м/с и в 1,20 раз при скорости газов 25 м/с.

Пример 6.7. Как изменится коэффициент теплоотдачи а, при увеличении количества рядов труб по ходу газов с 5 до 10? Принять: wr = 10 м/с; </=32 мм; Si= 120 мм; s2 = 50 мм; среднюю температуру $ = 800 С; парциальное давление водяных паров rH Q = 0,100; расположение труб в пучке — шахматное.

Решение. 1. Определим физические параметры сгорания. Из табл. П9 приложения для продуктов сгорания среднего" состава:

^.’ = 9,1528-10"5 кВт/(м’с); v’ = 126,0 ■ 10 6 м2/с; Рг’ = 0,59.

По рис. П4 приложения поправки A/V=1,0; 0,991 и А/Рг = 0,992. С учетом поправок получаем

X = 9,1528 • 10 "5 • 0,991 = 9,07 -10~5 кВт/(м2 к);

V= 126,0 • 10~б • 1,0= 126,0 • 10~б м2/с; Pi =0,59 0,992 = 0,585.

2. Найдем поправочные коэффициенты Cs и С2. Относительные шаги труб:

At = 120/32= 3,75; ст2 = 50/32 = 1,562; а’2 = ч/з.,752/4+ 1,562 2 = 2,44; <р = (3,75 — 1 )/(2,44 — 1) = 1,910; Cs=0,34 -1,910од = 0,363.

При Z2 = 10 Сг— 1,0; при г2 = 5 хСг = 4-50,02 —3,2 = 0,931.

3. Коэффициент теплоотдачи ак в исходном варианте (z2 = 5) по (6.10):

A»s = 88,5 • 10_3.кВт/(м2 — К).

Для поверхности при

,о = 7-кю = • 10 J = 1 ‘ ш ‘ кВг (м» к>-

{ 2 5 1

Таким образом, увеличение количества рядов груб по ходу і азов с 5 до 10 повысило коэффициент теплоотдачи <xs для шахматного пучка на 7,45%. Дальнейшее увеличение числа рядов груб не приводит к рост 7К.

Пример 6.8. Вывести зависимость влияния диаметра груб на коэффициент теплоотдачи ак для шахматных и коридорных пучков при переходе с f/—32 на с/—-60 мм.

Решение. 1. Выявим из (6.10) зависимость 7.к / ((/) для шахматных пучков:

(} 0.6

7 1—————————————— • • Ad "’4.

С/

Где А — комплекс постоянных для данных условий конструктивных харак­теристик пучка, физических параметров и скорости газов.

2. По аналої ни для коридорных пучков по (6.11):

7, Асі "

3. Определяем изменение ак для шахматного пучка при диаметре груб J=60mm вместо 32:

Лы. Л..: UU di2) 0-4 ~ (60/32) "*4 = 0,78.

4. То же для коридорного пучка:

7.к,.. (60 32) 0(4 = 0,80.

Таким образом, увеличение диаметра трубы с 32 до 60 мм в сопоставимых условиях привело к уменьшению на 22% в шахматных пучках и на 20% в коридорных пучках.

Пример 6.9. Определить, как меняется коэффициент теплоотдачи 7К при коридорном расположении труб с увеличением поперечною шага. v, с 88 до 138 мм. а также увеличении продольного шаіа л: с 50 до 60 мм. Остальные данные взять из примера 6.8. Принять z2-10, скорость продуктов сюрания 10 м/с.

Решение. 1. Поскольку согласно (6.10) изменение коэффициента теплоот­дачи 7К в данном случае определяется только значением поправочного коэффициента С,, найдем его значение:

Для исходного варианта <т, — 88/32 = 2,75; <т2 = 50/32= 1,562. Поскольку расчетное ст2<2, а Ст]<3,

( = [1 + (2 • 2,75 — 3) (I — 1,562;2)’ j : — 0,9886;

С;

0,940.

