Котлы: передача теплоты в агрегатах
Нагрев воды продуктами сгорания в экранных трубах, котельных пучках, поверхностных экономайзерах и нагрев воздуха в воздухоподогревателях, а также нагрев воды паром или водой в теплообменных аппаратах происходит при совместном действии трех основных форм распространения теплоты. От горячих газов теплота передается излучением и конвекцией наружной поверхности разделительной стенки (труб или чугунных секций). Далее тепловой поток проходит через стенку к внутренней поверхности разделительной стенки (теплопроводность); от внутренних поверхностей теплота передается воде, движущейся с достаточно большой скоростью и хорошо перемешиваемой. Наиболее интенсивной является передача теплоты поверхностям нагрева, которыми оснащены котлы, расположенным в топке или обращенным в топку, за счет излучения от факела и раскаленной обмуровки. Существенное значение при этом имеет размещение горелок, с которыми работают котлы, по высоте и в плане топки, а также форма факела.
Излучающая способность факела зависит от качества подготовки газовоздушной (мазутовоздушной) смеси в горелке, состава продуктов сгорания и температуры факела. Если в топку, которой оснащены котлы, поступает неоднородная смесь, в факеле продолжается процесс смешения и горения; из-за недостатка кислорода в факеле образуются сажистые светящиеся частицы при термическом распаде углеводородов. Излучающая способность газов различна. Кислород, азот, сухой воздух не обладают способностью излучать и поглощать энергию (их называют прозрачными газами), а диоксид углерода, сернистый газ и водяной пар (непрозрачные газы) обладают такой способностью. Степень черноты несветящегося газового факела составляет 0,4, светящегося 0,65, а мазутного 0,75—0,8.
Большое значение для передачи теплоты излучением имеет температура факела. Так, например, при повышении его абсолютной температуры на 10% количество излучаемой теплоты увеличится в 1,14 = 1,46 раза. Улучшению передачи теплоты в топке, которую используют котлы, способствуют вторичные излучатели — устройства, выполненные из огнеупорных материалов: раскаленные решетки, рассекатели, горки из битого кирпича, а также поверхности огнеупорного кирпича, уложенного на поду топки. Ухудшается теплообмен в топке при наличии на поверхностях нагрева сажи или слоя из очень мелких частиц минерального происхождения, имеющих низкую теплопроводность. Вносятся эти частицы в топку вместе с воздухом.
Передача теплоты от продуктов сгорания поверхностям нагрева в газоходах происходит в основном за счет конвекции. Поэтому такие поверхности нагрева, которыми располагают котлы, называют конвективными. Передача теплоты конвекцией зависит от скорости движения, взаимного направления движения и свойств греющей и нагреваемой среды, формы и размеров каналов, состояния поверхностей нагрева и других условий. Интенсивность передачи теплоты конвекцией растет с увеличением скорости потока; лучше передается теплота конвекцией при поперечном, а не продольном движении газов относительно нагреваемых труб. Поэтому одним из теплотехнических недостатков чугунных котлов является продольное омывание газами межсекционных газоходов. Теплообмен в газоходах, отнесенный к 1 м2 площади поверхности нагрева, в 10—12 раз менее эффективен, чем в топке. Поэтому общая площадь конвективной поверхности в несколько раз больше радиационной.
