Практическая работа № 5

Тема: расчет теплообмена в топочных устройствах.

Цель работы: произвести расчет лучевоспринимающей поверхности нагрева топки котлоагрегата.

Теоретическая часть

Теплота, переданная лучевоспринимающим поверхностям топки.

Количество теплоты (кДж/кг, кДж/м³), переданной лучевоспринимающим поверхностям топки, определяется по формуле

Q_л = φ(Q_т – I ^``_т), (50)

где Q_т – полезное тепловыделение в топке, (кДж/кг, кДж/м³); I ^{``</sup><sub>т</sub> - энтальпия продуктов сгорания при температуре υ<sup>``}_т на выходе из топки, (кДж/кг, кДж/м³); φ – коэффициент сохранения теплоты.

Полезное тепловыделение в топке (кДж/кг, кДж/м³) при сгорании 1 кг твердого, жидкого или 1 м³ газообразного топлива

Q_т = Q_р^р [(100 – (q₁ + q₂+ q₃+ q₄+ q₆)) /(100 - q₄)] + Q_в^` + Q_рц – Q_в.вн (51),

где Q_р^р- располагаемая теплота (кДж/кг, кДж/м³); Q_в^` - теплота, вносимая в топку с поступающим холодным или горячим воздухом, (кДж/кг, кДж/м³); Q_рц – теплота рециркулирующих газов, (кДж/кг, кДж/м³); Q_в.вн – теплота, вносимая в топку с воздухом, подогретым вне котлоагрегата, (кДж/кг, кДж/м³); (q₃) – потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %;(q₄) – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %; (q₆) – потери теплоты с физической теплотой шлака, %.

Теплота, вносимая в топку, с поступающим холодным или горячим воздухом:

Q_в^` = (α_т - Δ α_т - Δ α_пл) V^o(с υ)_г.в. + (Δ α_т + Δ α_пл) V^o(с υ)_х.в., (52)

где α_т - коэффициент избытка воздуха в топке; Δ α_т – присос воздуха в топке; Δ α_пл - присос воздуха в приготовительной установке; V^o - теоретический объем воздуха м³/кг, м³/ м³; (с υ)_г.в. и (с υ)_х.в. – энтальпии горячего и холодного воздуха.

Теплота рециркулирующих газов:

Q_рц = V_рцс_рц υ_рц, (53)

где V_рц – объем рециркулирующих газов, м³; с_рц – средняя объемная теплоемкость рециркулирующих газов, кДж/м³К; υ_рц – температура рециркулирующих газов, ° С.

Теплота, вносимая в топку с воздухом, подогретым вне котлоагрегата, (кДж/кг, кДж/м³):

Q_в.вн = α_т V^o с_рв^` Δ t_в , (54)

где α_т - коэффициент избытка воздуха в топке;

^o - теоретический объем воздуха м³/кг, м³/ м^3;

с_рв^{`</sup> - средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении (при температуре воздуха до 300 ° С с<sub>рв</sub><sup>`} = 1,33 кДж/( м³ К);

Δ t_в – разность температур нагретого и холодного воздуха, ° С .

Коэффициент сохранения теплоты.

φ = 1- q₅/100, (55)

где (q₅) – потери теплоты в окружающую среду, %.

Теоретическая температура горения топлива в топке υ_т представляет собой температуру, до которой нагрелись бы продукты сгорания, если бы на их нагрев пошла вся теплота, введенная в топку, за вычетом потерь теплоты от химической неполноты сгорания топлива и физической теплоты шлака.

Зная полезное тепловыделение в топке Q_т, теоретическую температуру горения (° С) определяется по формуле

υ_т = Q_т/[ V_RO2 с`<sub>RO2</sub> + V<sup>o</sup><sub>N2</sub> с`_N2 + V^o_Н2О с`<sub>Н2О</sub> + (α<sub>т</sub> – 1) V<sup>o</sup> с<sub>рв</sub><sup>`</sup>], (56)

где V_RO2, V^o_N2, V^o_Н2О – теоретические объемы сгорания топлива, м³/кг, м³/ м³; с`<sub>RO2</sub>, с`_N2, с`_Н2О – средние объемные теплоемкости продуктов сгорания, (кДж/( м³ К).

Температура газов (° С) на выходе из топки

υ_т^`` = [Т_т / (М((5,7х10^-11ζН_лa_тТ_т³)/ φВ_рV_ср)^0,6+1] – 273, (57)

где Т_т – абсолютная теоретическая температура горения топлива в топке, К;

М – расчетный коэффициент, зависящий от относительного местоположения максимума температуры в топке;

ζ – условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающих поверхностей;

Н_л – лучевоспринимающая поверхность нагрева, м²;

a_т – степень черноты топки;

φ – коэффициент сохранения теплоты;

В_р – расчетный расход топлива, кг/с;

V_ср – средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг (м³) топлива в интервале температур υ_т - υ_т^``, (кДж/кгК).

Лучевоспринимающая поверхность (м²) нагрева топки

Н_л=((В_р Q_л)/ 5,7х10^-11 Мζa_тТ_т³ Т_т^``) , (58)

где Т_т – абсолютная теоретическая температура горения топлива в топке, К;

М – расчетный коэффициент, зависящий от относительного местоположения максимума температуры в топке;

ζ – условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающих поверхностей;

a_т – степень черноты топки;

φ – коэффициент сохранения теплоты;

В_р – расчетный расход топлива, кг/с;

Q_л - количество теплоты, переданной лучевоспринимающим поверхностям топки (кДж/кг, кДж/м³);

Т_т^`` - абсолютная температура газов на выходе из топки, К.