J 1,562х 3 1 + (2 ■ 3 — 3) I 1 -—-

Изменение коэффициента схк при увеличении поперечного шага составит 4,9%. 122

При увеличении гі(>перечного шага до 138 мм rr, — 138 32 — 4.312 и при расчете Cs принимается <т;h 3. тогда

2. Определяем коэффициент теплоотдачи ак при увеличении продольного шага л*2 до 60 мм.

Найдем поправочный коэффициент СЛ:

Rr, = 138 / 32 — 4.312; а2 = 60 32 — 1.875.

Для них условий

= 0,998.

С;

1.875V"

1 Ц2-3-3) 1

Расчетный козффициен г тсплоочдачи

9,07 ■ 10 5 Ґ Ю,0 -0,032 4

Х-0,20-0,998 ———— — —г) 0,585 ‘=-77,4- 10 кВг/(м~-К).

0.032 V 126.0-10 7

Таким образом, при коридорном расположении труб увеличение продоль­ною шага труб. и при значениях ст2<2,0 ведет к некоторому увеличению ко)ф(|)ициента теплоотдачи ак (в данном примере в 0.998/0,94=1,062 раза).

Пример 6.10. Определить, как изменится коэффициент те­плоотдачи в конвективной поверхности при сжигании природ­ного газа в высоконапорном паровом котле при давлении р~ 1 МПа. Принять природный газ (приложение, табл. П4, топливо № 8), имеющий = 9,91 м3/м3, У> = 11,12 м3/м3, »н. о —Исходные данные поверхности: at=3,0; a2=l,5; </=32 мм; -2> 10; средняя температура газов 14 = 600» С; ско­рость газов 10 м/с.

Решение. 1. Физические свойства продуктов сгорания при 9 = 600 С (приложение, табл. П9):

>/ = 7,420-10 5 кВт/(м • К); v’ = 89,4-10 6 м2/с; Pv’ = 0,61.

Поправки к составу продуктов сгорания: Мх— 1,018; A/V=l,05; Л/р, = 1,048. Тогда

L = 7,420 • 10 S • 1.018 = 7,55 -10 5 кВт/(м • К); v — 89,4 — 10 f> ■ 1,05 = 93.87 ■ К) 0 м2/ с; Рг = 0,61 • 1,048 = 0,639.

2. Коэффициент тенлоочдачи ак в обычных гонках {при близком к атмосферному давлению газов)

, п 7,55-10~Ч 10-0.032 °’ь

A =0.360 1,0 ——— х

0,032 93,87-10

Х 0,6390,33 =98,37 ■ 10" 3 кВт/(м2 • К).

3. Го же в высоконапорном котле.

Для высоконапорных котлов, работающих при давлении выше атмосферного, кинематическая вязкость определяется но формуле

V 93,87-10"6 п in_fi 7f

V„ = — = ————————- = 9,387-10 6 м2/с.

Р р 1,0-10

Остальные величины, входящие в (6.10), при этом останутся без изменения. Тогда

Ос£ = ак (93,87/9,387)0,6 = 98,37 • 10"3 • 3,98 = = 391,62-10~3 кВт/(м2 К).

Таким образом, с повышением давления в газоходе при прочих равных условиях коэффициент теплоотдачи кон­векцией существенно увеличивается. Количественно это уве­личение пропорционально изменению давления газовой среды в степени 0,6.

Пример 6.11. Определить коэффициент теплоотдачи ак в поверхности при наличии участков с различными сечениями для прохода газов. При выполнении расчетов принять: расположение труб — коридорное; с/=42мм; ^ = 138 мм; S2 63 мм; г2=10; гн О = 0,184; 9-= 800 С; расход топлива = 19,28 м3/с; Vr13,25 м3/с; сечение для прохода продуктов сгорания на первом участке Frl = 60,0 м2, на втором Fr2 = 50M2, поверхности нагрева участков соответ­ственно Ь = 1000 м2 и F2= 1500 м2.

Решение. 1. Произведем усреднение сечения поверхности по формуле

Fi + F2 1000+1500

Fc_ =———————————— =————- = 53,57 м-.

Р Fj F2 1000 1500

F7i F^2 "б0~ ~~5(Г

2. Средняя по поверхности скорость газов но (6.7)

13,25- 19,28(800+273) и’, -——————- -= 18,7 м/с.

53,57-273

3. Поправка на геометрию пучка

С, = [ 1 + (2 • 3,0 — 3) (I — 1,5 / 2)Л ] ~2 = 0,912; С, = 1,0.

4. Физические параметры продуктов сгорания при 0=800 С:

9,610-КГ5 кВт/(м• К); v-428,910 6 м2/с; Рг-0,614.

5. Коэффициент теплоотдачи конвекцией огк 100,6-10 Л кВг/(м2 • К).

6. При плавном изменении сечения возможно применить более простую формулу усреднения:

2F, j Fr •. 2-50-60 Fcp = —— — =———— — 54,5 м.

Fr і + Fr 2 50 — t 60

Скорость ‘ газов при этом составит 18,4 м/с, а коэффициент теплоотдачи ак = 99,8 • 10~3 кВт/(м2 — К), погрешность такого расчета 1%.

Пример 6.12. Имеется конвективный пароперегреватель с коридорным и. шахматным расположением груб в зоне высоких температур продуктов сгорания Э. Определить средний коэффициент теплоотдача если известно, что FKOp= 1000 м2, B ШІ1ХМ 1500 м2. При решении задачи принять а і —3,0; ст2 = 1,5; с/= 32 мм; г2 -■= 30: 9=800 С; гн>0= 0,184: vr, = 10 м/с. 124

Решение. 1. Определяем коэффициент теплоотдачи оск в части с коридорным расположением труб.

Аналогично предыдущим примерам находим

Cs = 0,912; С.= 1,0; Х = 9,610 ■ 10~5 кВт/(м • К);

V — 128,9-10~6 м2/с; Рг = 0,614;

Atop = 0,2 0,912-1,0

9,610- 10~5/ 10-0,032 -65

0,614°’33 = 75,1 • 10~~3 кВт/(м2-К).

0,032 128,9-10~7 2. То же в части с шахматным расположением труб:

С, = 0,360; Сг = 1,0; Х-5,543 -10 5 кВт/(м К); v= 128,9-10~б м2/с; Рг = 0,614;

-5

9,610-10

«шах. = 0,360-1,0

10 0,032 ’60

■0,614°’33= 100,3-КГ3 кВт/(м2 ■ К).

0,032 V 128,9 ■ 10

3. Средний коэффициент теплоотдачи конвекцией ак определяется по формуле

^b-nrs ^ Kt>r> Qt’

Кор 1 хор ^шахм шахм

F +F

1 кор 1 1 шахм

= 90,2 ■ Ю-3 кВт/м2.

75,1 ■ 10"3-1000+ 100,3 — 10 3 -1500 1000+ 1500

Пример 6.13. Как изменится коэффициент теплоотдачи из­лучением осл при увеличении температуры продуктов сгорания от 500 до 800° С? Принять температуру загрязненной стенки T3 = 400° С; коэффициент излучения газовой среды г = 0,15; топливо — беззольное (природный газ).

L-(TJT)"

Решение. 1. Определяем отношение температур — -■■ ■

1 ТJ / т

В исходном варианте — при температуре газов 500° С.

Для беззольного топлива « = 3,6; при заданных исходных величинах отношение температур

3,6′

400 + 273 500+273

400+273 500 + 273

= 3,035.

1-і

1

2. Коэффициент теплоотдачи излучением. от продуктов сго­рания к стенке в исходном варианте по (6.12)

Ал1 =5,13 • Ю-11 -0,15 -(500 + 273)3 • 3,035 = 10,8 — Ю-3 кВт/(м2 К).

