3 Тепловой расчет топочной камеры

Расчет топочной камеры может быть выполненным поверочным или конструктивным методом.

При поверочном расчете должны быть известны конструктивные данные топки. При этом расчет сводится к определению температуры газов на выходе из топки θ”_Т. Если в результате расчета θ”_Т окажется значительно выше или ниже допустимой, то её необходимо изменить до рекомендуемой за счет уменьшения или увеличения лучевоспринимающих поверхностей нагрева топки Н_Л.

При конструкторском расчете топки используется рекомендуемая температура θ”, исключающая шлакование последующих поверхностей нагрева. При этом определяется необходимая лучевоспринимающая поверхность нагрева топки Н_Л, а так же площадь стен F_СТ, на которых должны быть возмещены экраны и горелки.

Для выполнения теплового расчета топки составляет её эскиз. Объём топочной камеры V_Т; поверхность стен, ограничивающих объём F_СТ; площадь колосниковой решетки R; эффективную лучевоспринимающую поверхность нагрева Н_Л; степень экранирования Х определяют в соответствии со схемами рис.1. Границами активного

топочного объема V_Т являются стены топочной камеры, а при наличии экранов – осевые плоскости экранных труб. В выходном сечении её объем ограничивается поверхностью, проходящей через оси первого котельного пучка или фестона. Границей объема нижней части топки являются пол. При наличии холодной воронки за нижнюю границу объёма топки условно принимается горизонтальная плоскость, отделяющая половину высоты холодной воронки.

Полная поверхность стен топки F_ст вычисляется суммированием всех боковых поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры и камеры сгорания.

Площадь колосниковой решетки R определяется по чертежам или по типоразмерам соответствующих топочных устройств.

Задаемся

t΄_вых=1000°C.

Рисунок 1. Эскиз топки

Площадь каждой стенки топки, м²

Полная поверхность стен топки F_ст, м²

++

Лучевоспринимающая поверхность нагрева топки Н_л, м², рассчитыва­ется по формуле

где F_плX - лучевоспринимающая поверхность экранов стены, м²; F_пл=bl - площадь стены, занятой экранами. Определяется как произведение рас­стояния между осями крайних труб данного экрана b, м, на освещенную длину экранных труб l, м. Величина l определяется в соответствии со схемами рис.1 [1].

X - угловой коэффициент облучения экрана, зависящий от относительного шага экранных труб S/d и расстояния от оси экранных труб до стенки топки (номограмма 1 [1]).

Принимаем Х=0,86 при S/d=80/60=1,33

Степень экранирования камерной топки

Эффективная толщина излучающего слоя топки, м

Передача тепла в топки от продуктов сгорания к рабочему телу происходит в основном за счет излучения газов. Целью расчета теплообмена в топке является определение температуры газов на выходе из топки υ”_т по номограмме. При этом необходимо предварительно определить следующие величины:

М, а_Ф, В_Р×Q_Т/F_СТ, θ_теор, Ψ

Параметр М зависит от относительного положения максимальной температуры пламени по высоте топки Х_Т.

Для камерных топок при горизонтальном расположении осей горелок и верхнем отводе газов из топки:

Х_Т=h_Г/h_Т=1/3 [5, табл 3]

где h_Г – высота расположения осей горелок от пола топки или от середины холодной воронки; h_Т - общая высота топки от пола или середины холодной воронки до середины выходного окна топки или ширм при полном заполнении ими верхней части топки.

При сжигании мазута:

М=0.54-0.2Х_Т=0,54-0,2·1/3=0,5

Эффективная степень черноты факела а_Ф зависит от рода топлива и условий его сжигания.

При сжигании жидкого топлива эффективная степень черноты факела:

a_Ф=m×а_св+(1-m)×а_г=0,55·0,64+(1-0,55)·0,27=0,473

где m=0,55 – коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма; q_V – удельное тепловыделение на единицу объёма топочной камеры.

В промежуточных значениях q_V величина m определяется линейной интерполяцией.

а_г, а_св – степень черноты, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами. Величины а_св и а_г определяются по формулам

а_св=1-е^{-(Кг×Rn+Кс)РS}=1-е^{-(0.4·0.282+0.25)·1·2,8}=0.64

а_г=1-е^{-Кг×Rn×РS}=1-е^{-0,4·0,282·1·2,8}=0,27

где е – основание натуральных логарифмов; к_r – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, определяется по номограмме с учетом температуры на выходе из топки, способа размола и вида сжигания; r_n=r_RO2+r_H2O – суммарная объёмная доля трёхатомных газов (определяется по табл.1.2).

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

К_r=0.45(по номограмме 3[5])

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, 1/м²×кгс/см²:

0,03·(2-1,1)(1,6·1050/1000-0,5)·83/10,4=0,25

где а_т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки;

С^Р и Н^Р – содержание углерода и водорода в рабочем топливе ,%.

Для природного газа С^Р/Н^Р=0.12∑m×C_m×H_n/n.

Р – давление в топке, кгс/см²; для котлов без наддува Р=1;

S – эффективная толщина излучающего слоя, м.

При сжигании твердых топлив степень черноты факела а_Ф находят по номограмме, определив суммарную оптическую величину К×Р×S,

где Р – абсолютное давление (в топках с уравновешенной тягой Р=1 кгс/см²); S – толщина излучающего слоя топки, м.

Тепловыделение в топки на 1 м² ограждающих ее поверхностей нагрева, ккал/м²ч:

q_v=

Полезное тепловыделение в топке на 1 кг сжигаемого топлива, нм³:

где Q_в– тепло, вносимое воздухом в топку (при наличии воздухоподогревателя) , ккал/кг:

Q_B=(a_т-∆a_т-∆a_пп)×I⁰_в+(∆a_т+∆a_пп)×I⁰_хв=

=(1,1-0,1)·770+0,1·150=785

где ∆а_т– величина присоса в топке;

∆а_пп – величина присоса в пылеприготовительной системе (выбирают по таблице). ∆а_пп = 0, т.к. мазут.

Энтальпии теоретически необходимого количества воздуха Ј⁰_г.в=848,3 ккал/кг при температуре за воздухоподогревателем (предварительно принятой) и холодного воздуха Ј⁰_х.в. принимают по таблице 1.3.

Температура горячего воздуха на выходе из воздухоподогревателя выбирается для мазута – по таблице 3, t_{гор. в-ха}=250^○С.

Теоретическую температуру горения υ_теор=1970°C определяют по таблице 1.3 по найденному значению Q_т.

Коэффициент тепловой эффективности экранов:

где Х – степень экранирования топки (определена в конструктивных характеристиках); ζ – условный коэффициент загрязнения экранов.

Условный коэффициент загрязнения экранов ζ для мазута равен 0,55 с открытыми гладкотрубными экранами.

Определив М, а_Ф, В_Р×Q_T/F_CT,υ_теор, Ψ, находят температуру газов на выходе из топки υ˝_т по номограмме 6[5].

При расхождениях в значениях υ”_т менее чем на 50⁰С определенную по номограмме температуру газов на выходе из топки принимают как окончательную. С учетом сокращений в вычислениях принимаем υ"_т=1000°C.

Тепло, переданное в топке излучением, ккал/кг:

где φ – коэффициент сохранения тепла (из теплового баланса).

Энтальпию газов на выходе из топки Ј”_Т находят по таблице 1.3 при а_т и υ”_т видимое тепловое напряжение топочного объёма, ккал/м³ч: