Теплообмен излучением в топке котла

В общем случае теплообмен в топке происходит излучением и конвекцией. Доминирует в этом процессе теплообмен излучением, который может составлять 90% и более от общего количества выделяющейся теплоты. Теплообмен конвекцией в топке в настоящем разделе не рассматривается.

Общее излучение в топке складывается из излучений горящего топлива, газов и обратного излучения тепловоспринимающих и других ограждающих поверхностей котла. Главным в этом процессе является излучение факела или слоя горящего топлива.

Количество теплоты, переданное излучением в топочной камере, подсчитывается по уравнению закона Стефана-Больцмана

Q_л = H_л ·ξ ·ε _Т ·{[(υ _a + 273)/100]⁴ - [(υ _ст + 273)/100]⁴},

где H_л – полная лучевоспринимающая поверхность в топочной камере, м² , ξ – коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия поверхностей из-за их загрязнений (например, золой), ε _Т - интегральный коэффициент излучения топки, υ _a – теоретическая (адиабатная) температура горения топлива, °С, υ _ст – температура лучевоспринимающей поверхности нагрева топки, °С.

Для распространенных на практике камерных топок интегральный коэффициент излучения

ε _Т = ε _ф / [ε _ф +(1- ε _ф) ·ψ _ср],

где ε _ф - интегральный коэффициент излучения факела, ψ _ср – средний коэффициент тепловой эффективности поверхности нагрева.

Интегральный коэффициент излучения факела зависит от вида сжигаемого топлива, конструкции горелки и экранных поверхностей топочной камеры и других факторов. Методы расчета ε _ф будут рассмотрены в специальной дисциплине «Котельные установки и парогенераторы».

В топках котлов образуются дымовые газы, состоящие из N₂, CO₂, SO₂, O₂, H₂O и др. при температурах 2000-2500 К. Трех - и многоатомные газы, к которым относятся углекислый, сернистый газы и водяной пар обладают значительной излучательной и поглощательной способностями. Одно - и двухатомные газы, наоборот, совсем не излучают и не поглощают теплоту, они прозрачны для теплового излучения. К ним относятся азот и кислород.

Количественная разница в излучении CO₂ и SO₂ мала, а содержание SO₂ в дымовых газах невелико, поэтому при расчете излучения газов в топочной камере их содержание учитывается общим содержанием
3 - атомных газов RO₂.

По сравнению с излучением твердых тел, которые излучают тепловую энергию только с поверхности, излучение газов осуществляется всем объемом газа.

Излучательная и поглощательная способности газов, как показали эксперименты, зависят от их температуры, толщины газового слоя, парциального давления газов и их плотности.