3. Находим отношение температур для второго варианта — при температуре продуктов сгорания 800° С:

1-

1

/400 + 27з3’6

400 + 273

= 2,182.

ч800 + 273/

800 + 273

4. Коэффициент теплоотдачи излучением при в = 800° С ал2 = 298 • Ю-3 кВт/(м2 • К).

Таким образом, повышение температуры продуктов сгора­ния с 500 до 800 С при постоянстве температуры привело к существенному увеличению коэффициента теплоотдачи из­лучением.

Пример 6.14. Как изменится коэффициент теплоотдачи из­лучением у. л при увеличении поперечного шага труб в пучке Vj с 70 до 96 мм? При решении задачи принять: D = 32 мм; S2 =48 мм; & = 800 С; T, = 400 С; р = 0J МПа; гно = 0.12; г„ = 0,300; топливо природный газ (беззольное).

Решение. 1. Определяем коэффициент теплоотдачи излуче­нием 7., в исходном варианте (при значении л1=70мм).

Эффективная толщина излучающего слоя по (6.6)

■V = 0,9 • 0,032 -1^ = 0,092 м.

Коэффициент поглощения газовой средой А, [см. (4.14)]: /Vу = 0,1 -0,300 0,092 = 0,0027 МПа -м:

/0,78 4 1,6-0,12 / 1073

К, — ———— 11 -0,37 — =34,78 1 / МПа • м .

.316 ч/(),0027 Л 10Г>Ґ> / * ‘

Коэффициент излучения газовой среды в межтрубном объеме по (4.17) и (4.11)

Kps = 34,78 — 0,300 -0,1- 0,09 = 0,096; с = 1 — с °’096 = 0,0915.

Значение х, в исходном варианте по (6.12) я, = 5,13 • 1 (Г 11 • 0,0915 • (800 + 273)" х ‘400 +273 V1-0

= 12.6-10 -1 кВт/(м2 • К).

800 + 273

2. Определяем коэффициент теплоотдачи излучением ос, при увеличении поперечного шага v, до 96 мм.

Эффективная толщина излучающего слоя (по 6.6)

Л =0,136 м.

— Коэффициент поглощения газовой средой:

/?,,.¥ = 0,00409 МПа м;

Кг = 28.40 I/(МПа-м).

Коэффициент излучения газовой среды в межтрубном объеме:

ч800 4- 273 4 ^(То+27’3

Kps = 0,116; є= 1-е 1(1 = 0,110.

Коэффициент теплоотдачи излучением по (6.12) ал2 = 15,2 -10"3 кВт/(м2 • К).

Таким образом, увеличение поперечного шага труб приводит к росту осл в данном случае в 1,206 раза.

Пример 6.15. Установить степень влияния тазового объема перед поверхностью нагрева либо внутри ее на коэффициент теплоотдачи излучением при сжигании каменного угля. Поверх­ность установлена в верхней части конвективной шахты. При решении задачи принять: температуру продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева 900 С: среднюю температуру газов 850 С; температуру загрязненной стенки 550 С: гно = 0,080; гп-~ 0,246; безразмерную концентрацию золовых* частиц ц1л = 0,019; тип мельниц среднеходные; поверхность нагрева состоит из двух пакетов каждый высотой 1000 мм. Рассмотреть три варианта выполнения тазовых объемов: а) глубина объема перед поверхностью нагрева 800 мм; б) то же 1600 мм; в) глубина объема перед поверхностью 1600 мм, внутри поверх­ности нагрева (между пакетами) 1200 мм. Эффективная толщина излучения межтрубного объема л = 0,125 м; /’ = 0,1 МПа.

Решение. 1. Определяем коэффициенты поглощения лучей трехатомными газами и золовыми частицами:

0,1 0,246-0,125 = 0,00307 МПа-м;

А- -, ‘ — 1V 1-0,37 l,:V) = 29,70 1 /(МПа • м);

0,00307 А ЮОО/ М

43 000-1,3

А",,., -= 81,49 1 / МПа • м.

