Практическое занятие №7

Тема занятия: Топки для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии.

Цель занятия:

- Освоение методики расчета топок для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии;

-Определение конструктивных характеристик топочной камеры.

Задание:

-Определить выбор типа топочного устройства и способа сжигания топлива;

-Определение геометрических размеров топки;

-Определить конструктивные характеристики топочной камеры.

Краткие теоретические сведения

Литература . (1, с. 153—182; 2, с. 22—35, 65—70, 88—93, 198-2013)

(3, с. 177—191 —1).

Исходные данные для расчета:

-номинальная паропроизводительность котла 44 ,т/ч;

-давление перегретого пара 4,7 МПа;

-температура перегретого пара 450 С;

-температура питательной воды 148 С; ;

Использованное топливо и его состав.

-Определение выбора типа топочного устройства и способа сжигания топлива.

Выбор типа топочного устройства и способа сжигания топлива определяются паропроизводительностью и конструкцией котла, свойствами топлива и его золы.

Рекомендуемые типы топок и способы подготовки топлива перед сжиганием для различных топлив в соответствии выбираем по таблице 4.1.

для сжиганиия газообразных и жидких топлив в котлах любой паропроизводительности применяют камерные топки, сжиганием твердых топлив в пылевидном состоянии в камерных топках с твердым шлакоудалением рекомендуется для .котлов :паропроиэводительностью от 25 т/ч л более .

Для топлив с малым выходом летучих (антрацит, полуантрацит, тощий уголь) камерные топки для сжигания топлива рекомендуются для котлов паропроизводительностью более 75 т/ч.

При сжигании топлив с легкоплавкой золой и низкореакционных топлив

с благоприятными температурными и вязкостными характеристиками золы и шлака котлов паропроизводительностью более 75 т/ч рекомендуются топки с жидким шлакоудалением (2.)

- Определение геометрических размеров топки.

Для возможности проведения расчетов топочного устройства должны быть предварительно выполнены расчеты теплового баланса котла (см. практические работы №5,6 ) с выявлением необходимого расхода топлива для обеспечения заданной паропроизводительности парового котла.

Необходимые для расчетов рекомендации по выбору коэффициента расхода (избытка) воздуха в топке, присосам воздуха по газоходам котла, температуре подогрева воздуха, потерям теплоты от химической и механической неполноты сгорания, температуре газов на выходе из топил и температуре уходящих газов из котла при сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии приведены в таблице, 4,2.

Камерные топки, в том числе и для пылевидного топлива, предназначаются для возможно более эффективного ожидания топлива, а также для размещении в них теплообменных поверхностей нагрева—— экранов, обеспечивающих снижение температуры газов на выходе из топки до необходимой заданной величины.

Таблица 4.1.

При проведении данных практических занятий расчет топочной камеры проводится из условия обеспечения эффективного сжигания пылевидного топлива. Расчет теплообмена топочной камере определением необходимой тепловоспринимающей поверхности экранов будет расчитываться на другом практическом занятии.

Определение геометрических размеров топочной камеры для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии выполняют с использованием рекомендуемых нормативных материалов [2, 4], величин видимой объемной плотности тепловыделения q_v=BQ_р^р/V_Τ , МВт/м³ ,и видимой плотности теплового потока через сечение топки q_F=BQ_р^р/F , МВт/м² , для данного топлива, принятого способа сжигания типа топочного устройства. Рекомендуемые тепловые характеристики камерных топок с твердым шлакоудалением при сжигании угля в пылевидном состоянии приведены в таблице (4.2.)

Рассмотрим конфигурацию камерной топки для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии при твердом шлакоудалении, а также для совместного сжигания газа (мазута) в угольной пыли (рисунок 4.1).

Топка имеет форму прямоугольного параллелепипеда. В нижней части топки

имеется холодная воронка; угол наклона ее стен к горизонтали α =50- 55 С⁰

Размер холодной воронки в нижней ее части более 700—1200 мм.

При наличии в топочной камере ширм необходимые для расчета геометрические размеры топки можно определить по [2, рис. 6.2, с. 24].

Высота камерной топки для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии зависит от длины горящего факела.

Определение условной длины факела l_ф для пылеугольной топки показано

на рисунке 4.1. для ориентировочных расчетов минимальной условной длины факела для котлов разной производительности D можно принять

Пылеугольные горелки могут располагаться на фронтовой или боковых стенках а также в углах топочной камеры в один- два яруса.

На фронтовой стенке котла паропроизводптельностью до 75 т/ч рекомендуется устанавливать 2—3 горелки на боковых —2—4 встречных (встречно-смещенных) горелок

(рисунок 4.2).

_____________________________________________________________________________

Типы горелок, рекомендуемые в зависимости от сжигаемого топлива и способа шлакоудаления, приведены в таблице 4.3.

Рекомендуемые расчетные конструктивные характеристики камерных топок для сжигания твердого топлива в пылевидном -состоянии с твердым шлакоудалением с указанием типа горелок числа и расположения пылеугольных горелок или амбразур при использовании молотковых мельниц, а также скорости -первичного и вторничного воздуха приведены в -таблице 4.4.

При выполнении проверочного расчета топки котла по известному расходу топлива В и имеющимся размерам топочной камеры определяют видимую объемную плотность тепловыделения в топке q_v=BQ_р^р/V_Τ ,кВт/м³ , которую сопоставляют с допустимой величиной q_v- (таблице 4.2) для данных конкретных условий сжигания топлива, При q_v>q_{v(допкст}.) при сжигании топлива могут существенно возрасти потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания, что приведет к увеличению расхода топлива.

В этом случае должна быть рассмотрена возможность увеличения объема топочной камеры (например перенос фронтовой стенки) или обеспечено улучшение сжигания топлива (например, установкой других, более эффективных горелок).

Таблица 4.3.

______________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

При выполнении конструкторского расчета топки по рекомендуемой величине видимой объемной плотности тепловыделения q_v=BQ_р^р/V_Τ ,кВт/м³,

для конкретных рассматриваемых условий (таблица 4.2)или таблица 5 с учетом известного расхода топлива В определяют необходимый объем топочной камеры V_Τ .

Затем с учетом рекомендаций по выбору высоты топки допустимой видимой плотности теплового потока через сечение топки q_F=BQ_р^р/F (таблица 4.2)определяют площадь сечения топки F и другие ее геометрические размеры (высоту, ширину, глубину — рисунок 4. 1).

Определение конструктивных характеристик топочной камеры

Необходимо построить экскиз боковой камеры стены топочной камеры и нанести на него необходимые размеры.При этом следует учитывать,что объем топки ограничивается плоскостью,проходящей через среднюю линию холодной воронки(топки с твердым шлакоудалением) или под (топки с жидким шлакоудалением и газомазутные топки),плоскостями,порходящими по осям вертикальных или наклонных экранных труб стен топки и плоскостью,проходящей через ряд труб поверхности нагрева,находящейся на выходе из топки(в данном случае фестон заднего экрана).Пример экскиза топки приведен на (рисунке 4.3). Высота топочной камеры определяется как разность отметок осевой линии выходного окна топки и средней линии холодной воронки(или пода)топки.

После построения экскиза топочной камеры определяется полная поверхность боковой стенки топки.Для этого боковую стенку разбивают на элементарные геометрические фигуры,подобно тому как это сделано на рисунке 4.3. (F₁+F₂+F₃+F₄) и определяют их площадь с последующим суммированием.

F_б=F₁+F₂+F₃+F₄, м²

Недостающие геометрические размеры для определения площадей фигур необходимо брать из экскиза топки .

Ширина топочной камеры определяется с учетом теплонапряжений топочного объема и топочного сечения в следующей последовательности.

1.Определяется максимально допустимое теплонапряжение топочного объема в соответствии с паропроизводительностью и видом сжигаемого топлива по таблице 5. Минимальная ширина топки по условиям теплонапряжения топочных экранов b_min-BQ^р_н3600/(4,19q_v ^. F_б ), м

2.Определяем допустимое теплонапряжение топочного сечения q_F (принемаются значения 1500000 ккал/м²ч) для углей и 8000000 ккал/м²ч для газа и мазута).

Минимальная ширина топки по условиям шлакования топочных экранов

b_min-BQ^р_н3600/(4,19q_F ^. а ), м,

где а -глубина топки, м

Действительная ширина топки при сжигании твердого топлива должна превышать наибольшее из двух полученных минимальных значение топки в 1,05-1,2 раза.Наибольшее значение принемается для топлив,температура начала деформации золы которых t₁ ниже 1050 ⁰С.

Площадь верхней боковой стенки топки

= ,

=

=

=

=

Опеределение полной поверхности стен топочной камеры может быть проиллюстрировано на следующем примере:

Площадь фронтового экрана = , ;

Площадь заднего экрана = ,

Площадь выходного окна = , ;

Для газомазутных топок площадь горизонтального пода F определяется как произведение глубины топки на ее ширину.

