Закон передачи энергии в радиантной части печи

11 Лучистый теплообмен в радиантной камере

В трубчатых печах основная часть тепла (85…90 %) передается нагреваемому продукту в радиантной камере излучением.

Лучистая энергия Е, попадающая на тело, частично поглощается (Еп), частично отражается (Ео), а частично проходит сквозь тело (Епр). Поглощенная лучистая энергия увеличивает внутреннюю энергию тела, что ведет к повышению его температуры.

(11.2)

Тело, поглощающее всю падающую на него энергию теплового излучения, называется абсолютно черным. Для такого тела Еп/Е = 1. К абсолютно черным можно отнести сажу, которая поглощает 90…96 % теплового излучения.

Тело, отражающее все падающее на него излучение, называется абсолютно белым. Для такого тела Ео/Е = 1. К абсолютно белым можно отнести твердые тела с зеркальной поверхностью.

Тело, для которого Епр/Е = 1, называется абсолютно прозрачным (дитермичным). К таким телам относятся почти все газы (кислород, азот, водород и т.п.), кроме многоатомных (окись и двуокись углерода СО и СО2,сернистый газSO2, водяной пар Н2О и др.).

Тела, поглощающие лишь часть подающей на них лучистой энергии, называются серыми. К таким телам относятся строительные материалы, металлы, кладка и др.

Теплопередачу излучением можно описать (наряду с другими) законами Стефана-Больцмана и Кирхгофа.

В соответствии с законом Стефана-Больцмана энергия, излучаемая 1 м 2 поверхности абсолютно черного тела (плотность излучения) ЕS, пропорциональна абсолютной температуре Т в четвертой степени, т.е.

Вт/м 2 . (11.3)

Для серых тел плотность излучения

Вт/м 2 . (11.4)

В этих выражениях СSи С – коэффициенты излучения абсолютно черного (СS= 5,67 Вт/(м 2 К 4 ) и серого тел.

В соответствии с законом Кирхгофа отношение излучаемой (Е) и поглощаемой (А) серым телом энергии не зависит от его природы и равно энергии излучения абсолютно черного тела, т.е.

(11.5)

Из уравнения 11.5 следует, что тело с низкой излучательной способностью мало поглощает лучистую энергию.

Излучение газов существенно отличается от излучения твердых тел. При температурных условиях, характерных для трубчатых печей, учитывается излучение только трехатомных газов (СО2;SO2иH2O).

Схему теплопередачи в радиантной камере можно представить так:

факел и дымовые газы являются первичными источниками тепловой энергии. Эта энергия изучением и конвекцией (т.к. имеет место движение дымовых газов) передается трубному экрану поверхностью Fpи неэкранированным стенкам поверхностью Н. Неэкранированные стенки топки, нагреваясь, излучают тепло (вторичный источник тепловой энергии). Таким образом, экран воспринимает прямое и отраженное излучение. Описанная схема теплопередачи изображена на рисунке 11.1.

1 – первичный источник тепловой энергии (факел, дымовые газы)

2 – вторичный источник (обмуровка стен)

Рисунок 11.1 – Схема теплопередачи в радиантной камере

Общее количество тепла Q, воспринимаемое поверхностью экранных труб, можно определить по выражению

где Q1– количества тепла, излучаемого от факела и излучающих

Q2– количество тепла, излучаемое дымовыми газами (многоатомные

Q3– количество тепла, передаваемого конвекцией.

(11.9)

С – коэффициент взаимного излучения;

Т – температура излучающей поверхности;

θ – температура лучепоглощающей поверхности (экранных труб);

φ – угловой коэффициент, зависящий от геометрических размеров

топки и взаимного расположения поверхностей;

ε – степень черноты топочной камеры;

F– поверхность теплообмена.

В уравнениях (11.7-11.9) неизвестными величинами являются С; φ; Т; θ; ε.

Все аналитические методы расчета лучистого теплообмена в радиантной камере базируются на законе Стефана-Больцмана, уравнениях теплового баланса и теплопередачи в топке и отличаются математической записью формул.

Наиболее применим в расчетной практике метод профессора Н.И. Белоконя, в основе которого положено совместное решение уравнений теплового баланса и теплопередачи в топке.

Уравнение теплового баланса топки

Радиантные трубы воспринимают лучистое тепло Qрли небольшое количество тепла, передаваемое конвекциейQрк

Предполагая, что основным теплоизлучающим источником являются топочные газы, в методе Белоконя за температуру Т в уравнении (11.7) принята температура дымовых газов на перевале Тп. Введено также понятие эквивалентной абсолютно черной поверхности НS– такой поверхности, излучение которой при Тправно всему прямому и отраженному излучению, воспринимаемому радиантным экраном. Тогда уравнение (11.7) запишется

Тепло, воспринимаемое радиантными трубами за счет конвекции, определяется по уравнению

(11.13)

Источник

11 Лучистый теплообмен в радиантной камере

В трубчатых печах основная часть тепла (85…90 %) передается нагреваемому продукту в радиантной камере излучением.

