- •11.1 Природа теплового излучения
- •11.2 Основной закон теплового поглощения
- •11.3 Закон Планка и закон Вина
- •4 Закон Стефана-Больцмана
- •11.5 Закон Кирхгофа
- •11.6 Закон Ламберта
- •11.7 Теплообмен излучением между твердыми телами
- •11.7.1 Параллельные пластины
- •11.7.2 Теплообмен излучением между телами, одно из которых находится внутри другого
- •11.7.3 Теплообмен излучением между произвольно расположенными телами
- •11.7.4 Экраны
- •11.8 Излучение газов
- •11.9 Сложный теплообмен
- •11.10 Теплообмен в котельных топках
11.9 Сложный теплообмен
Обычно передача теплоты от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой происходит через разделительную стенку.
При этом в передаче теплоты одновременно участвуют все виды теплообмена – теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплообмен, учитывающий все виды теплообмена, называют сложным теплообменом.
Количественной характеристикой процесса теплообмена от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю является коэффициент теплоотдачи.
α1 = αк1 + αи1; α2 = αк2 + αи2.
Причем коэффициенты αк1 и αк2 учитывают передачу теплоты теплопроводностью и конвекцией, а αи1 и αи2 – передачу теплоты излучением.
В этом случае уравнение коэффициента теплопередачи для плоской стенки принимает вид: , Вт/м2 К.
11.10 Теплообмен в котельных топках
Сгорание топлива в топочных устройствах сопровождается образованием газов с высокой температурой, которые могут передавать излучением большое количество теплоты. Поэтому роль лучистого теплообмена в топках современных котлов весьма велика и общая передача теплоты излучением на стенки котельных труб составляет 50 % и более от всей теплоты, выделяемой сгораемым топливом.
Лучистый теплообмен по своей интенсивности в современных котлах во много раз превышает конвективный теплообмен из-за организации в них незначительной скорости газов, для максимального использования их теплоты.
Процесс эффективного излучения и конвективного теплообмена происходит в топках котлов одновременно с процессом горения топлива, что значительно усложняет изучение и расчет теплообмена в топках котлов.
Основным в расчете топки котла является определение температуры дымовых газов на выходе из нее.
Современная отечественная наука котлостроения пользуется нормативным методом расчета теплового баланса котла («Тепловой расчет котельных агрегатов»), который разработан в 1957 г. и в основном не отвечает потребностям проектирования котлов малой и средней мощности.
Можно использовать для расчетов продуктов сгорания на выходе из топки сравнительно несложную формулу:
(11.60)
где Θ1 = Тг"/Тт – безразмерная температура дымовых газов на выходе из топки;
Θ2 = Тст/Тг" – безразмерная температура котельной стенки;
Тг" – искомая температура дымовых газов на выходе из топки, К;
Тт – теоретическая температура горения топлива, К;
Тст – температура стенок топки, К;
ε – условный коэффициент черноты излучения в топочной камере, учитывающий все особенности теплообмена излучением движущейся, горящей и излучающей среды, усреднение температуры и конвективный теплообмен со стенками;
Кт – топочный критерий.
, (11.61)
где Fл – тепловоспринимающая поверхность стенок топки, м2;
В – часовой расход топлива, кг/час;
Vг – количество получаемых продуктов сгорания, м3/кг;
С'т.г – Средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания в интервале температур Тт – Тг".
Условный коэффициент черноты излучения должен учитывать конструктивные формы топки, способы сжигания топлива в ней, особенности расположения излучающих поверхностей, характер движения газов. Для топок промышленных котлов принимают ε ≈ 0,85.