Полная поверхность стен топки пылеугольного котла:

,м²

Под поверхностью экранирования понимается поверхность стен топочной камеры,закрытая экранными трубами,а также поверхность выходного окна топочной камеры,через которое осуществляется теплообмен между топкой и поверхностями нагрева,расположенными в горизонтальном газоходе.Под топки(в соответсвии с черчежом-прототипом)может быть как экранированным , так и не экранированным.При определении поверхности экранирования принемается во внимание,что угли топочной камеры не экранируются.Расстояние,на котором распологается первая труба экрана от угла топки, m-0,15-,25 м.

Диаметр труб d ,мм, и расстояние между осями соседних топочных экранов(шаги экранирования) S,мм, принемаются в соответствии с рекомендациями:

Фронтовой,боковой экраны S/d 1,2-1,25;

Задний экран S/d 1,1;

Количество труб в экранах:

Фронтовой и задний экран n –[(b-2m) /S] +1 , где S,м-шаг экранирования соответствующего экрана;

боковой экран n –[(а-2m) /S] +1 .

Определение поверхности экранирования топочных экранов может быть проиллюстрировано в следующем примере:

Поверхность экранирования фронтового экрана

= , ,где

Поверхность экранирования заднего экрана

= , ;

Поверхность экранирования бокового экрана

= , , где ;

Поверхность экрантрования выходного окна

= , .

Под лучевоспринемающей поверхностью топки понимается часть поверхность єкранирования,принимающая участие лучистім теплообмене.

Лучевоспринемающая поверхность топки:

Н_л= ,м²,

где F_і –поверхность экранирования каого-либо участка топочной камеры;

Х_і-угловой коэффициент данного участка топочной камеры,показывающий, какая часть лучевоспринемающей поверхности участвуют в теплообмене.

Угловой коэффициент определяется по таблице 6. в зависимости от относительного шага экранирования (S/d ) и отношения е/d , где е-расстояние от оси экранной трубы до поверхности обмуровки,обращенной в топку.Расстояние е можно определить :

е= (а_св-а)/2,

где а_св-глубина топки в свету.

Угловой коэффициент выходного окна топки равен Х_в=1.

Таблица 6.

Угловые коэффициенты однорядных настенных гладкотрубных экранов

е/d	S/d
	2,0	1.4	1,25	1.1
>1,4	0,90	0,97	0,99	1,0
0,8	0,86	0,96	0,98	0,99
0,5	0,82	0,94	0,97	0,99

Определение лучевоспринемающей поверхностью топки может быть проиллюстрировано следующим примером:

Н_л= +2 + + ,м

При наличии ошипованных участков экранов или участков закрытых шамотным кирпичом лучевоспринемающая поверхность таких участков определяется отдельно от открытых участков экранов.

Степень экранирования топки

= .

Относительная высота расположения горелок:

Для одноярусного расположения = ,

Для двухярусного расположения =( _1n+ _2m)/(n+m)^. ,

где, (от пода топки) к общей высоте топки _т (от пода топки до середины выходного окна из топки) ,n и m –количество горелок в первом и втором ярусе соответственно.

Эффективная толщина излучающего слоя в топке вычисляется по формуле

S=3,6 ,

гдe V_Т и F_СТ -объем и поверхность стен топочной камеры ( м³ и м²).

Объем камерной топки определяется по формуле:

,м³

Составление эскиза топки и расчет величин и позволяет определить коэффициент тепловой эффективности экранов топки, затем произвести расчет теплообмена в топке.

Таблица 4.4.

На стенках топочной камеры размещают горелки (амбразуры) в соответствии с рекомендациями ( таблица 4.4).

Последовательность выполнения практического занятия № 7

-Определеляем выбор типа топочного устройства и способа сжигания топлива.

При выборе типа топочного устройства и способа сжигания топлива определяются паропроизводительностью и конструкцией котла, свойствами топлива и его золы.

Рекомендуемые типы топок и способы подготовки топлива перед сжиганием для различных топлив в соответствии выбираем по таблице 4.1.

для сжиганиия газообразных и жидких топлив в котлах любой паропроизводительности применяют камерные топки, сжиганием твердых топлив в пылевидном состоянии в камерных топках с твердым шлакоудалением рекомендуется для котлов паропроиэводительностью от 25 т/ч л более .

Для топлив с малым выходом летучих (антрацит, полуантрацит, тощий уголь) камерные топки для сжигания топлива рекомендуются для котлов паропроизводительностью более 75 т/ч.

При сжигании топлив с легкоплавкой золой и низкореакционных топлив

с благоприятными температурными и вязкостными характеристиками золы и шлака котлов паропроизводительностью более 75 т/ч рекомендуются топки с жидким шлакоудалением (2.)

Исходные данные для расчета:

-номинальная паропроизводительность котла 44 ,т/ч;

-давление перегретого пара 4,7 МПа;

-температура перегретого пара 450 С;

-температура питательной воды 148 С; ;

Использованное топливо и его состав.

- Определение геометрических размеров топки.

Ширина топочной камеры определяем с учетом теплонапряжений топочного объема и топочного сечения в следующей последовательности.

1.Определяем максимально допустимое теплонапряжение топочного объема в соответствии с паропроизводительностью и видом сжигаемого топлива по таблице 5.

Минимальная ширина топки по условиям теплонапряжения топочных экранов

b_min=BQ^р_н3600/(4,19q_v ^. F_б ), м

b_min=BQ^р_н3600/(4,19q_v ^. F_б =

2.Определяем допустимое теплонапряжение топочного сечения q_F (принемаются значения 1500000 ккал/м²ч) для углей и 8000000 ккал/м²ч для газа и мазута).

Определение конструктивных характеристик топочной камеры

На экскиз боковой камеры стены топочной камеры наносим необходимые размеры. Экскиз топки приведен на (рисунке 4.3). Высота топочной камеры определяется как разность отметок осевой линии выходного окна топки и средней линии холодной воронки(или пода)топки.

Допустимое теплонапряжение топочного объема q_v (ккал/м²ч ).

Таблица 5

Топливо		Производительность котла,т/ч
		Дпе>75	50	35	25
Антрацит	120000 - - -
Полуантрацит	120000 - - -
Тощие угли	140000 160000 180000 220000
Каменные угли	150000 160000 180000 220000
Отходы углеобогощения	140000 160000 180000 220000
Бурые угли	160000 180000 210000 250000
Мазут	250000 300000 350000 400000
Природный газ	350000 400000 450000 500000

Минимальная ширина топки по условиям шлакования топочных экранов

b_min=BQ^р_н3600/(4,19q_F ^. а ), м, где а -глубина топки, м

bmin=BQрн3600/(4,19q_F ^. а )=

Действительная ширина топки при сжигании твердого топлива должна превышать наибольшее из двух полученных минимальных значение топки в 1,05-1,2 раза.Наибольшее значение принемается для топлив,температура начала деформации золы которых t₁ ниже 1050 ⁰С

Расчетные формулы геометрических характеристик топок предоставляются в виде таблице 7

.

