Теплообмен в топках котельных агрегатов.

Расчёт ведётся по критериям подобия с учётом излучения газов ,, а также частиц сажи, топлива или золы. Учитывается также вид пламени :

• Несветящееся(сюда относятся рассмотренные ранее изотермические потоки газов, содержащие,и частицы ) - соответствующие сжиганию газообразных топлив, а также при слоевом и факельно – слоевом сжигании антрацитов и тощих углей.

• Полусветящееся- при камерном сжигании твёрдых топлив бедных летучими ( пары топлив : антрациты и тощие угли )

• Светящееся пламя- при сжигании жидких, а также богатых летучими твёрдых топлив.

Поглощательная способность топочной среды рассчитывается по формуле (3.2.), а именно :

- эффективная длина пути луча - находится по (3.9.) :

- коэффициент ослабления - зависит от вида пламени и от температуры, берётся на выходе из топки и обозначается .

Для несветящегося пламенирассчитывается по (3.7^а) и (3.8.) :

, (3.7^а)

где

Для полусветящегося пламенив расчётеучитывается запылённость и используется формула (3.18.) :

( 3.18. )

- коэффициент ослабления для незапылённого газа;

- эффективное сечение ослабления - по (3.17.) или приближённо по (3.19.).

Для светящегося пламени:

, ( 3.20. )

( Гурвич А. М. , Митор В. В. )

где - давление в топке ,

В формуле (3.18.)

- концентрация золы в дымовых газах ,

, ( 3.21. )

где

- зольность рабочей массы топлива , % ;

- объём продуктов сгорания , ;

- доля золы, уносимой вместе со сгоревшим топливом .

Для пылеугольных топок с сухим шлакоудалением ;

Для пылеугольных топок со шлаковыми воронками ;

Для шахтно – мельничных топок ;

Для сжигания сланца .

В формуле (3.20.) величина настолько велика ( при), что будучи умноженной напозволяет принятьи поглощательная способность газа.

Основная формула для расчёта теплообмена излучением в топке ( Гурвич , 1950г. ) :

( 3.22. )

Эту формулу связывают критерии :

- критерий Больцмана; ; а также ( после раскрытия) оптимальная плотностьи геометрические характеристикии;- температура газа на выходе из топки ( адиабатическая температура, т.е. температура горения в условиях без внешнего теплообмена ) ;- теоретическая температура, но с учётом избытка воздуха, подаваемого на горение .

Формула (3.22.) справедлива при , т.е. при.

- степень черноты топки ( а не поглощательная способность топочной среды - ) .

В расчёте температуры горения используется баланс потоков тепла, который сводится к равенству :

, где

- полезное тепловыделение в топке ;

- тепловой поток, уходящий из топки с дымовыми газами, который затем поступает в зону теплообмена.

В расчёте учитывается теплота сгорания, теплопоступление с топливом, с воздухом, а на практике учитываются различного рода нежелательные теплопотери, делающие топку не полностью адиабатичной.

Адиабатическая зона

Зона теплообмена

В зависимости от того какие величины заданы, расчёт ведётся по формулам :

( 3.23. )

либо :

( 3.24. )

, или- расчетный расход топлива ;

- действительный расход топлива ;

, % - потери тепла от механического недожога.

Для случая газообразного топлива .

- коэффициент сохранения тепла, учитывающий потери тепла от наружного охлаждения ;

, или- среднее значение теплоёмкости продуктов сгорания ;

- коэффициент загрязнения лучевоспринимающих поверхностей.

В случае экранирования стенок топки трубами или пучком труб ( гладкотрубный экран ) равен :

1) при сжигании твёрдых топлив : - для камерного ;- для слоевого

2) для жидких топлив ;- мазут

3) для газообразного топлива

Для всех видов топлив, если используются зашипованные экраны, покрытые хромитовой массой .

- лучевоспринимающая поверхность стен ограждения ,

где

- суммарная площадь стенки, занятая экранами;

- угловой коэффициент.

Для плотно уложенных котельных пучков, а также экранов, закрытых чугунными плитами, и для ошипованных .

В остальных случаях - коэффициент облучённости, который находится из справочных данных( Кутателадзе, Боришанский . Справочник по теплопередаче. М : Энергия, 1959, 204 и 245 ) .

