Інтенсифікація радіаційного і конвективного теплообміну
Аналіз основного рівняння радіаційного теплообміну показує, що збільшення питомого теплового навантаження радіаційної поверхні може бути досягнуте в основному підвищенням адіабатної температури горіння. В меншій мірі на ефективність радіаційного теплообміну впливає температура продуктів згорання на виході з топки і коефіцієнт теплової ефективності поверхонь нагріву екранів і ширм. Підвищення адіабатної температури горіння даного палива можливе шляхом зниження коефіцієнта надлишку повітря, зменшення втрат від хімічного недопалу і підвищення температури повітря, яке використовується для спалювання палива.
Підвищення температури повітря можливе в межах, які обмеженні техніко-економічними умовами розподілу теплосприйняття в елементах котла, надійністю роботи повітропідігрівача і механічних топок при шаровому спалюванні палива. Рекомендовані температури підігріву повітря, виходячи з цих положень, приведені в [Тепловий розрахунок котельних агрегатів (Нормативний метод)]. Температура продуктів згорання на виході з топки значною мірою визначає загальні техніко-економічні характеристики котла, зокрема надійність і безперебійність його роботи. При спалюванні твердого палива підвищення температури продуктів згорання на виході з топки лімітується умовами шлакування поверхонь нагріву екранів і розташованих за топкою поверхонь нагріву. При спалюванні мазуту і газу температура продуктів згорання на виході з топки визначається раціональним розподілом теплосприйняття радіаційних і конвективних поверхонь нагріву.
Коефіцієнт теплової ефективності може бути підвищений за рахунок збільшення кутового коефіцієнта х поверхні нагріву, зокрема, шляхом використання двосвітних екранів і ширм, а також за рахунок підтримання чистими поверхонь нагріву при систематичному їх очищенні від забруднень обдуванням або за рахунок механічної дії на труби.
Інтенсифікація конвективного теплообміну, як видно з виразів для визначення коефіцієнтів тепловіддачі, можлива шляхом підвищення швидкості теплоносія, і в першу чергу продуктів згорання, а також зменшенням діаметру труб d або діаметру еквівалентного каналу dк. При цьому коефіцієнт конвективної тепловіддачі αк зростає пропорційно швидкості газів в степені 0,6-0,8 і обернено пропорційно до визначального розміру d в степені 0,4-0,2 залежно від розташування труб по відношенню до потоку газів. Відповідно скорочуються необхідні конвективні елементи котла. Проте при підвищенні швидкості газів має місце збільшення аеродинамічного опору поверхні нагріву, яке пропорційне квадрату швидкості газів, і відповідно підвищення витрати електроенергії на тягу. В зв'язку з цим виникають економічно доцільні межі підвищення швидкості газів, які лімітуються також (при спалюванні твердого палива) умовами зношення поверхонь нагріву.
Широко використовується другий шлях підвищення ефективності конвективної теплопередачі - зменшення діаметру труб і еквівалентних каналів. При зменшенні діаметру труб аеродинамічний опір трубних пучків при незмінній швидкості газів навіть дещо зменшується. Зменшення діаметру труб, які використовуються для конвективних поверхонь нагріву, є однією з характерних тенденцій розвитку конструкцій котлів.
Тема 7. Гідродинаміка котла. Умови надійної роботи елементів котла. Режим, структура і характеристика потоку робочого тіла. Характеристика випарних систем. Гідродинаміка котлів з природною циркуляцією, прямоточних котлів, котлів з багатократною примусовою циркуляцією, водогрійних котлів, економайзера, пароперегрівача