‘ іі:з—к>-

2. Коэффициент излучения межтрубпого объема в пакете поверхности по (4.17) и (4.11):

Hps = (29,70 • 0,246 + 81,49 ■ 0,0 і 9) 0.1 • 0,125 = 0,111; є = 1 —є’0-111 = 0,105.

3. Коэффициент теплоотдачи излучением в пакете без учета излучения газового объема

Ос, = 5,13 ■ 10′ 11 -0,105(850 + 273)3 х ‘550 + 273У

, й S() 4 ">73 ■

ТЕПЛООБМЕН В ЗМЕЕВИКОВЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ НАГРЕВА

Х———————— ^ — = -{О» кВт/(м" К).

550 + 273

850 + 273

4. Уточненный коэффициент теплоотдачи излучением с по­правкой на излучение газового объема по (6.14):

Газовый объем перед поверхностью /0 = 800 мм

А; = 20,3-10 3 1+0,4—————————— ————-

^ юоо J uoooJ

= 28,2 • 10~3 кВт/(м2 • К);

Газовый объем перед поверхностью с /0 = 1600 мм а; = 28,6- 10" 3 кВт/(м2 • К);

Газовый объем перед поверхностью и между пакетами /0 = 1200+1600 = 2800 мм

А; = 28,95-Ю"3 кВт/(м2 — К).

Пример 6.16. Как изменится теплоотдача от стенки к ра­бочей среде а2 в зависимости от назначения поверхности нагрева: экономайзер, переходная зона, пароперегреватель — при сопоставимых условиях (одинаковые расходы, сечения для прохода внутренней среды, внутренние диаметры труб). При решении задачи принять: расход среды 272,22 кг/с; давление 29,43 МПа; количество груб 716 шт.; их внутренний диаметр 0,020 м. Принять температуру среды в экономайзере 300 С, в переходной зоне 390 С, в пароперегревателе 500° С, тепловой поток в переходной зоне 50 кВт/м2.

Решение. 1. Сечение для прохода внутренней среды по (6.2)

/= 0,785 • 0,022 • 716 = 0,225 м2.

2. Массовая скорость среды

Ph’ = D//=272,22/0,225= 1210 кг/(м2 — с).

3. Коэффициент теплоотдачи а2 в экономайзере.

При р= 29,43 МПа и? = 300° С удельная плотность воды v = 1,333 • 10~3 м3/кг и скорость воды нв = рнт= 1210 • 1,333 х X 10 3 = 1,61 м/с.

Физические параметры воды по табл. П10 — П12 при­ложения:

Х = 59,08- Ю-5 кВт/(м-К); Рг = 0,82; по ПИ определяем кинематическую вязкость воды:

V = 0,127-Ю’6 м2/с.

По (6.15) определяем а2. При течении внутри трубы значения Ct, Cd и С} принимаются равными единице, тогда

Сх2 = 0,023 59-°8n’°’S ( ‘-6’3 Т. У»-0.82° ‘ = 13,19 кВт/К — К).

2 0,02 ^0,127 -10 6у /у ‘

4. То же для поверхности переходной зоны. По рис. П6 приложения при массовой скорости среды 1210 кг/(м2-с) и <Увн = 0,02м осн= 10,41 кВт/(м2-К).

При р =29,43 МПа и / = 390 С энтальпия рабочей сре­ды h = 1974,5 кДж/кг, при этом поправочный коэффициент А = 1,5:

«2=3^ = 10,41 -1,5 = 15,61 кВт/(м2 • К).

5. То же для поверхности пароперегревателя. При Р — 29,43 МПа и / = 500 С удельный объем пара V = 0,008922 м3/кг, при этом скорость пара wa = 1210 • 0,008922 = 10,80 м/с.

