6.2. Теплообмін в змієвикових поверхнях нагріву

Тепловіддача від продуктів згорання до стінки ₁, кВг/(м2 -К), визначається по формулі:

₁ = \ ( _к + _л), (6.9)

де _к - коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, кВт/(м2-К); _л - коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням, кВт/(м² К); — коефіцієнт використовування, що враховує зменшення теплосприйняття поверхні нагріву унаслідок нерівномірності обмивання поверхні газами, утворення застійних зон або часткового протікання газів крім поверхні; для поперечний омиваних конвективних ступенів коефіцієнт % приймається рівним одиниці, в інших випадках при складному обмиванні (ширми) < 1.

6.2.1. Коефіцієнт _к залежить від типу пучка труб.

Для шахових пучків

к=С_sC_z Pr^0,33 (6.10)

де Cs - поправочний коефіцієнт, залежний від кроку труб в пучку; Сz— поправка на число рядів труб по ходу продуктів згорання; — теплопровідність продуктів згорання при середній температурі потоку, кВт/(мм К); v — кінематична в'язкість продуктів згорання при середній температурі потоку,м²/с; Pr ^— число Прандтля.

Значення 1, v і Pr визначаються по табл. П9 додатки,поправки до них M , M_v, M_Pr, залежні від парціального тиску водяної пари і температури продуктів згорання,приведені на мал. П4 додатку. Поправочний коефіцієнт Cs визначається через відносний діагональний крок

=(( _1-1)/(( -1),

де =(( )^0,5.

Залежно від значень ₁ і : Сs = 0,344 ^0,1 при0,1<< 1,7; Cs = 0,2755 ^0,5 при 1,7<< 4,5 і ₁<3; С5 = 0,344 ^0,1 при 1,7<< 4,5 і ₁ 3.

Поправка на число рядів труб Cz: Cz = 3,1220,05-2,5 при z₂<10 і ₁<3; Cz=4z₂^0,02-3,2 при z₂<10 і ₁₁ S; Cz = 1,0при z₂ 10.

Для коридорних пучків

=0,2С_sC_z Pr^0,33 (6.11)

Поправочний коефіцієнт на геометрію пучка

Cs = [1+(2 ₁ -3)[1-- _2/2)³]^-2

При ₂₂ 2, а також ₁₁ 1,5 Cs=1; при _2<2 і _1>3підставляється ₁= 3. Поправка на число рядів труб:

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

6.2.2. Коефіцієнт X1 для котельних поверхонь визначається по залежності

= 5,133 10 ^-111 T ³[1-(T₃,/T) ⁿ]/(1-T₃/Т), (6.12)

де n=4 для зольних палив і 3,6 для беззольних; - коефіцієнт випромінювання продуктів згорання при температурі потоку, визначуваний по (4.11); T-температура продуктів згоряння, К; T₃ – температура забрудненої стінки, К. Необхідне значення k_ps для розрахунку е визначається, як і при розрахунку , по (4.17), але при значенні k_KOKC=0,ефективна товщина випромінюючого стоячи s для гладкотрубних конвективних пучків визначається по (6.6).

Температура T₃ = t₃+273, де значення _t3_, З, знаходиться таким чином:

для конвективних перегрівачів при спалюванні зольних палив:

t₃=t+(( )q_в,

де t - середня температура робочого середовища в ступені, ºС; q_B=B_PQ/F середньосприйнятий тепловий потік. кВт/м²; - коефіцієнт забруднення, м² К/кВт; для решти поверхонь нагріву t₃ приймається в залежності від виду поверхні і спалюваного палива.

Необхідні дані для розрахунку t₃ приведені в табл. 6.1.

За наявності перед конвективною поверхнею нагріву або усередині неї газового об'єму теплоту випромінювання об'єму на подальшу по ходу газів поверхню враховують приблизно шляхом збільшення розрахункового коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням:

Таблиця 6.1

Значення розрахункових коефіцієнтів, або температури t3	Поверхня казана і вид спалюваного палива
= 4,30 м2 К/кВт	Конвективні пароперегрівачі з коридорним розташуванням труб при спалюванні твердих палив
=2,58 м2 К/кВт	Те ж при шаховому або коридорному розташуванні труб і спалюванні рідкого палива
t3=t + 600 ºС	Одноступінчатий економайзер, другий ступінь економайзера, перехідна зона прямоточних котлів при '>400° С і спалюванні твердих і рідких палив
t3=t+ 25 0 С	Одноступінчатий економайзер при ' 4000 З і перший ступінь двоступінчатого економайзера при спалюванні твердих і рідких палив
t3= t+25 0 С	Всі конвективні поверхні нагріву при спалюванні природного газу

[1+A(( )^0,25(l0/lп) ^0,07], (6.14)

де l₀ і l_п - глибина газового об'єму і подальшої поверхні нагріву, м; T' — температура потоку продуктів згорання перед поверхнею, К; коефіцієнт A=0,3 при спалюванні газу і мазуту, 0,4 — при спалюванні кам'яного вугілля і антрациту, 0,5 - при спалюванні бурого вугілля, сланців і фрезерного торфу.

Теплота зворотного випромінювання газових об'ємів, що знаходяться за конвективною поверхнею нагріву, на цю поверхню незначна і може не враховуватися.

6.2.3. Коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до внутрішнього робочого середовища ₂ визначається таким чином.