Лучистая энергия Е, попадающая на тело, частично поглощается (Еп), частично отражается (Ео), а частично проходит сквозь тело (Епр). Поглощенная лучистая энергия увеличивает внутреннюю энергию тела, что ведет к повышению его температуры.

(11.2)

Тело, поглощающее всю падающую на него энергию теплового излучения, называется абсолютно черным. Для такого тела Еп/Е = 1. К абсолютно черным можно отнести сажу, которая поглощает 90…96 % теплового излучения.

Тело, отражающее все падающее на него излучение, называется абсолютно белым. Для такого тела Ео/Е = 1. К абсолютно белым можно отнести твердые тела с зеркальной поверхностью.

Тело, для которого Епр/Е = 1, называется абсолютно прозрачным (дитермичным). К таким телам относятся почти все газы (кислород, азот, водород и т.п.), кроме многоатомных (окись и двуокись углерода СО и СО2,сернистый газ SO2, водяной пар Н2О и др.).

Тела, поглощающие лишь часть подающей на них лучистой энергии, называются серыми. К таким телам относятся строительные материалы, металлы, кладка и др.

Теплопередачу излучением можно описать (наряду с другими) законами Стефана-Больцмана и Кирхгофа.

В соответствии с законом Стефана-Больцмана энергия, излучаемая 1 м 2 поверхности абсолютно черного тела (плотность излучения) ЕS, пропорциональна абсолютной температуре Т в четвертой степени, т.е.

Вт/м 2 . (11.3)

Для серых тел плотность излучения

Вт/м 2 . (11.4)

В этих выражениях СS и С – коэффициенты излучения абсолютно черного (СS = 5,67 Вт/(м 2 К 4 ) и серого тел.

В соответствии с законом Кирхгофа отношение излучаемой (Е) и поглощаемой (А) серым телом энергии не зависит от его природы и равно энергии излучения абсолютно черного тела, т.е.

(11.5)

Из уравнения 11.5 следует, что тело с низкой излучательной способностью мало поглощает лучистую энергию.

Излучение газов существенно отличается от излучения твердых тел. При температурных условиях, характерных для трубчатых печей, учитывается излучение только трехатомных газов (СО2; SO2 и H2O).

Схему теплопередачи в радиантной камере можно представить так:

факел и дымовые газы являются первичными источниками тепловой энергии. Эта энергия изучением и конвекцией (т.к. имеет место движение дымовых газов) передается трубному экрану поверхностью Fp и неэкранированным стенкам поверхностью Н. Неэкранированные стенки топки, нагреваясь, излучают тепло (вторичный источник тепловой энергии). Таким образом, экран воспринимает прямое и отраженное излучение. Описанная схема теплопередачи изображена на рисунке 11.1.

1 – первичный источник тепловой энергии (факел, дымовые газы)

2 – вторичный источник (обмуровка стен)

Рисунок 11.1 – Схема теплопередачи в радиантной камере

Общее количество тепла Q, воспринимаемое поверхностью экранных труб, можно определить по выражению

где Q1 – количества тепла, излучаемого от факела и излучающих

Q2 – количество тепла, излучаемое дымовыми газами (многоатомные

Q3 – количество тепла, передаваемого конвекцией.

(11.9)

С – коэффициент взаимного излучения;

Т – температура излучающей поверхности;

θ – температура лучепоглощающей поверхности (экранных труб);

φ – угловой коэффициент, зависящий от геометрических размеров

топки и взаимного расположения поверхностей;

ε – степень черноты топочной камеры;

F – поверхность теплообмена.

В уравнениях (11.7-11.9) неизвестными величинами являются С; φ; Т; θ; ε.

Все аналитические методы расчета лучистого теплообмена в радиантной камере базируются на законе Стефана-Больцмана, уравнениях теплового баланса и теплопередачи в топке и отличаются математической записью формул.

Наиболее применим в расчетной практике метод профессора Н.И. Белоконя, в основе которого положено совместное решение уравнений теплового баланса и теплопередачи в топке.

Уравнение теплового баланса топки

Радиантные трубы воспринимают лучистое тепло Qрл и небольшое количество тепла, передаваемое конвекцией Qрк

Предполагая, что основным теплоизлучающим источником являются топочные газы, в методе Белоконя за температуру Т в уравнении (11.7) принята температура дымовых газов на перевале Тп. Введено также понятие эквивалентной абсолютно черной поверхности НS – такой поверхности, излучение которой при Тп равно всему прямому и отраженному излучению, воспринимаемому радиантным экраном. Тогда уравнение (11.7) запишется

Тепло, воспринимаемое радиантными трубами за счет конвекции, определяется по уравнению

(11.13)

Источник

Читайте также:  Из какого кирпича класть печь барбекю
Оцените статью
Строймонтаж