Количество тепла, переданное излучением поверхности :

, или- удельная величина ,

где

- коэффициент сопротивления тепла;

- сумма теплоты сгорания топлива и теплопоступления с воздухом и свежим топливом ;

- теплосодержание газов, уходящих из зоны теплообмена, приведённое к единице массы сгоревшего топлива.

Формулы для инженерных расчётов, полученные на основе (3.23.) и (3.24.) приведены в задачнике Панкратова ( стр. 51 ).

Учитывается поправка :

, ( 3.25. )

, ( 3.26. )

, где

- удельная теплоёмкость.

зависит от положения максимальной температуры в топочном пространстве.

При слоевом сжигании твердых топлив .

При факельном сжигании жидких и газообразных топлив (см. Панкратов - стр. 54).

Особенности расчёта : вычисление .

зависит от эммисионных свойств факела , коэффициентазагрязнения и от геометрических факторови.

- степень экранирования.

Для камерных топок:( 3.27. )

- поверхность стенки, занятая экранами.

Для слоевых топок :( 3.28. )

при , где

- площадь зеркала горения.

- для слоевых топок;

- для камерных топок

- поправка в (3.27.) для слоевых топок.

При равномерном распределении экранов по стенкам камеры для слоевых топок:

( 3.29. )

Для камерных топок:

( 3.30. )

Формула (3.30) справедлива, когда число экранированных плоскостей > 2 .

Если же лучеврспринимающая поверхность расположена в выходной части или занимает выходную часть и одну из стен, то формула (36.30) будет иметь вид :

( 3.31. )

Эта формула получена в предположении, что все экраны размещены на одной стенке.

Далее находим величину :

( 3.32. )

находим из (3.2.) :

- степень заполнения топочного объёма пламени - зависит от вида пламени.

Вид пламени
Несветящееся	1
Светящееся (сажистое пламя жидких топлив)	0,75
Светящееся и полусветящееся пламя твёрдых топлив	0,65

При сжигании смеси топлив берётся для топлива с большей светимостью, а величиныи, входящие в (3.32.) , (3.29.) и (3.30.), берутся для топлива, где эти коэффициенты имеют меньшее значение.

Пример 3.12.

Определить степень черноты факела, образующегося при сжигании антрацита в камерной топке объёмом и с поверхностью стен 287.

Температура газов, покидающих топку ;

Концентрация частиц золы 16 ;

Диаметр частиц ;

Объёмная доля углекислоты 0,045 ;

Объёмная доля водяных паров 0,129 ;

Давление .

Расчёт.

1. Согласно классификации - это полусветящееся пламя, т.к. твёрдое топливо в камерном сжигании.

2. Находим эффективную длину пути луча по (3.9.) :

3. Коэффициент ослабления - по (3.18.) :

- по (3.8.) :

4. Поглощательная способность топочной среды - по (3.2.) :

5.

Пример 3.13.

Выполнит тепловой расчёт топочного устройства.

Дано:

Газообразное топливо.

• Среднее значение удельной ( т.е. приведённой к единице массы топлива) теплоёмкости продуктов сгорания ;

• Полезное тепловыделение в топке (теплота сгорания единицы массы газов) ;

• Коэффициент сохранения тепла ;

• Расчётный расход топлива ;

• Коэффициент положения максимума температуры *⁾;

• Степень экранирования стен топки трубами ;

• Давление ;

• Эффективная длина пути луча ;

• Парциальные давления : ;.

Требуется определить : поверхность, обеспечивающую температуру газов на выходе из топки наменьше, чем на входе , т.е..

Расчёт.

1. При сжигании газообразного топлива, пламя несветящееся, в соответствии с этим принимаем .

Степень заполнения топочного объёма пламенем .

.

2. Находим теоретическую температуру горения :

- энтальпия продуктов сгорания :

_______________________________________________________

*⁾ Мы принимаемпри правильном размещении горелок в камерной топке.

Чем больше, тем лучше .

характеризует положение максимума температуры.

Требуется равномерное распределение горелок, чтобы по всей топке было равномерное распределение тепла.

3. Находим требуемую температуру на выходе из топки :

4. Находим удельное ( т.е. приведённое к единице массы топлива ) количество тепла, переданное излучением :

5. Для несветящегося пламени, согласно рекомендациям перед формулой (3.20.), находим коэффициент ослабления - по (3.7^а) и (3.8.), причём определяющей температурой будет:

6. Поглощающая способность топочной среды - по (3.2.) :

7. Степень черноты топочного пространства - по (3.30.) :

1. По (3.26.) находим :