4.2. Расчет топочной камеры
Передача теплоты экранам топочной камеры происходит главным образом за счет излучения высокотемпературного ядра факела, а также раскаленных зольных частиц и трехатомных газов, заполняющих топочный объем. Общее количество переданной теплоты в топке определяется разностью между полезным тепловыделением в зоне горения и энтальпии газов на выходе из топки. Общий вид топочной камеры представлен на рисунке.
Высота холодной воронки:
h =0.5(b-b’)tg ,
или
h
=0.71(b
- 1.2),
где a , b - ширина и глубина топочной камеры, определены в соответствии с типом котла.
a= m *D ;
m=12.6 ;
q
=(0.7-0.9)q
,
q - согласно табл. 4.1 [1].
Расчетный объем топки может быть определен по следующей формуле:
V
=(3-
/625)*(28/Q
)*V
,
где
V
=(B
*Q
)/q
- допустимое тепловое напряжение топочного объема q (табл.4.1 [1]), q =175 КВт/м. Объем верхней части холодной воронки
V =(b+(b-b’)/2)*(h /4*a)
Объем верхней части топочной камеры:
V
=a *b
*h,
где b - глубина верхней части топки за вычетом выступающих ширм.
Объем призматической части топки определяется из разности
V
=V
-V
-V
Высота призматической части топки определяется по ее объему и поперечному сечению
h =V /f .
Высота вертикальных ширм с учетом наклона нижней плоскости горизонтального газохода и при наличии аэродинамического выступа (‘носа’) на задней стенке топочной камеры принимается
h
=(1.1-1.2)*h
Высота газового окна h
у задней стенки топки (за ширмами) при
П-образной компоновке принимается
равной или несколько меньшей глубины
топки h
b
.
Тогда расчетная высота топочной камеры составит:
h =0.5*h +h +h
Полезное тепловыделение в топочной камере:
=
*
,
где
- теплота воздуха;
H
-
энтальпий рециркулирующих газов,
отобранных из конвективной шахты.
Адиабатная (калориметрическая)
температура горения
,
соответствует условию, когда все полезное
тепловыделение воспринимается продуктами
сгорания (при отсутствии теплоотдачи
экранам топки). Она соответствует
минимальной расчетной температуре
газов (в теории). Т.к. минимальное
тепловыделение характеризуется Q
, то выражение для адиабатной температуры
продуктов сгорания получается в таком
виде
,
где V C -
произведение объема на теплоемкость
i-го компонента продуктов
сгорания при температуре
,
кДж/кг*К.
Удельное тепловосприятие топки:
,
кдж/кг,
где
- коэффициент сохранения теплоты,
учитывающий долю теплоты газов,
истраченную на поверхности нагрева
Поверхность стен топочной камеры,
необходимая для поглощения теплоты и
обеспечивающая снижение температуры
выходящих газов до
" , определяется из уравнения теплообмена
между продуктами сгорания и поверхностью
настенных экранов
,
где
- абсолютная адиабатная температура
горения и температура газов на выходе
из топки; М - коэффициент, учитывающий
относительное положение ядра факела
по высоте топочной камеры;
- средний коэффициент тепловой
эффективности экранов;
- коэффициент излучения среды в топочной
камере.
При сжигании высокореакционных твердых топлив (в том числе и каменного угля)
М=0.59-0.5
,
где - характеризует относительную высоту положения зоны максимума температур в топке. При использовании вихревых горелок в несколько ярусов наблюдается затягивание воспламенения и процесса горения топлива и уровень максимума температур сдвигается несколько выше зоны горелок,
=
/
+
,
=0.1
т.к.
<
110 кг/с, где
- при расположении горелок в два яруса
принимается средняя высота, т.к.
теплопроизводительность всех горелок
одинакова;
-
расчетная высота заполняющего топку
факела от 0.5
до 0.5
- до середины выходного газового окна.
Коэффициент тепловой эффективности экрана равен произведению условного коэффициента загрязнения на угловой коэффициент экрана:
,
угловой коэффициент экрана определяется по формуле
,
где S/d -относительный шаг труб настенного экрана.
Если стены топки закрыты экранами с
разными коэффициентами загрязнения
,
то определяют среднее значение
коэффициента тепловой эффективности
,
где
- коэффициент тепловой эффективности
i-го участка экрана;
-
поверхность стены i-го
участка с отличающимися от других
и X.
Для неэкранированного участка стены
топки, очевидно,
=0.
Коэффициент теплового излучения
определяется излучением газового факела
,
заполняющего топочный объем, и тепловой
эффективность экранных поверхностей
и
находится
= /( +(1- )* ),
коэффициент излучения факела при сжигании твердых топлив определяется по формуле
=1-e
,
где k - коэффициент ослабления лучей топочной средой; P- давление в топочной камере, S- эффективная толщина излучающего слоя в топочной камере,
Коэффициент ослабления лучей топочной
средой К определяется коэффициентом
ослабления лучей трехатомными газами
k
r
,
золовыми частицами
и горящими косовыми частицами k
:
K= k r + + k
k
r
=(
)*(1-0.37
)*r
r
=
r
+r
- объемная доля трехатомных газов.
=43*
,
где
- эффективный диаметр золовых частиц,
Определяется видом сжигаемого топлива
и типом углеразмольных мельниц.
Концентрацию золовых частиц в потоке газов берут из табл. 2.1 [1] или
=
A
,
где масса дымовых газов, сожженного топлива, при сжигании топлива составляет
=
1- 0.01А
+
1.306
.
Плотность дымовых газов при атмосферном
давлении
,
k
=0.5
для каменных углей.
Тепловой напряжение топочного объема
q
=B
Q
/V
действительный объем топочной камеры
V
=V
+a*b*(
)+V
,
где
=
-
;
=
или
Среднее тепловой напряжение поверхности нагрева топочных экранов
q
=B
Q
/H
Лучевоспринимающая поверхность нагрева
настенных и двухсветных экранов топки
H
определяются
как плоскости эквивалентная по
тепловосприятию экраном. Ее определяют
через стержень экранирования стен топки
:
H =
Для топочных камер, имеющих неэкранированные участник стен, стержень экранирования составит
=(1-
/
)*X,
где - поверхность неэкранированных участков стен топки, включая поверхность лазов, лючков, горелок.