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 = α_к1 + α_и1; α₂ = α_к2 + α_и2.

Причем коэффициенты α_к1 и α_к2 учитывают передачу теплоты теплопроводностью и конвекцией, а α_и1 и α_и2 – 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 = Т_г"/Т_т – безразмерная температура дымовых газов на выходе из топки;

Θ₂ = Т_ст/Т_г" – безразмерная температура котельной стенки;

Т_г" – искомая температура дымовых газов на выходе из топки, К;

Т_т – теоретическая температура горения топлива, К;

Т_ст – 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;

К_т – топочный критерий.

, (11.61)

где F_л – тепловоспринимающая поверхность стенок топки, м²;

В – часовой расход топлива, кг/час;

V_г – количество получаемых продуктов сгорания, м³/кг;

С'_т.г – Средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания в интервале температур Т_т – Т_г".

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.