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为什么锅炉设计时,总是使烟气横向冲刷过热器、再热器和省煤器等对流受热面的管束?

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2017-06-09

以吸收对流传热为主的受热面称为对流受热面,再热器、省煤器和大部分过热器均是对流受热面。对流受热面烟气侧的放热系数比管内蒸汽侧或水侧的放热系数小得多,对流受热面的传热热阻主要在烟气侧。为了提高对流受热面的传热系数,应该提高烟气侧的放热系数。烟气侧放热系数的大小主要决定于烟气流速和烟气冲刷受热面管子的方式。

当流体流过管束时,如果流动方向与管子的轴线垂直,称为“横向冲刷”;如果流动方向与管束的轴线相平行称为“纵向冲刷”。

当流体流过壁面时会在壁面上形成层流底层,层流底层的厚度与流体的速度有关。流体速度高时层流底层的厚度小,反之则厚度大。

在层流底层内,由于各层流体间互相不惨混,沿层流底层厚度方向的热量传递依靠流体的导热。除水银或高温下呈液态的金属外,大多数流体的导热系数很小,所以传递的热量在穿过层流底层时要克服很大的热阻。一旦热量穿过层流底层后,热量很快就被层流底层外的紊流微团传递走。因此,对大多数导热系数小的流体,放热系数的大小决定于层流底层的厚度。

当流体横向冲刷管束时,因流体流过曲面的前半部,产生的扰动较大,在管束的后半部形成漩涡,管束外的层流底层短而薄,所以热阻较小,放热系数较高。

当流体纵向冲刷管束时,因流体的流动方向与管束的轴线相平行,流动截面没有变化,扰动小,也不存在涡流,管束外层流底层长而厚,所以热阻较大,放热系数较低。

通常烟气横向冲刷管束的放热系数约为纵向冲刷的二倍。烟气斜向冲刷管束时,可以分解成横向冲刷和纵向冲刷两部分。所以,斜向冲刷时的放热系数介于横向冲刷和纵向冲刷之间。

因为横向冲刷管束的放热系数比纵向冲刷的高约一倍,所以设计锅炉时总是使烟气横向冲刷过热器、再热器和省煤器等对流受热面的管束,以提高烟气侧的放热系数,强化传热,达到节省对流传热面面积的目的。

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