4. Характеристики и тепловой расчет топочной камеры.

Тепловой расчет топочной камеры заключается в определении температуры газов на выходе из топки и количества тепла, воспринятого в ней.

4.1.Конструктивные характеристики топочной камеры.

Конструктивными характеристиками топки являются: поверхность стен топочной камеры , ее объем и эффективная толщина излучающего слоя .

Рис. 1. Эскиз топки.

Все перечисленные величины берутся по чертежам заданного котла:

Глубина топки: a_т = 5,250м;

Высота топки: H_т = 9,84м;

Площадь фронтовой поверхности: S=38,99 м²;

Высота боковой поверхности: h_б =12,26м;

Площадь боковой поверхности: S_б = 12,26×5,25 = 64,365м²

Высота второй боковой поверхности:h_2б =11,36м;

Глубина второй боковой поверхности: a_2б = 5,250м;

Ширина холодной воронки: Длина ската:

Высота ската:

Высота горелки:

Высота задней стенки:

Длина фронта:

Площадь второй боковой поверхности: S_2б = 11,36×5,250 = 59,64м²;

Общая площадь топки: F_ст = 38,99×2+64,365+59,64 = 201,985м²;

Объем топки:

V_т = S_ф×a_т = 38,99×5,25 = 204,6975м³;

Эффективная толщина излучающего слоя топки [1, п.6-03]:

м.

Лучевоспринимающая поверхность:

H_л = ∑Fпл ×x = 201,985×0,84 = 169,68м²;

По номограмме 1[1, стр.214]., с учетом излучения обмуровки при ,s/d = 1, 296> x=0,84.

Коэффициент тепловой эффективности экранов равен произведению углового коэффициента экрана χ на коэффициент ξ, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией

ψ = χ∙ξ ,

где χ=1[1, номограмме 1а, кривая 1];

ξ=0,45[1, табл. 6.3].

ψ =0,84∙0,45=0,378.

4.2.Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера) [1, п. 6-07]:

Bu = k∙p∙s ,

где

k – коэффициент поглощения топочной среды, 1/(м∙МПа), рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определении учитывается излучение трехатомных газов (RO₂, H₂O) и взвешенных в их потоке частиц сажи, летучей золы и кокса.

р – давление в топочной камере, МПа; р =0,1 МПа;

s – эффективная толщина излучающего слоя, м; s = 3,648 м.

4.2.1.Коэффициент поглощения топочной среды.

4.2.1.1.Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (RO₂, H₂O) определяется по [1, п.6-08]:

, 1/(м∙МПа),

где

- суммарная объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания;

.

T"_т – температура газов на выходе из топки, К; принимаем = 1000ºC

(T"_т = 1273 К).

,1/(м·МПа).

4.2.1.2.Коэффициент поглощения лучей частицами золы определяется по [1, п.6-10]:

, 1/(м∙МПа),

где

μ_зл – концентрация золы в продуктах сгорания; μ_зл = 0,028.

А_ЗЛ принимаем по [1,табл.6-1] для каменного угля А_ЗЛ = 0,8.

1/(м∙МПа).

4.2.1.3.Коэффициент поглощения лучей частицами кокса k_кокс∙μ_кокс принимаем по [1,табл.6-2] для каменного угля k_кокс∙μ_кокс = 0,2.

При расчете критерия Bu принимается, что при сжигании твердого топлива основными излучающими компонентами являются газообразные продукты сгорания (RO₂, H₂O) и взвешенные в их потоке частицы золы и кокса.

При сжигании твердых топлив коэффициент поглощения топочной среды определяется по [1, п. 6-12]:

k = k_г + k_зл∙μ_зл + k_кокс∙μ_кокс ;

k = 1,249 + 1,696 +0,2 = 3,1427 1/(м∙МПа).

Тогда

Bu = 3,1427∙0,101∙3,648 = 1,158.

4.3.Методика расчета суммарного теплообмена в топке базируется на приложении теории подобия к топочному процессу. Основными параметрами, определяющими безразмерную температуру газов на выходе из топки Ө_т", являются критерий радиационного теплообмена Больцмана (Во) и критерий поглощательной способности Бугера (Bu).

Учет влияния на теплообмен неизотермичности температурного поля топки и эффекта рассеяния излучения обеспечивается использованием эффективного значения критерия Bữ.

Безразмерная температура газов на выходе из топочной камеры [1, стр.39, ф.(6-23)]:

,

где

Т_А – адиабатическая температура горения топлива, К;

М – параметр, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительно уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов.

4.4.Эффективное значение критерия Бугера Вữ [1, п. 6-17]:

;

.

4.5.Параметр М для камерных топок рассчитывается по [1.п.6-18]:

,

где

при однофронтовом расположении горелок принимаем согласно [1, стр.40]: М₀ = 0,42;

r_v – параметр забаластированности топочных газов [1, стр.41, ф.(6-27)]:

, м³/м³ ,

где

r – коэффициент рециркуляции;

r = 0;

V_г^н – объем газов на выходе из топки без учета рециркуляции, м³/кг.

м³/м³ .

Тогда

.

4.6.Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива [1, п.6-19]:

, кДж/(кг∙К),

где

Н"_т – энтальпия продуктов сгорания 1 кг топлива при температуре t"_т, избытке воздуха на выходе из топки α_т; Н"_т = 8225,4 кДж/кг.

Адиабатическая температура горения t_а определяется по полезному тепловыделению в топке Q_т при избытке воздуха α_т.

4.7.Полезное тепловыделение в топке [1, п.6-20]:

, кДж/кг,

где

– располагаемое тепло топлива, кДж/кг;

q₃, q₄, q₆ – потери тепла от химической и механической неполноты сгорания топлива, с теплом шлака и охлаждающей воды, %;

Тогда

кДж/кг.

По определяем адиабатическую температуру t_a = 1612ºС,

Т_а = 1885 К.

Тогда

кДж/(кг∙К) .

4.8.Количество тепла, воспринятого в топке на 1 кг топлива [1,ф.(6-30)]:

кДж/кг.

4.9.Температура газов в конце топки [1, п.6-23 ]:

;

ºС.

Задавались ºС.

Полученное расхождение температур меньше 100ºС, поэтому нет необходимости делать второе приближение и расчетной температурой на

выходе из топки является ºС.