4. Розрахунок теплового балансу котла

Коефіцієнт корисної дії котла знаходиться з обратного балансу

, (4.1)

де і - відносні втрати теплоти у % від хімічної і механічної неповноти згоряння палива, приймаються із розрахункових характеристик топок (таблиця Д2).

- відносні втрати теплоти у % від зовнішнього охолоджен­ня котла, приймаються за даними таблиці Д.

Відносна втрата теплоти з відхідними газами у % залежить від вибраної температури газів , а також від надлишку повітря і визна­чається за формулою

(4.2)

де - ентальпія відхідних газів, кДж/кг(кДж/м³) , що визначаєть­ся методом лінійної інтерполяції з ентальпійної таблиці 3.4 при і надлишку повітря у продуктах згоряння за повітропідігрівником.

Значення температури відхідних газів вибирається з таблиці Д6. - ентальпія холодного повітря при розрахунковій температурі (25°С або інший) і , приймається з першого рядка другої колонки таблиці 3.3. ЇЇ також можна розрахувати за формулою

(4.3)

Після визначення за (4.1) підраховують коефіцієнт збереження теплоти, що надалі використовується для розрахунку кількості теплоти, відданої газами окремим поверхням нагріву:

(4.4)

Витрату палива, що подається до топки, кг/с (м³/с), розраховують за формулою

(4.5)

де Д - паровидатність котла, кг/с; - ентальпія перегрітої пари, кДж/кг, знаходиться з таблиці Д7; - ентальпія живиль­ної води на вході до агрегату, кДж/кг; знаходиться з таблиці Д8 ; - ентальпія киплячої води при розрахунковому тиску у барабані котла, кДж/кг, знаходиться з таблиці Д9; - витрата котлової води на продувку, кг/с, при цьому

(4.6)

де р - продувка, %.

Член у формулі (4.5) не враховується, якщо продувка р<2%.

При спалюванні твердого палива для розрахунку сумарних об'ємів продуктів згоряння, повітря і теплоти, що віддається газами у поверх­нях нагріву, уводиться розрахункова витрата палива, кг/с

. (4.7)

5. Розрахунок теплообміну у топці

При перевірочному розрахунку топки за її тепловими і конструктив­ними характеристиками визначають температуру газів на виході з топки . При цьому необхідні характеристики одержують на основі крес­лень котла за відомими методиками [1-4].

Розрахунок виконують за формулою

, (5.1)

де - адіабатна температура горіння, К;  - коефіцієнт збереження теплоти; М - параметр, що характеризує розподіл температури у топ­ці; - міра чорноти топки; - розрахункова витрата палива, кг/с; - середня сумарна теплоємкість продуктів згоряння 1 кг палива у інтервалі температур , кДж/(кг°С); - площа стін топки, м²; - середнє значення коефіцієнта теплової ефективності екранів.

5.1. Адіабатна температура горіння палива

Адіабатна температура ,°С, визначається за корисним теплови­діленням у топці , що дорівнює ентальпії продуктів згоряння при надлишку повітря на виході з топки :

(5.2)

Кількість теплоти, що вноситься повітрям , кДж/кг, розраховується за формулою

, (5.3)

де і - ентальпії теоретично необхідної кількості повітря при температурі за повітропідігрівником і холодного повітря, що надходить крізь нещільності у топці і пилоготувальній установці, відповідно; - величина присосу у пилоготувальній установці, приймається з таблиці Д10.

Температура підігрітого повітря, що надходить до топки, вибираєть­ся в залежності від приведеної вологості палива і паровидатності кот­ла (таблиця Д11). При цьому, якщо застосовується одноступінчаста компоновка економайзера і повітронагрівника, то температуру гарячого повіт­ря слід вибирати не більше 260-300°С, а при компоновці в розсічку - ви­ще за вказані значення. знаходиться з другої колонки таблиці 3.3 методом лінійної інтерполяції, а (див. розділ 4).

У випадку спалювання рідкого або газового палива слід приймати

.

Адіабатну температуру знаходять за значенням методом лі­нійної інтерполяції з використанням значень з передостанньої колон­ки таблиці 3.4.

5.2. Середня теплоємкість продуктів згоряння і міра чорноти топки

Середня сумарна теплоємкість продуктів згоряння і міра чорно­ти топки залежать від температури . Тому для їх визначення попе­редньо приймають значення з таблиці Д12.

Середня сумарна теплоємкість продуктів згоряння палива, кДж/(кгК) або кДж/(м³К) буде

, (5.4)

де - ентальпія продуктів згоряння палива при температурі і над­лишку повітря на виході з топки, кДж/кг(кДж/м³), також знаходиться методом лінійної інтерполяції.

Міра чорноти топки для камерних топок визначається за формулою

, (5.5)

де

- ефективна міра чорноти факелу;

- середнє значення коефіцієнта теплової ефективності екранів, залежить від виду палива і конструктивних характеристик топки [1-3].

При розрахунках випромінювання у топках розрізняють полум'я, що утворюється при спалюванні газу, мазута і твердого палива. Приймаєть­ся, що у полум'ї газу і мазута основними випромінюючими компонентами є трьохатомні гази CO₂ і Н₂О, а також найменші частинки сажі; у полум'ї твердих палив - трьохатомні гази СО₂ і Н₂О частинки золи і коксу.

Ефективну міру чорноти факелу при спалюванні твердих палив роз­раховують за формулою

(5.6)

де к - коефіцієнт послаблення променів топковим середовищем; р - тиск у топці ( для агрегатів, що працюють під розрідженням приймають Р = 0,1 МПа); s - ефективна товщина випромінюючого шару, м; визначається співвідношенням об’єму топки і поверхні її стін:

(5.7)

Коефіцієнт послаблення променів топковим середовищем, 1/(мМПа), розраховують при температурі газів на виході з топки за формулою

, (5.8)

- сумарна об'ємна частка трьохатомних газів (табли­ця 3.2), - коефіцієнт послаблення променів трьохатомними газами

(5.9)

(5.10)

Коефіцієнт послаблення променів частинками золи визначається за формулою

, (5.11)

де

- ефективний діаметр золових частинок, мкм, залежить від виду палива і типу млина. Після розмолу палива у барабанно-кульовому мли­ні =1З мкм, а після розмолу у середньохідному або швидкохідному млині = 16 мкм;

- абсолютна температура газів на виході з топки ,К.

Коефіцієнт послаблення променів частинками горячого коксу прий­мають в залежності від виду палива. Для палив з малим виходом летю­чих (антрацит , напівантрацит , пісне вугілля) = 1, для кам'яного і бурого вугілля, торфу - = 0,5.

При спалюванні газового і рідкого палива ефективна міра чорноти факелу визначається за формулою:

, (5.12)

де і - міра чорноти, яку б мав факел при заповненні всієї топ­ки тільки світним полум'ям або тільки несвітними трьохатомними газа­ми, відповідно; величини і визначаються за формулами

, (5.13)

(5.14)

де - коефіцієнт послаблення променів сажистими частинками

; (5.15)

C^P, H^Р - вміст вуглецю і водню у робочій масі палива;

при спалюванні природного газу .

При К_С приймають рівним 0.

Коефіцієнт усереднення m у формулі (5.12) визначається часткою топкового об'єму, зайнятого світним факелом. Для відкритих і напіввідкритих топок при кВт/м³ незалежно від навантаження m = 0,1 для природного газу, а для мазута m = 0,55. При кВт/м³ для газу m=0,6 і m= 1,0 для мазута. При значеннях в інтервалі між цими значеннями m визначають лінійною інтерполяцією.

5.3. Перевірка правильності визначення .

Середня сумарна теплоємкість продуктів згоряння і міра чорно­ти факелу розраховуються за попередньо прийнятою температурою газів на виході з топки . Правильність визначення і оцінюють по відхиленню одержаного за формулою (5.1) значення від попередньо прийнятого.

Якщо це відхилення не перевищує  100°С, то розрахункове значення вважають остаточним, якщо ні, то одержане значення приймають за вихід­не, уточнюють величини і і знову визначають .

Для забезпечення надійної і безперебійної роботи котла при спа­люванні твердого палива необхідно, щоб температура газів на виході з топки знаходилась у певних границях. Наприклад, температура газів не може бути нижчою за значення, вказані в таблиці Д13. А ось максимальну температуру газів на виході з топки обмежують середньою температурою початку деформації золи . При спалюванні мазута і природного газу температуру газів на виході з топки приймають на підставі оптимального співвідношення радіаційного і конвективного теплообміну, і для котлів з паровидатністю Д<500 т/г вона становить [З].

За установленим значенням підраховують ентальпію газів на ви­ході з топки і визначають загальне теплосприймання топки, кДж/кг (кДж/м³)

, (5.16)

а далі середнє питоме теплове навантаження променесприймаючих поверхонь топки, кВт/м²

, (5.17)

де

- сумарна площа променесприймаючих поверхонь, м².