12. Тепловой расчет топочной камеры.

Задача теплового расчета топочной камеры заключается в определении ее тепловосприятия, размеров необходимой лучевоспринимающей поверхности экранов и объема топки, обеспечивающих снижение температуры продуктов сгорания до заданного значения.

12.1 Определение размеров ТК и размещение горелок.

h_T = 27.17 м - общая высота топки

а = 9.024 м – ширина топочной камеры (из прототипа)

b = 6.656 м – глубина ТК (из прототипа)

h_хв = 3.424 м - высота холодной воронки

h^’_т = 22.23 м - расчетная высота заполняющего топку факела

h_го = 6.6 м - высота газового окна

h_гор = 5.2 м - высота размещения горелок

d˟δ = 60˟6мм – диаметр и толщина экранных труб

S = 64мм – шаг труб (расстояние между осями труб)

b^’ = 0.91 м - образованное скатами экранов шлакоприемное отверстие

b^” = 4.992 м - глубина верхней части ТК за вычетом выступающих ширм

Количество и расположение вихревых горелок.

Вихревые горелки .

Расположение двухъярусное, фронтальное.

Количество: 8 шт.

Диаметр выходной амбразуры горелки: D_a = 0.95 м.

12.2 Расчет размеров топочной камеры.

Следуя таблице 4.1 принимаем предельное тепловое напряжение в сечении топки:

q_f = 4.357 МВт/м²

(При двухярусном фронтальном расположении горелок, т.к. марка угля Каахемское Г, она не относится ни к шлакующим углям, ни нешлакующим, посему, для углей не попадающих ни в одну из категорий, следует принимать q_f как промежуточное значение между шлакующими и нешлакующими.)

Расчетное тепловое напряжение:

= q_f *0.9 = 3.922 МВт/м²

Сечение топки по осям труб экранов, м²:

f_т = a*b = 9.024 * 6.656 = 60.064 м²

Полная высота холодной воронки, м:

h_хв = 0.5*(b-b^’)*tgα = 0.5*(6.656 – 0.91)*tg(50º) = 3.424 м

Предельное допустимое напряжение топочного объема q_v=175 кВт/м³ определяемое по табл. 4.6

Минимально допустимый объем топки:

=

Расчетный объем топочной камеры:

= (3- (3- м³

Где = 1180 ℃ - температура газов на выходе из топки согласно таблице 4.7

Расчетное тепловое напряжение:

= = 154.3 кВт/м³ < q_v =175 кВт/м³, условие выполняется.

Объем верхней половины воронки, м³:

V_хв = (b+(b+b^’)/2)*h_хв*а/4 = (6.656+(6.656+0.91)/2)*3.424*9024/4 = 80.63 м³

Объем верхней части топочной камеры:

Где b^’’= b-0.25*b = 6.656 – 0.25*6.656 = 4.992 м

h_ш = 1.12*h_го = 1.12*6.5 = 7.392 м

V_в.ч = a*b^’’*h_ш = 9.024*4.992*7.392 = 332.993 м³

Тогда объем призматической части топки за вычетом выступающих ширм:

V_пр = V_т^р - V_хв – V_в.ч = 1526.574 – 80.63 – 333.993 = 1112.94 м³

Высота призматической части топки:

= м³

Расчетная высота топочной камеры:

h_т^р = 0.5*h_хв + h_пр + h_ш = 0.5*3.424 + 18.53 + 7.392 = 27.63 м

Расчетная высота факела, заполняющего топку:

h_т^’ = h_т^р – 0.5*h_хв – 0.5*h_го = 27.63 – 0.5*3.424 – 0.5*7.39 = 22.23 м

12.3 Тепловые характеристики ТК.

υ^”_т = 1180℃ (следуя таблице 4.7 для умеренношлакующих каменных углей)

Энтальпия газов на выходе из ТК (по таблице 2.3)

кг

Энтальпия горячего и холодного воздуха (t_гв = 250℃, t_хв = 30℃ )

= с_в*t_гв*V_в⁰ = 1.335 * 250 * = 2346.29 кДж/кг

= с_в*t_гв*V_в⁰ = 1.32 * 30 * = 278.392 кДж/кг

Теплота воздуха:

Q_в = (α_т – Δα_т – Δα_пл)* + (Δα_т + Δα_пл)* (1.20 – 0.08 – 0.04)* 2346.29 +(0.08+0.04)* 278.392 =2545.132 кДж/кг

Полезное тепловыделение в ТК:

₌

Принимаем H_г = Q_т, интерполируем, используя таблицу 2.4, получаем:

υ_а = 1940.6 ℃

Коэффициент сохранения теплоты, учитывающий долю теплоты газов, воспринятую поверхностью нагрева:

φ = 1- = 1-

Удельное тепловосприятие топки:

Q_л = φ*(Q_т - ) = 0.99547*(28946.57 – 16254.125) = 12634.95 кДж/кг

12.4 Расчет теплообмена в однокамерных топках.

X_т =

Где

D_п < 110 кг/с.

Эмпирический коэффициент, при сжигании твердых топлив:

М = 0.59 – 0.5*X_т = 0.59 – 0.5*0.344 = 0.423

Угловой коэффициент экрана:

x = 1 – 0.2( 1 – 0.2(

Условный коэффициент поверхности нагрева, определяемый по таблице 4.8, ξ = 0.45. так как не предусмотрен обдув поверхностей.

ψ = ξ*х = 0.45*0.987 =0.444

Расчетная площадь поверхности стен:

= = 928.06 м³

Эффективная толщина излучающего слоя в ТК:

S = = = 5.922 м

Абсолютная адиабатная температура горения и температура газов на выходе из ТК:

T_a = υ_a + 273.15 = 1940.6 + 273.15 = 2213.75℃

T_т^’’ = + 273.15 = 1180 + 273.15 = 1453.15 ℃

Т_ф = 0.925*(Т_т^’’*Т_а)^0.5 = 0.925*(1453.15*2213.75)^0.5 = 1659.06 ℃

t_ф = 1385.91 ℃

Коэффициент ослабления лучей газовой средой:

k_rr_п = ( = (

Плотность дымовых газов при атмосферном давлении:

ρ_г = 1300 г/м³

По таблице 2.1 μ_зл = 0.0099045

Эффективный диаметр золовых частиц:

d_зл = 16 мкм

k_злμ_зл = = = 0.657

Коэффициент ослабления лучей частицами горящего кокса:

k_к = 0.5

Коэффициент ослабления лучей топочной средой:

k = k_rr_п + k_злμ_зл + k_к = 1.95

Давление газов в топочной камере:

P = 0.1 МПа

Коэффициент излучения факела:

ε_ф = 1 - = = 1 - = 0.685

Коэффициент теплового излучения:

ε_т = = = 0.83

Поверхность стен ТК:

F_ст = = = 923.1 м²

Оценка погрешности:

= = 0.0053 = 0.53% < 10%, что свидетельствует о достижении необходимой точности расчета.

Степень экранирования:

χ = 0.975

Лучевоспринимающая поверхность нагрева:

H_л = F_стχ = 923.1*0.975 = 900 м²

Уточняем высоты призматической части топки.

h_пр*0.975 = 18.53*0.975 = 18.07 м

Общая высота топки в таком случае:

h_т = 0.5*3.424 + 18.07 + 7.392 = 27.17 м

Среднее тепловое напряжение поверхности нагрева топочных экранов:

q_л