Процеси теплообміну в суднових парових котлах

1.

Процеси теплообміну в
суднових парових котлах

2.

процеси теплообміну котлі
теплопередача (що нагріває)
середовище
продукти згоряння
(димові гази)
Теплосприймаючої
(що нагріває) середовище
вода, пароводяна
суміш, насичиний пар,
перегріта пара, повітря
1

3.

МЕХАНІЗМ ПЕРЕНЕСЕННЯ ТЕПЛОТИ
Випромінювання
Теплопровідність
Конвекция
2
Передача енергії від одного тіла до іншого за допомогою
електромагнітних випромінювань в певному діапазоні
довжин хвиль. Процес випромінювання є результатом
внутрішньо молекулярних процесів. У топці котла
джерелами випромінювань є продукти реакції окислення
горючих складових палива.
Перенесення теплоти всередині тіла (в тому числі в газах і
рідинах) від більш нагрітої частки до менш нагрітої. У
газах це відбувається внаслідок броунівського руху
молекул, в твердих і рідких тілах - завдяки передачі енергії
за допомогою вільних електронів. Рушійною силою
теплопровідності є різниця температур окремих шарів тіла
(температурне поле).
Перенос теплоты движущимся теплоносителем путем
перемещения макрообъемов жидкой или газообразной
среды к холодной поверхности твердого тела.

4.

3
Схема перенесення теплоти в топці
котла випромінюванням
а)
б)
а) схема довжин променів від джерел 1 і 2 в топці ;
б) графічна інтерпретація товщини шару випромінювання, що дорівнює середній довжині променя
Товщина випромінюючого шару
s т 3,6
Vт - об’єм топки, який випромінює, м3;
Fт - площадь стін окружающих топку, м2
l
Vт
,
Fcт

5.

4
Схема переноса теплоты в топке котла
а)
б)
а) випромінюванням; б) конвекцією :
qп, qи, qоб – теплові потоки (падаючий, власного випромінювання і зворотний);
wг – швидкість руху макрооб'ємів теплоносія біля стінки;
– товщина прикордонного шару;
Qк = Qтп – тепловіддача конвекцією до прикордонного шару (дорівнює теплопереносу
теплопровідністю через прикордонний шар)

6.

5
Випромінювання твердої дисперсної фази факела спільно з випромінюванням трьохатомних
газів визначають ступінь чорноти і поглинаючу здатність продуктів згоряння. Ступінь чорноти
мазутного факела умовно розділяється на світяться і не світяться частини:
аф тасф 1 т аг ,
де асв, аг – ступінь чорноти факела відповідно світяться і не світяться частини (газів). Коефіцієнт
т показує, яку частину обсягу топки займає факел, який світиться.
Ступінь чорноти частини факела, який світиться
асф 1 ехр kсф pг sт ,
де kсв – ефективний коефіцієнт ослаблення променів частини факела, який світиться ,
рг – тиск газів в топці , МПа;
sт – ефективна товщина випромінюючого шару , м.
Ефективний коефіцієнт ослаблення променів частини факела, який світиться
kсф kс kг rп ,
де kс, kг – коефіцієнт ослаблення променів сажистими частинками і газовим
,
rсередовищем
– сумарна об'ємна
частка трьохатомних газів .
п
1
;
м МПа
1
;
м МПа

7.

Ступінь чорноти (газового середовища) частини факела, який
не світиться
аг 1 exp kг рп sт ,
де рп – сумарний парціальний тиск трьохатомних газі , МПа.
Ступінь чорноти топкової камери ат визначається ступенем чорноти факела аф і
коефіцієнтом теплової ефективності екрану
ат
аф
аф 1 аф
.
Середній поглинений екранною поверхнею променистий потік
4
Т
qл 0 ат эф ,
100
де Тэф – середня ефективна температура газового середовища в котельній камері ,
К.
6

8.

7
Падаючий тепловий потік , Вт/м2
4
Т
qп аф σ о ф ,
100
де аф – ступінь чорноти факела;
о=5,67 10-8 – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла , Вт/(м2 К4);
Тф – температура факела, К.
Відбитий qo і випромінюванні теплові потоки qи складають ефективний потік qэф
qэф qо qи .
Кутовий коефіцієнт екрану х визначає частку падаючого теплового потоку на
екранну поверхню:
x
qп
,
qп qпт
де qп – падаючий тепловий потік , кВт/м2;
qпт – випромінюваний від стінок топки на тильну сторону екрану тепловий потік, кВт/м2.
Цілком зайнятий поверхнею нагріву променистий потік
qл qп qэф ,

9.

Коефіцієнтом теплової ефективності екрану
ψэ
qл
qп
Коефіцієнт забруднення, що враховує зниження теплосприй
екрану внаслідок забруднення
4
Т нз
,
ζ 1
Т
ф
де Тнз – температура зовнішнього шару забруднення екранів температура зовнішнього
шару забруднення екранів , К;
Тф – середня температура факела , К
Промінесприймаюча поверхня екрану
H л хFстэ
де Fстэ – площа поверхні стін топки, зайнята екраном , м
Ступінь екранування топки
χ
Hл
,
Fст
де Fст – повна площа поверхні стін топки , м2.
8

10.

9
Теплова напруга топкового обсягу (об'ємна щільність теплового потоку), кВт/м3,
BQ нр
qV
,
Vт
де В – витрати палива , кг/с;
Qнр – теплота згоряння палива , кДж/кг;
Vт – об’єм топки , м3.

11.

Для розрахунку теплообміну в топці
використовують два основних рівняння:
теплопередачі (відповідно до закону СтефанаБольцмана) і теплового балансу
Qл Qвт I зт ,
Qл ат 0 Н л Т ср4 Т ст4 ,
ат – ступінь чорноти топки ;
0
=5,67 10–8
Вт/(м2 К4)
10
–
коефіцієнт
випромінювання абсолютно чорного тіла ;
Нл – промінесприймаюча поверхня нагріву , м2;
Тср – середня за обсягом температура факела , К;
Тст – температура зовнішнього шару забруднень на
стінках промінесприймаючий поверхні , К;
Qвт – корисне тепловиділення в топці , кВт;
Івт – ентальпія газів на виході з топки , кДж/кг;
– коефіцієнт збереження теплоти .
Qвт I зт Vг сг Т а Т зт ,
Vг – обсяг продуктів згоряння , м3;
сг – ізобарна теплоємність продуктів
згоряння в топці , кДж/(м3 К);
Та – адіабатне температура горіння
палива , К;
Тзт – середня температура продуктів
згоряння на виході з топки , К.

12.

11
Температура газів на виході з топки
tзт 273
Bo 0,6
θ зт
,
t а 273 Maт0,6 Bo 0,6
Критерій Больцмана
Bo
ВрVг сср
0 Н лТ а
,
Температура газів на виході з топки
Т зт
Та
σ о ψ э Fст атТ
М
В V с
р г ср
3
а
.
0,6
1