7 Расчет теплообмена в топке
Расчет теплообмена
в топке проводится поверочным методом.
При поверочном методе должны быть
известны все конструктивные данные
топки. Целью расчета при этом является
нахождение температуры газов на выходе
из топки
,
0С.
Рисунок 7.1 – Эскиз топки
7.1 Конструктивные и тепловые характеристики топочной
камеры
Таблица 7.1- Основные конструктивные размеры топки
Топочная камера |
Высота топки hт, м |
Высота расположения горелок, hг, м |
Площадь фронтальной стенки Fфст, м2 |
Площадь задней стенки Fзст, м2 |
Площадь боковой стенки Fбст, м2 |
Площадь выходного окна Fвок , м2 |
Площадь потолка Fпот, м2 |
18,025 |
1,659 |
203,2 |
187,2 |
142,98 |
78 |
38 |
Площадь стен
топочной камеры,
,
определяется по следующей формуле:
,
(7.1)
где
,
,
,
,
-
площади стен топки, м2
(см. таблицу 7.1)
Объем топочной камеры (м3) находится по следующему выражению:
,
(7.2)
где
-
площадь боковой стенки топки, м2
(см. таблицу
7.1)
–
ширина топочной
камеры, определяется по эскизу,
=8
м
.
Эффективная толщина излучающего слоя в топке, м:
,
(7.3)
Тепловое напряжение топочного объема, кВт/м3:
,
(7.4)
где -расход топлива на котел, кг/с (см. формулу 4.28);
-теплота
сгорания топлива, кДж/кг (см. таблицу
2.1);
-
объем топочной камеры, м3
(см. формулу 7.2).
.
5.2 Расчёт теплообмена в топке.
Принимаем температуру
на выходе из топочной камеры,
:
,
(7.5)
Полезное тепловыделение в топке, кДж/кг:
,
(7.6)
где
-теплота
сгорания топлива, кДж/кг (см. таблицу
2.1);
-
потери тепла с химическим недожогом, %
(см. формулу 4.21)
-
потеря тепла от механического недожога,
выбирается по /1, с 38/
-
потеря с физическим теплом шлака, % (см.
формулу 4.24)
-
тепло, вносимое в топку с воздухом,
кДж/кг, определяется по следующей
формуле:
,
(7.7)
где
= 1,07;
-присос
холодного воздуха в топочной камере,
по /1, с 34/
=0,08;
-
присос холодного воздуха в пылесистеме,
по /1, с. 34/
=0,03
-
энтальпия горячего воздуха, кДж/кг, по
температуре горячего
воздуха
=3500С
по таблице 4.2:
,
(7.8)
-
энтальпия холодного воздуха, кДж/кг,
;
,
.
Значению
соответствует теоретическая (адиабатная)
температура продуктов сгорания в топке
,
.
Находим её посредством обратной
интерполяции в
зоне высоких температур газов данных
из таблицы 4.2 при значении
,
и принимая энтальпию
:
Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера):
,
(7.9)
где
-
давление в топочной камере, МПа,
(принимается в расчётах
;
-
коэффициент поглощения топочной среды,
1/(мМпа), находится по температуре и
составу газов на выходе из топки из
следующего выражения:
,
(7.10)
где
-
коэффициент поглощения лучей газовой
фазой продуктов сгорания (
):
(7.11)
где
-
абсолютная температура газов на выходе
из топки, К;
- объёмная доля трёхатомных газов,
берутся из таблицы
4.1;
-
эффективная толщина излучающего слоя
топочной камеры, м, (см. формулу 7.3);
;
-
коэффициент ослабления лучей взвешанными
в топочной среде
частицами летучей золы, 1/(мМПа), определяется по формуле:
,
(7.12)
где
-
эффективный диаметр золовых частиц,
мкм, определяется видом сжигаемого
топлива и типом мельничного устройства,
так при размоле
топлива в ММ
;
-
плотность дымовых газов при атмосферном
давлении;
;
-
коэффициент ослабления лучей частицами
горящего кокса, для каменных и бурых
углей, торфа, сланцев
;
,
По найденному
значению
определяем эффективное значение
критерия Бугера:
(7.13)
Изменение положения ядра факела в топке существенно сказывается на
темпера туре в её
верхней части. Учёт положения пылеугольного
факела в камерной топке осуществляется
с помощью эмпирического параметра
.
При сжигании высокореакционных твёрдых
топлив (каменные и бурые угли, сланцы,
торф)
находится по следующей формуле:
,
(7.14)
где
-
значение характеризующее относительную
высоту положения зоны максимальных
температур в топке:
,
(7.15)
-
высота размещения горелок от середины
холодной воронки;
-
расчётная высота
заполняющего топку факела от низа топки
до середины выходного газового окна
(см.рисунок 7.1),
=0,1
– поправка при D≤110кг/с.
Коэффициент тепловой эффективности экрана равен произведению
условного
коэффициента загрязнения (
)
на угловой коэффициент экрана (
):
,
(7.16)
Угловой коэффициент экрана определяется по формуле:
,
(7.17)
где
-
шаг между трубами, м,
;
=0,06
м – диаметр трубы;
,
-
условный коэффициент загрязнения
экранной поверхности,
/1, с49/;
Далее определяется температура газов на выходе из топки, :
,
(7.18)
где
;
-
средняя суммарная теплоёмкость продуктов
сгорания 1 кг топлива:
,
(7.19)
где
-
энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг,
на выходе из топки, определяемая по
принятой ранее температуре
и избытку воздуха на выходе из топки
по таблице 4.2:
,
,
-
температурный коэффициент, для твёрдых
топлив
;
Далее по найденной
температуре газов на выходе из топки
по
таблице 4.2 в колонке при определяем соответствующую энтальпию
газов, кДж/кг:
.
Определяем общее количество теплоты, переданное излучением от газов к поверхностям топки, кДж/кг:
,
(7.20)
.
Среднее тепловое напряжение экранов топки (воспринятый тепловой
поток), кВт/ , равен:
,
(7.21)
где
-
степень экранирования стен топки,
;
.