Физические параметры пара. Из табл. П10. ПП и П12 приложения определяем: Х = 11,40 • 10 5 кВт/(м2 К); Рг = 1,23; v = 0,297- 10~б м2/с.

Коэффициент теплоотдачи а2 по (6.15)

А, =0.023 "•40 .,°" ,,23- = 6.97 КВт/К • К).

0,02 ^0,297-10-7 М ‘

Таким образом, при одной и той же массовой скорости рабочей среды наименьшая линейная скорость имеет место при течении воды в экономайзере, поскольку вода обладает малым удельным объемом, а в пароперегревателе скорость пара наибольшая.

В то же время коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочей среде а2 в пароперегревателе оказался самым низким, поскольку он зависит не столько от скорости среды, сколько от ее физических параметров (прежде всего плотности или удельного объема). Самое высокое значение —в переходной зоне, где сохраняется повышенный турбулентный массообмен при высокой плотности среды (зона фазового — перехода).

Пример 6.17. Определить, насколько изменится коэффициент теплоотдачи при увеличении внутреннего диаметра трубы от 20 до 52 мм.

Решение. Преобразуем зависимость (6.15) в виде функции

А2=/Кн):

Отсюда следует, что изменение коэффициента ос2 от соотноше­ния диаметров труб выразится следующим образом:

А2 — ^20 (‘Am О / "’вн ) і

Где а2о и dBH о — исходные значения коэффициента теплоотдачи а2 и внутреннего диаметра трубы dnH.

8-2065


В данном случае коэффициент теплоотдачи при переходе от труб внутренним диаметром 20 к диаметру 52 мм снизится в соотношении

А2 (5 2) = (20) (20/52)°-2 =0.826^2 (201 •

Пример 6.18. Для обеспечения надежности работы труб ступени проме­жуточного перегревателя, выполненного из труб наружным диаметром 50 мм и толщиной стенки 4 мм, необходимо увеличить коэффициент теплоотдачи с 650-10~3 до 850 • 10~3 кВт, (м2 • К). Обеспечит ли необходимые условия переход на грубы наружным диаметром 42 мм при сохранении той же толщины стенки и конструкции пароперегревателя?

.Решение. Путем преобразования (64 5) при сохранении физических парамет­ров получим следующую зависимость:

TOC o "1-3" h z а2 = ос20(<//</«) "•"(•.. п,,)"*. (а)

Так как скорость пара при постоянном массовом расходе обратно пропорциональна живому сечению для его прохода, получаем следующее соотношение:

U=M’o(cfo Л)2. (б)

Подставив значение >г в зависимость (а), получихі взаимосвязь коэф­фициентов теплоотдачи:

<х2 = а20(<//4>) °-2 (</„ d)1M а20(сіоісіу-*. (в»

При исходном значении а2о = 650 ■ 10~3 кВт/(м2 ■ К) новое значение ч при установке труб 042 мм соответствует

А2 = 0,650 ■ (42 34)1 8 = 0,951 кВт (м2 ■ К).

Переход на трубы меньшего диаметра является эффект ниным средством увеличения коэффициента теплоотдачи а2 и связанног о с л им улучшением температурного режима труб перегревателя, однако при этом возрастает гидравлическое сопротивление трубного пакета.

ЗАДАЧИ

Задача 6.7. Как изменится коэффициент теплоотдачи конвекцией як при увеличении количества труб по ходу газов с 4 до 15 шт. Принять: н’г = 10 м/с; D= 32 мм; л’і=120мм; S2 = 50 мм: 9=900 С: парциальное давление водяных паров = 0,100; расположение труб коридорное.

Задача 6.8. Определить, как меняется коэффициент теплоотдачи ак для пучков труб с шахматным расположением при изменении поперечного шага S1 со 120 до 138 мм и при изменении продольного шага с 50 до 70 мм. Принять Z2= 10 (остальные данные по задаче 6.7).