Для пари докритичного тиску при всіх питомих теплових напругах поверхні, а також для пари надкритичного тиску (СКД) при питомих теплових напругах qмакс 349кВт/м

Поправки Ct, Cd і Cl при русі робочого середовища всередині труби приймаються рівними одиниці. Теплопровідність води і пари , кВт/(мм К), знаходиться по табл. П10 додатки.

Кінематична в'язкість робочого середовища v, м²/с, визначається по залежності

v = 9,811 , (6.16)

де v - питомий об'єм води і пари, визначуваний по термодинамічних таблицях води і водяної пари, м3/кг^;; - динамічна в'язкість, кг с/м2. Значення визначається по табл. П11 додатки. Число Прандтля Pr визначається по табл. П12 додатки.

Для киплячої води ₂ визначається по мал. П5 залежно від питомого теплового навантаження q і тиску середовища р.

Для середовища СКД при qмакс> 349 кВт/м2 і ентальпії середовища h<2721 кДж/кг коефіцієнт ₂ знаходиться по мал. П6 з урахуванням поправки на питомий тепловий потік.

ПРИКЛАДИ

Приклад 6.6. Як зміниться коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від продуктів згорання до стінки при заміні коридорного пучка на шаховий? При рішенні задачі прийняти: кількість рядів труб по ходу газів z₂ = 10, зовнішній діаметр труб 50 мм, поперечний крок труб s1 = 125 мм, подовжній крок s2 =75 мм, середню температуру продуктів згорання = 800°C3парціальний тиск водяної пари rн2о= 0,184. Прийняти для розрахунку швидкість продуктів згорання 10 і 25 м/с, зробити висновок про ефективність переходу на шаховий пучок при різних швидкостях продуктів згорання.

Рішення. 1. Визначаємо фізичні параметри продуктів згорання. З табл. П9 додатки для продуктів згорання середнього складу: =9,15288 10-5 кВт/(мм С); v' = 1266 10-6 м2/с; Рr'= 0,59.

По мал. П4 додатку поправки M = 1,05, Mv =1,023і МРr ₌ 1,042. З урахуванням поправок одержуємо:

= 9,1528 -10-5⁵ 1,05 = 9,61044 10-5кВт/(мм К);

v = 126,0 10-6⁶ 1,023 = 128,9 10^-6м²/с; Рr = 0,599 1,042 = 0,6148.

2. Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією для коридорного пучка. Знайдемо поправочні коефіцієнти C5 і C2_. Значення ₁=s₁/d=125/50=2,5; ₂=75/50=1,5.

Для цих умов: C_s= [l +(2 2,5-3)(1 -1,5/2)³]^-2 =0,940.

При z2=10 значення Cz = 1.

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від продуктів згоряння до труби при швидкості 10 м/с по (6.11)

= 0,2 0,940 1,0 ( )^0,65 0,615^0,33 = 66,2 10^-3 кВт/(м² К).

Те ж при швидкості 25 м/с: _до = 120,11 10-3 кВт/(м2 К).3. Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією для шахових пучків.

Знайдемо поправочні коефіцієнти Cs і Cz:

₁ =2,5; ₂ =75/50= 1,50; = 1,953;

=(2,5-1)/(1,953-1)= 1,574;

Cs = 0,34 -1,5740,1 =0,356;

Cz= 1,0, оскільки z2 = 10.

Коефіцієнт тепловіддачі від продуктів згорання до труби при швидкості 10 м/с по (6.10)

_до = 0,3566 1,00 (( )) 0,61480,33=

= 82,99 10-3 кВт/(м² К).

Те ж при швидкості 25 м/с: _до = 143,77 10-3 кВт/(м² К).

Таким чином, перехід від коридорного до шахового пучка труб підвищує коефіцієнт тепловіддачі конвекцією в 1,25 рази при швидкості газів 10 м/с і в 1,20 раз при швидкості газів 25 м/с.

Приклад 6.7. Як зміниться коефіцієнт тепловіддачі _до при збільшенні кількості рядів труб по ходу газів з 5 до 10? Прийняти: wг=10м/с; d= 32 мм; s1 ₌120мм; s2 = 50 мм; середню температуру = 800ºС; парціальний тиск водяної пари rн2о= 0,100; розташування труб пучково-шахматне.

Рішення. 1. Визначимо фізичні параметри згорання з табл. П9 додатки для продуктів згорання середнього складу:

' = 9,1528 ∙10 ^-5 кВт/(м∙С); v1= 126,00 10^-6 м²/с; Pr1 =0,59.

По мал. П4 додатку поправки Mv= 1,0; М = 0,991 і МРг = 0,992. З урахуванням поправок одержуємо

= 9,1528 10 ^-5 0,991 = 9,077 10^-5кВт/(м² К);

v= 126,00 10^-6 1,0= 126,00 10^-6 м²/с; Pr = 0,599 0,992=0,585.

2.Знайдемо поправочні коефіцієнти Cs і Сz Відносні кроки труб:

= 120/32 = 3.75; ₂ = 50/32= 1,562;

'₂ = = 2.44; = (3,75- 1)/(2,44 - l)= 1,910;

Сs= 0,34-1,9100,1 = 0,363.

При z2=10, Cz=1,0; при z2 = 5 Cz = 4 50,02-3,2 = 0,931.

3.Коефіцієнт тепловіддачі _до в початковому варіанті (z2 = 5) по (6.10):

=88,55 10^-3 кВт/(м² К)

; =88,55 =95,11 10^-3кВт/(м² К)