Передача теплоты в котлах
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, расположенным в топке или обращенным в топку, за счет излучения от факела и раскаленной обмуровки. Существенное значение при этом имеет размещение горелок 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 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 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. В связи с тем, что данный процесс происходит именно таким образом, поверхности нагрева такого типа получили название конвективные. 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.
Содержащиеся в воде примеси при определенных условиях откладываются в виде слоя накипи или выпадает в осадок в виде рыхлой массы — шлама. Накипь в зависимости от состава солей жесткости может быть: плотной и трудно удаляемой, при повышенном содержании солей кремния; рыхлой, при значительном содержании сульфата кальция; легко удаляемой, при наличии в воде карбоната кальция и магния. Коэффициенты теплопроводности накипи и сажи во много раз ниже, чем у стали и чугуна.
В завершение статьи хотелось бы отметить такой важнейший для работы котла показатель, как рабочее давление пара. Рабочее давление пара — это давление пара непосредственно за пароперегревателем или, при его отсутствии, на выходе из котла при расчетных режимах. Рабочее давление воды — максимально допустимое давление воды на выходе из водогрейного котла при нормальном протекании рабочего процесса. Минимальное рабочее давление воды — минимально допустимое давление воды на выходе из котла, при котором обеспечивается номинальное значение недогрева до кипения. Номинальное давление пара — наибольшее допустимое давление за пароперегревателем, а при его отсутствии — перед паропроводом к потребителю при номинальной паропроизводительности. Номинальная температура питательной воды — температура, которая должна обеспечиваться перед входом в экономайзер, а при его отсутствии — в барабан котла при номинальной производительности.