Задача 6.9. Как повлияет на коэффициент теплоотдачи ак при коридорном расположении труб в пучке замена сжигания в котле природного газа на мазут? При решении задачи принять п’г = 25м/с; ст^З. З; ст2 = 1,5; (/=42 мм; z2=10; 9=800 С. Природный газ—топливо №6 (табл. П2 приложения);

‘, = 1,05; мазут топливо № 19 (табл. П1 приложения), избыток и газочеме 1,03.

Задача 6.10. Сопоставить значения коэффициента теплоотд. ;<и кч’іингкппон ак для труб коридорного пучка при атмосферном давлении и иисчии давления в газоходе до /> = 0.5 МПа и сохранении нос* ;, — і-ї-і; скорости продуктов сгорания.

Задача 6.11. Определить коэффициент теплоотдачи кош…,,: при

Наружных диаметрах груб f/, — 38 мм и «/2~32 мм. При решена. і м.’.ачи принять: 9 = 900" С; /•„,, = 0,100; и-, = 10 м/с; ст, «= 3.0; а2= 1.5: г2-10. пучки с коридорным и шахматным расположением труб.

Задача 6.12. Поверхность нагрева конвективного пароперегревателя с ко­ридорным расположением труб имеет фсстонированную часть. Определить средний коэффициент теплоотдачи конвекцией ак, если известно, что повер­хность нагрева фестонированной части 449 м" при полной поверхности нагрева 898 м2. сечение для прохода газов в фестонированной части /*’г. ф= 83,3 м2, шаги труб в этой части Л] =276 мм и 2 = 55мм, в нефестонированной части H = 71,4 м2, д’і = 138 мм. S2 55 мм.

Трубы имеют диаметр 36 мм, Z2 в фестонированной части равно 12, в нефестонированной 6. Принять: в обеих частях среднюю температуру газов 9= 1100 С; Г, = 8,85 м3/кг; — 22.0 кг/е; гн0,08.

Задача 6.13. Как изменится коэффициент теплоотдачи излучением ал при увеличении температуры продуктов сгорания каменного угля с 600 до 800 С? Принять: коэффициент излучения объема е~0,15, температуру загрязненной стенки?, = 450 С.

Задача 6.14. Определить коэффициент теплоотдачи излучением ос, при увеличении продольного шага S2 от 48 до 64 мм. При решении задачи принять: d— 32 мм; .v, — 138 мм; Я = 900 С; /, = 400 С; гН () = 0.08; /•„ = 0.226; топливо — каменный уголь; безразмерная концентрация юлы в продуктах сгорания ц,, — 0,019; т ип мельницы ереднеходные, давление в топке /7 = 0,1 МПа.

Задача 6.15. Как изменится коэффициент теплоотдачи из • учен нем х, при изменении безразмерном коплен грации золы в газовом потоке от 0,010 до 0.020 кг/кг? (Остальные условия по задаче 6.14*

Задача 6.16. Сравнить коэффициенты теплоотдачи х экономайзере и в жранах кот. та докритического давления (/»••- 14,715 МПа) при одинаковой массовой скорости рабочей среды 1000 кг •• (мJ • с) и температурах соответственно 250 С и /1ЫС. Принять внутренний диаметр груб 20 мм. Зависит ли а2 в жранах, в трубах которых протекает кипящая вода, от массовой скорости/’

Задача 6.17. Как изменится коэффициент теплоотдачи а2 при новы нении температуры среды с 200 до 300 С при р 14.715 МПа, piv= 900 кг (м2-с) и с/вн=24.мм? Проанализирован. изменение іетілофизических свойств рабочей среды при повышении температуры и выявить влияние температуры среды на коэффициент теплоотдачи эс2.

Задача 6.18. Как изменится значение п.2 при повышении скорости пара с 10 до 30 м/с и одинаковых других параметрах? Установить дополнительное влияние на изменение х перехода на другой внутренний диаметр труб — с 34 до 20 мм.

Ваш отзыв

Рубрика: РАСЧЕТ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *