5.2.Поверочный расчёт топочных камер

При поверочном расчёте топки задача расчёта теплообмена сводится к определению температуры газов на выходе из топки при известной поверхности нагрева лучевоспринимающей поверхности топки.

Для расчёта необходимо определить по чертежам и [2.табл.2.7, 2.8 и 2.9]:

• объём топки V_т, м³;

• степень экранирования топки, χ = Н_л/F_ст;

• площадь поверхности стен топки F_ст , м²;

• площадь лучевоспринимающей поверхности нагрева Н_л, м²;

• площадь зеркала горения для слоевых топок R_зг, м²;

• конструктивные характеристики экранов (диаметр d и шаг S).

Последовательность расчёта топок

1. Предварительно задаются температурой дымовых газов на выходе из топки υ˝_т. Эту температуру принимают по рекомендации[1]. Далее эта температура будет уточняться по расчётной формуле (5.26).

Для паровых котлов рекомендуется принимать температуру на выходе из топки для предварительных расчетов при сжигании природных газов 1050-1100 °С, мазутов – 1000-1050 °С, каменных углей – 1000-1100 °С, бурых углей – 850-950 °С, антрацитов – 1050-1100 °С. Причем для углей температура дымовых газов не может быть выше температуры плавления золы.

2. Для принятой температуры υ˝_т определяют энтальпию газов на выходе из топки по составленной табл.3.5 или графикам I=f(υ).

3. Подсчитывают полезное тепловыделение в топке, кДж/кг или кДж/м³: Q_т = + Q_в , (5.4) где Q_в – теплота, вносимая в топку с горячим воздухом для сжигания топлива и холодного, присосанного в топку: Q_в =(α_т – Δα_т) + Δα_т . (5.5) По Q_т из табл. 3.5 определяется теоретическая температура горения υ_a , °С.

Коэффициент избытка воздуха в топке α_т принимается по табл.3.2. Энтальпия горячего воздуха определяется по табл.3.5, а холодного - по формуле = 40 .

Для парогенераторов, не имеющих воздухонагревателей, формула (5.5) принимает вид

Q_в= Δα_т . (5.6)

4. Определяют коэффициент тепловой эффективности экранов:

ψ = xζ .

Угловой коэффициент x показывает, какая часть лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, попадает на другую поверхность, и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообменнике. Значение x определяют по рис.5.1.

Коэффициент загрязнения топочных экранов ζ учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей вследствие их загрязнения наружными отложениями. Для расчётов при сжигании природных газов принять ζ = 0,65 , мазута ζ = 0,5 и для сжигания всех видов твёрдых топлив в слое ζ = 0,6 [2].

Если стены топки имеют разные угловые коэффициенты или не на всех стенах есть экраны, тогда определяют средний коэффициент тепловой эффективности

ψ_ср=Σψ_iF_i/F_ст . (5.7)

Здесь ψ_i – коэффициент тепловой эффективности отдельной стенки топки ψ_i = x_i ζ; F_i – площадь отдельной экранированной стены, м²; F_ст – полная поверхность стен топки, м².

Если в топке имеются неэкранированные стены (например, фронтальная или задняя), тогда для них ψ_i = 0.

5. Определяют эффективную толщину излучающего слоя, м:

S_эф = 3,6 V_т/F_ст , (5.8)

где V_т – объём топки, м³;

F_ст – поверхность стен топочной камеры, м².

Рис. 5.1. Угловой коэффициент однорядного

гладкотрубного экрана:

1 – при расстоянии от стенки е > 1,4d; 2 – при е = 0,8d; 3 – при е = 0,5d;

4 – при е = 0; 5 – без учета излучения обмуровки е > 0,5d

6. Определяют коэффициент ослабления лучей:

а) при сжигании жидкого и газообразного топлива коэффициент ослабления лучей k, (м·МПа)^-1, зависит от коэффициентов ослабления лучей трёхатомными газами k_г и сажистыми частицами k_с:

k = k_г·r_п+ k_с , (5.9)

где r_п – суммарная объёмная доля трёхатомных газов, принимается по табл.3.3.

Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, (м·МПа)^-1 определяется по номограмме (рис.5.2) или по формуле

k_г = , (5.10)

где р_П – парциальное давление трёхатомных газов, МПа

р_П = r_П·р; р – давление в топочной камере, принимается равным 0,1 МПа для агрегатов, работающих без наддува; – объёмная доля водяных паров (берётся из табл.3.3); – абсолютная температура на выходе из топки, К (равна принятой по предварительной оценке).

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м·МПа)^-1:

при сжигании жидких топлив:

k_с = 0,3(2 – α_т)(1,6 – 0,5) , (5.11)

где С^Р и Н^Р – содержание углерода и водорода в жидком топливе по рабочей массе, %;

при сжигании природных газов: = 0,12Σ С_mH_n; (5.12)

где С_mH_n – содержание входящих в состав природных газов углеводородных соединений, %;

б) при сжигании твердых топлив коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами k_г, золовыми k_зл и коксовым k_к частицами и подсчитывается по формуле

k=k_г r_п + k_зл μ_зл + k_к . (5.13)

Коэффициент ослабления лучей частицами летучей золы k_зл определяют по рис.5.3 при средней температуре в топке. Средняя массовая концентрация золы μ_зл берется по расчетной (табл.3.3).

Коэффициент ослабления лучей частицами кокса k_к принимают для топлив с малым выходом летучих (антрациты, полуантрациты, тощие угли) при сжигании их в камерных топках k_к=1, а при сжигании в слоевых топках k_к = 0,3; для высокореакционных топлив (каменный и бурый угли, торф) при сжигании в камерных топках k_к =0,5, при сжигании в слое k_к = 0,15.

Рис. 5.2. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

7. При сжигании твёрдых топлив определяют суммарную оптическую толщину среды kрS. Коэффициент ослабления лучей k подсчитывают в зависимости от вида и способа сжигания топлив по формуле (5.13).

8. Подсчитывают степень черноты факела а_ф:

а)для твёрдого топлива она равна степени черноты среды, заполняющей топку а, и определяют по (рис.5.4), или подсчитывают по формуле

а = 1 – е^–kpS ; (5.14)

б)для жидкого или газообразного топлива степень черноты факела:

а_ф = ma_св + (1 – m)a_г , (5.15)

где т - коэффициент, характеризующий долю топочного объёма, заполненного светящейся частью факела, принимают по табл.5.1.

Степень черноты светящейся части факела:

а_св = 1 – е^{– (kгrп+kc) pS}. (5.16)

Степень черноты несветящихся трёхатомных газов:

а_г = 1 – е^{–kгrп pS}, (5.17)

где k_г и k_с – коэффициенты ослабления лучей трёхатомными газами и сажистыми частицами.

9. При слоевом сжигании твёрдых топлив определяют площадь зеркала горения (активной части колосниковой решётки), м²:

R = B_pQ_н^р/q_зг , (5.18)

где q_зг - удельная нагрузка зеркала горения, принимаемая в зависимости от конструкции топки и вида сжигаемого топлива, кВт/м² (табл.5.2).

10. Определяют степень черноты топки:

а) для слоевых топок:

а_т = (а + (1 – а)∙R/F_ст)/(1– (1 – а)(1 – ψ_ср)(1 – R/F_ст); (5.19)

б) для камерных топок при сжигании угольной пыли:

а_т = а /( а+(1 – а)· ψ_ср) ; (5.20)

в) для камерных топок при сжигании газа и мазута:

а_т = а_ф/( а_ф +(1 – а_ф ) · ψ_ср ) . (5.21)

Рис. 5.3. Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами:

1 – при сжигании пыли в циклонных топках; 2 – при сжигании углей, размолотых в шаровых барабанных мельницах; 3 – то же, размолотых в среднеходных и молотковых мельницах и в мельницах-вентиляторах; 4 – при сжигании дробленки в циклонных топках и топлива в слоевых топках; 5 – при сжигании торфа в камерных топках

Таблица 5.1