Геометрические характеристики топки				Таблица 7
Наименование	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Расчет	Величина		Величина
Вид екранних труб	d×s	мм×мм	Принимаем	По чертежу-прототипу	60×3		60×3
Ширина топки	b	м	(1,1÷1,2)bmax,де bmax=max{bmin.т;bmin.ш}	1,1*			5,16
Площадь топочного сечения	fт	м2	а*b				22,45
Мінімальна ширина топки із умови шлакування	bш min	м	(Bp*Qн.р.)/(qf*a)				4,69
Мінімальна ширина топки із умови теплової напруги	bт min	м	(3600*Bp*Qн.р.)/(qν*Fб*4,19)				5,84
Глубина топки	а	м	по чертежу-прототипу	Принимаем	4,35		4,35
Напруга топочного зрізу	qf	МДж/(м²*с)	Задаемся	f(Dпп = 4,4 т/ч,вид топлива),таб.XVlll,(1)	1750		1750
Высота топочной камеры	hт	м	VТ /(а*b)				9,7
Высота топочной камеры(расчетная)	h1	м	Принимаем		0,97		0,97
Напруга топочного об"єму	qν	МДж/(м³*с)	Задаемся f(Dпп = т/ч,вид топлива),таб.XVlll,(1)		180000		180000
Относительный уровень расположения горелок	Хгор		hгор/hт				0,31
Расстояние от оси горелок до середины холодной воронки	hгор	м	по чертежу-прототипу		3		3
Поверхня екранування фронтового екрану	Fфр.экр	м2	Fфр-2m*(L1+L2+L3+L4)-Fгор				50,03
Поверхня екранування	Fгор	м2	Принимаем		1		1
Поверхность по фронту	Fфр	м2	(L1+L2+L3+L4)*b				55,32
Задняя поверхность	Fзад	м2	(L1+L2+L5)*b				36,48
Площа вихідного вікна	Fоф	м2	(L6+L7)*b				10,68
Визначення площі стін топочної камери	Fст	м2	Fфр+2*Fб+Fз+Fоф				160,86
Поверхня екранування	Fлаз	м2	Принимаем		0,8		0,8
Поверхня екранування заднього екрану	Fзад.экр	м2	Fзад-2*m*(L1+L2+L5)				33,65
Поверхня екранування бокового екрану	Fбок.экр	м2	Fб-(L3+L5)*m-Fлаз				26,34
Відстань від фронтового екоану до стін топки	m	м	Задаёмся		0,2		0,2
Объём топочной камеры (расчетный)	Vт	м3	Fб*b				150,62
Лучевоспринимающая поверхность	Hл	м2	Нфр+2*Нб+Нзад+Нок				144,64
Эффективная толщина излучающего слоя	S	м	3,6 Vт/ Fст				3,37
Площа бокової стіни топки	F1	м2	h1*((2*L1+a)/2)				3,13
	F2	м2	a*L5				21,32
	F3	м2	[a+(a-L8)]*(L3-L5)/2				1,83
	F4	м2	L7*(a-L8)				2,91
	Fб	м2	F1+F2+F3+F4				29,19
Длина	L1	м	Принимаем		1,05		1,05
	L2	м	Принимаем		1,12		1,12
	L3	м	Принимаем		5,35		5,35
	L4	м	Принимаем		3,2		3,2
	L5	м	Принимаем		4,9		4,9
	L6	м	Принимаем		1,3		1,3
	L7	м	Принимаем		0,77		0,77
	L8	м	Принимаем		0,576		0,576
Поверхня екранування вихідного вікна	Fоф.экр	м2	Fоф.экр=Fоф				10,68
Крок екранних труб:	Sфр	м	Принимаем		0,07		0,07
	Sб	м	Принимаем		0,07		0,07
	Sзад	м	Принимаем		0,065		0,065
Відстань від обмуровки до осі екранної труби	е	мм	(асв-а)/2*1000				55
Глубина топки в свету	асв	м	Принимаем		4,46		4,46
Расстояние от оси крайней трубы до угловой	m угл.	мм	Принимаем		0,1		0,1
Число труб бокового экрана	n бок	шт.	(а-2*m угл)/Sб+1				60
Число труб заднего экрана	n зад	шт.	(b-2*m угл)/Sзад+1				77
Коефіцієнт забруднень	ζ	ˉ	Принимаем		0,45		0,45
Ступінь екранування	χ	ˉ	Нл/Fcт				0,9
Середній коефіцієнт теплової ефективності	ψср		ζ*χ				0,41
Кутові коефіцієнти топочних екранів:			Визначаємо з номограми I(а) стор.240
фронтового екрану	Хфр	ˉ			0,98		0,98
бокового екрану	Хб	ˉ			0,98		0,98
заднего екрану	Хзад	ˉ			0,99		0,99
вихідного екрану	Хок	ˉ			1		1
Промінесприймання поверхні:
фронтового екрану	Нфр	м²	Fфр.экр*Хфр				49,03
бокового екрану	Нб	м²	Fбок.экр*Хб				25,81
заднего екрану	Нзад	м²	Fзад.экр*Хзад				33,31
вихідного екрану	Нок	м²	Fоф.экр*Хок				10,68
Параметр	М°	-	0,59-0,5*Хт				0,44
Тепло, вносимое воздухом в топку	Qв	кДж/кг	(aт-∆aт-Δαпс)*I°гв+(∆aт+Δαпс)*I°хв				1883

Вывод:

Вопросы к защите практической работы №7

1. Опишіть основні способи спалювання палива і дайте їхню коротку характеристику.

2. Які основні вимоги пропонуються до топкового пристрою?

3. Якими факторами визначається вибір типу топкової камери і пальникових пристроїв?

4. Накресліть схеми основних типів пиловугільних пальників і опишіть їхні пристрої й принцип роботи.

5. Дайте опис пристроям для виведення шлаку з топкових камер із твердим шлаковидаленням.

ДОДАТОК 3

Рисунок 4.3. – Схема топкової камери

Методические указания к практической работе №8