2.2 Проверочный расчёт топки

2.2.1 Определение конструктивных размеров и характеристик топочной камеры

Задачей проверочного расчета является определение температуры газов на выходе из топки при заданных её конструктивных размерах. Конструктивные размеры топочной камеры определяем по чертежам парового котла, заданного для курсового проекта, после чего заносим их в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Конструктивные размеры и характеристики топочной камеры

Наименование величины	Обозначение	ед.	Источн. или формула	Топочные экраны					Выходное окно
				Фронтовой		Боковой	Задний
				Осн.	Х.В.		Осн.	Х.В.
Расчетная ширина экранированной стены		м	Чертеж и эскиз	6,075	6,075	5,800	6,075	6,075	6,075
Освещенная длина стены		м	Чертеж и эскиз	14,7	3,74	-	9,20	3,74	4,34
Площадь стены		м2		89,30	22,72	71,51	55,89	22,72	26,36
Площадь участка стены, не закрытой экранами		м2	Чертеж и эскиз	2,4	-	-	-	-	-
Наружный диаметр труб	d	м	Чертеж и эскиз	0,06	0,06	0,06	0,06	0,06	-
Число труб в экране	z	шт	Чертеж и эскиз	81	81	64	81	81	-
Шаг экранных труб	S	м	Чертеж и эскиз	0,075	0,075	0,085	0,075	0,075	-
Относительный шаг труб	S/d	–	–	1,250	1,250	1,42	1,250	1,250	-
Расстояние от оси трубы до обмуровки	e	м	Чертеж и эскиз	0,100	0,150	0,100	0,100	0,150	-
Отн-ое расстояние до обмуровки	e/d	–	–	1,667	2,50	1,667	1,667	2,50	-
Угловой коэффициент экрана	x	–	Номогр. 1 [1,стр 123]	0,99	0,99	0,97	0,99	0,99	1
Коэф., учитывающий загрязнения	ζ	–	Табл.2.2 [1, стр 31]	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45
Коэф. тепловой эффективности экрана	ψ	–	x ζ	0,446	0,446	0,436	0,446	0,446	0,45

Угловой коэффициент экрана, x определяем по номограмме 1а рис. 2.3. [2, стр.13] в зависимости от S/d и l/d этого экрана.

Реальные условия работы экрана с учётом загрязнения их отложениями шлака и золы оценивают коэффициентом эффективности экрана =x· где

 - коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения экранных труб или нанесения на них слоя огнеупорного материала, принимаем  =0,45 по табл. 2.2 [1, стр.31].

2.2.2 Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяем по формуле:

где

– расчётная площадь стен топки, которую определяем как сумму площадей, ограничивающих активный объём топки:

В числителе – алгебраическая сумма произведений коэффициентов тепловой эффективности экранов на соответствующие этим экранам площади стен, покрытые испарительными поверхностями. Вычитанием неэкранированных площадей учитываем снижение тепловой эффективности каждого экрана за счет неполного покрытия стен испарительными поверхностями.

2.2.3 Активный объём топочной камеры определяют по формуле:

=71,51 м² - площадь боковой стены топки (табл. 2.1),

- ширина топки (табл. 2.1).

2.2.4 Эффективную толщину излучающего слоя в топке определяем по формуле:

2.2.4 Расчёт теплообмена в топке

Расчет суммарного теплообмена базируется на приложении теории подобия к топочному процессу.

2.2.5 Безразмерная температура газов на выходе из топочной камеры вычисляется по формуле:

где

- критерий поглощательной способности Бугера;

- критерий радиационного теплообмена Больцмана;

- адиабатическая температура горения топлива;

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

- абсолютная температура газов на выходе из топки, К;

- температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, К;

2.2.6 Критерий Больцмана рассчитывается по формуле:

где

- расчетный расход топлива;

-поверхность стен топки;

-средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур ( … );

- среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов;

-коэффициент сохранения тепла;

– коэффициент излучения абсолютно черного тела.

2.2.7Температура газов на выходе из топки:

2.2.8 Эффективное значение критерия Бугера:

Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера):

где

-коэффициент поглощательной способности топочной среды

-давление в топке, для паровых котлов, работающих без наддува;

-эффективная толщина излучающего слоя.

При сжигании твердых топлив коэффициент поглощения топочной среды:

=0,20 – принимаем для каменного угля.

Коэффициент поглощения лучей частицами золы:

где

- концентрация золы в продуктах сгорания (табл. 1.4);

=0,80- принимаем для каменного угля.

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания ( :

где

=20 [1, стр.124];

- суммарная объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания (по табл. 1.4).

.

2.2.9 Для камерных топок параметр М рассчитывается по формуле:

=0,42 – принимаем при встречном расположении горелок;

-параметр забалластированности топочных газов.

где

-коэффициент рециркуляции газов, в нашем случае

-объем дымовых газов на выходе из топки (табл.1.4).

2.2.10 Относительный уровень расположения горелок в топке определяется по формуле:

где

=12,02 м –общая высота топки;

- уровень расположения горелок в ярусе, который находится как расстояние от середины холодной воронки до оси горелок в ярусе. При сжигании одного вида топлива и расположения горелок в несколько ярусов:

где

и т.д. –число горелок в первом, во втором и т.д. ярусах;

и т.д. – высота расположения осей ярусов.

2.2.11 Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1 кг топлива:

где

-энтальпия продуктов сгорания 1кг топлива при температуре

=950⁰С принимаем для камерных топках для сжигания каменных углей (табл.2.3 [1, стр.36]);

-определяется по полезному тепловыделению в топке при избытке воздуха .

2.2.12 Полезное тепловыделение в топке:

где

-располагаемое тепло;

-потери тепла от химической и механической неполноты сгорания топлива, потери с теплом шлака;

-тепло, вносимое в топку с паровым дутьем, принимаем применяем механические форсунки;

-тепло рециркулирующих газов в нашем случае отсутствует;

-тепло, вносимое в топку с воздухом:

где

-энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре за воздухоподогревателем при t_ГВ=250 ⁰С принимается по табл. 1.5;

-энтальпия присасываемого воздуха,

Здесь находится по формуле:

где

- присос в системе пылеприготовления при сушке горячим воздухом, ;

-коэффициент избытка воздуха в месте отбора газов на рециркуляцию;

-коэффициент рециркуляции газов в низ топки или в горелки, в нашем случае

Полученная температура не отличается более, чем на от принятой.

2.2.13 По полученной температуре при находим и количество тепла, переданное излучением в топке:

Определяем тепловые нагрузки топочной камеры.

Удельное тепловое напряжение объема топки:

Данное значение не превышает допустимых значений по табл.1.8 [1, стр.15].

2.2.14 Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок:

Где -сечение топки,

Значение удельного теплового напряжения сечения топки в области горелок превышает максимально допустимого значения для сжигания шлакующих каменных [1, стр. 38], с разрешения руководителя проекта допускаем, что полученное удельное тепловое напряжение сечения топки удовлетворяет условиям предотвращения шлакования экранов.