Лучистый теплообмен в газоходах котла
Поверхности нагрева, расположенные непосредственно за пределами топочной камеры, омываются высокотемпературными газами и воспринимают значительную часть теплоты за счет лучистого теплообмена. Наибольшей долей лучистого тепловосприятия обладают полурадиационные поверхности: ширмовый пароперегреватель и фестон, расположенные на выходе из топочной камеры и воспринимающие большую долю теплоты прямого излучения из ядра факела.
Лучистую теплоту, получаемую ширмами из топкк Qj-і. ш, определяют как разность между лучистым тепловым потоком на входе в ширмы и потоком переизлучения на последующие поверхности нагрева:
(2л. ш = фл. вх—Сл. вых. (20.36)
Лучистый тепловой поток из топки, воспринятый плоскостью входного сечения ширм, Определяют по результатам теплового расчета топки:
Где р — коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топочной средой и газами в межширмовых объемах; 0=0,б-ь-1,0 для различных видов топлив и температур газов на выходе из топки; Н.т — лучевос - принимающая поверхность входного сечения ширм из топки, м2.
Тепловой поток на выходе из ширм Ол. вых, кДж/кг, складывается из радиационного потока, прошедшего из топки через ширмы (теплота переизлучения), и собственного излучения газового объема в ширмах на последующие поверхности нагрева:
Сл-вы^л-вЛ! +<Гл. ш. С20-38)
Где а — коэффициент теплового излучения газов в зоне ширм; фш — угловой коэффициент с входного на выходное сечение ширм, определяемый геометрическими характеристиками ширм (расстоянием между ширмами и глубиной ширм); Q'Vni — излучение газов из зоны ширм на последующую поверхность нагрева, которое определяют по законам лучистого теплообмена.
Тепловосприятие ширм от газового потока определяется коэффициентом теплоотдачи сц, кВт/(м2-К), который учитывает лучистый и конвективный теплообмен в ширме:
Где — коэффициент использования, учитывающий неравномерность омывания ширм газами.
Прямое излучение из топки в область ширм повышает температуру наружного загрязнения передних рядов труб ширмы и снижает тепловосприятие от омывающего эти трубы газового потока. Это обстоятельство учитывается при расчете коэффициента теплопередачи в ширмах km введением в знаменатель сомножителя (1 + Qa. m/Qm). В результате формула для определения km имеет вид:
Где Qui — полное тепловосприятие ширм за счет конвективного теплообмена и межтрубного излучения газов в зоне ширм.
Для остальных поверхностей нагрева лучистый теплообмен определяется только меж - трубным излучением без учета прямого излучения из топки. Излучательная способность газов определяется их температурой, интенсивностью теплового излучения газового объема, его размерами, а также температурой и коэффициентом теплового излучения наружного загрязнения поверхности нагрева. Коэффициент теплоотдачи излучением в конвективной поверхности нагрева
Где 7Y — средняя температура газов в поверх ности, К; Гн. з — температура наружного загрязнения труб поверхности, К.
Лучистый тепловой поток, воспринятый единицей поверхности нагрева в конвективном газоходе, определяется уравнением расчету межтрубного излучения, и определяют по формуле
Где аг, ав. з — соответственно коэффициенты теплового излучения газовой среды и наружного загрязнения поверхности нагрева (последняя принимается ан. з = 0,8). Показатель степени п = 4 для запыленного потока (при учете излучения золовых частиц) и п=3,6 для чистого газового потока (при сжигании природного газа и мазута). Температуру загрязненной стенки поверхности пароперегревателей определяют по формуле
Тц. З = Т'р. С + (Є + 1/«2>
Где Тр. с — температура рабочей среды (пара), К; Q — полное тепловосприятие поверхности нагрева с учетом межтрубного излучения, кДж/кг.
Как видно, определение температуры Тв.„ требует знания искомой величины — межтрубного излучения. Поэтому решение в этом случае находят последовательным приближением. В остальных поверхностях нагрева, расположенных в области более низких температур газов и тепловых потоков, разница между Тв.3 и Гр. с уменьшается. В этом случае допускается определение Тш з по формуле
В которой значения Дt задаются нормами расчета для различных видов поверхностей нагрева и температурных зон.
Коэффициент теплового излучения газовой среды в общем случае выражается зависимостью Бугера:
Где произведение hps называется суммарной оптической толщиной продуктов сгорания (см. также § 20.2).
Коэффициент ослабления лучей газовой средой при сжигании твердых топлив определяют с учетом концентрации летучей золы по формуле
Для незапыленного потока второе слагаемое равно нулю. В конвективном трубном пакете толщина межтрубного излучающего слоя s зависит от относительных шагов труб Si/d и S2/d [8] и составляет 0,1—0,2 м, что в 20— 50 раз меньше аналогичной величины в топочной камере. Поэтому теплообмен излучением в конвективных пакетах (с учетом снижения температуры газов в газоходах) на два — три порядка ниже, чем в топочной камере. При температуре газов ниже 400°С излучение в плотных пучках труб можно не учитывать.
Более заметной интенсивностью излучения обладают газовые объемы, расположенные перед конвективными пакетами, за счет увеличения эффективной толщины излучающего слоя. В этом случае для пакета, расположенного за газовым объемом по ходу газов, коэффициент теплоотдачи излучением принимают выше, чем по
ГДЄ Ял — коэффициент теплоотдачи, определенный по законам межтрубного излучения; .4 — коэффициент, зависящий от вида сжигаемого топлива; 10б, la — глубина (по ходу газов) газового объема и трубного пакета поверхности нагрева, м; Тк — температура газов в объеме перед пакетом, К.
Теплота, переданная излучением из газового объема на трубный пучок, расположенный до него, незначительна, так как температура газов в объеме ниже, чем средняя в пучке. Поэтому такое излучение не учитывается.