2. Знаходимо променесприймаючу поверхню камери охолоджування.

Оскільки в даному прикладі в камері охолоджування відсутні розводки під пальники, лази, а інші ділянки, не закриті екранними трубами, наприклад віконця вічок, нехтуємо, то приймаємо

F = F

Відповідно до мал. 4.2 прилегла до ширм поверхня екранів складається з поверхні задньої стіни, частини поверхні бічних стін, стелі і двусвітного екрану:

F_пр.з= ( 1,993+ 0,4265 + 0,11 8 + 6,878 + 0,145+1,354) 20,428 = 228,9 м²;

F_пр.б= (16,43+ 14,186) 0,5 (1,235 + 0,35) = 24,3 м²:

F_пр.л = 24,3 2 = 48,6 м²;

F_пр.пот= (1,585 + 1,060) 20,428 = 54,0 м²;

F_пр.окн =F_окн = 122 3 м²;

F_пр.пер= F_б.п= 6,9 м².

Відповідно до цього

F_np = 228,9+ 24,32+ 48,6+ 54,0+122,3+ 6,92 = 613,4 м².

Кутові коефіцієнти настінних і двусвітних екранів і топкових ширм _э=1,0 зважаючи на їх виконання суцільнозварними.

Тоді відповідно до п. 4.1.3

F_л.т = (F_ст- F_np- F_np) + F_штZ_ш.т+ F_npZ_np =(2610,3-952.8- -613,4) 1.0 + 952,8 0,702 1,0 + 613,4 0,700 1,0 = 2142,3 м².

В результаті відношення F_л.т/F_cт = 0,82, що менше кутового коефіцієнта екрану ( _э = 1.0) за рахунок зниження інтенсивності випромінювання в зоні ширм і прилеглих стін (Z_шт=0,702 і Z_пр = 0,700). Разом з тим за рахунок ширм поверхня тонки збільшилася в 2610,3/(2610,3 — 952,8)= 1,575 рази.

Приклад 4.4. Для однакових конструкцій топок зіставити оптичні властивості факела ɛ_ф при спалюванні екибазтузького, кузнецького марки CC

і назаровського вугілля (додаток, табл. П1, відповідно палива № 9, 6 і 15). Типи млинів прийняти: для екибазтузького вугілля -молоткові млини (MM) і шарові барабанні млини (ШБМ); для вугілля кузнецького — ШБМ; для назаровського вугілля— MM. Ефективна товщина випромінюючого шару топки s = 6,0 м, температура газів за нею 1100°С, a_ун= 0,95. Як зміниться _ф при спалюванні природного газу (додаток, табл. П2, паливо № 8) в газощільному котлі при надлишковому тиску в топці р_т = 0,103 МПа?

Рішення. 1. Для вказаних палив необхідні теоретичні об'єми трьохатомних газів, водяної пари, азоту і повітря для горіння мають наступні значення:

Об'єм газів, м³/кг(м³) Екибазтузький СС КузнецькийСС НазарівськийСС Пріродній газ

…………….. …… 0,84 1,36 0,70 1,07

……………… .. 0,4 9 0,57 0,83 2,21

………………… 3,61 5,79 2,86 7,84

……………….. .. 4,65 7,31 3,62 9,91

2. Розрахунок оптичних властивостей факела при спалюванні твердих палив і природного газу зведені в табл. 4.3 .

3. Визначаємо коефіцієнт випромінювання факела при помелі вугілля екибазтузького CC в ШБМ:

коефіцієнт ослаблення проміння

=81,8 (МПа м)

коефіцієнт ослаблення проміння топковим середовищем

k_тв= 3,362 0,229 + 81,88 0,0451+ + 10 0,5 0,1 = 4,959 1 /(МПа м);

коефіцієнт випромінювання факела

=1-ее =0,949.

4. Основні висновки з проведених розрахунків: тонший помел екибазтузького CC в ШБМ замість MM підвищує інтенсивність випромінювання топочной середовища; помітне збільшення маси газів на 1 кг палива при спалюванні коваля CC пов'язано з істотним зменшенням зольності палива і збільшенням горючої маси; висока зольность палива екибазтузького CC забезпечує підвищений коефіцієнт випромінювання факела в порівнянні з іншими видами палива; при спалюванні природного газу у зв'язку з відсутністю золи коефіцієнт випромінювання факела значно менше, чим для твердого палива.

Мал. 4.3. Топочная камера котелаЕ-670-13,8 До з твердим шлаковидаленням і установкою ширм у верхній частині топкі

Приклад 4.5. Як зміниться коефіцієнт випромінювання призматичної топки (мал. 4.3) при введенні в об'єм топки одного двусвітного екрану, якщо: а) спалюється тверде паливо — вугілля кузнецьке маркми CC (дані за прикладом 4.4), = 1,20, млини — ШБМ, " = 1100° С, а_ун = 0,95; б) спалюється природний газ (дані за прикладом 4.4), _т= 1,20, наддув P_т = 0,103 МПа.

Рішення. Початковий варіант. 1. Відповідно до п. 4.1.2 визначаємо геометричні характеристики топкової камери. Поверхня стін заднього екрану Fз =293,9м² ; фронтового екрана Р_фр = 355,9 м²; бічного екрану Fб= 198,0 м, стелі F'пот = 72,0 м²; вихідного вікна F_вік = 120,4 м ; підлоги F_под = 63,4 м²; поверхня стін топкі F_ст= 293,9+ 355,0 + 198,02 + 72,0+ 120,4 + 63,4= 1301,6 м^2.

Об'єм топкі V_т = 198,00 12,88 = 2550 м³.

Ефективна товщина випромінюючого шару

s = 3,66 = 7,05 м.

2.Оптичні властивості факела при спалюванні твердого палива відповідно до прикладу 4.4: об'ємна частка водяної пари r_н2о = 0,065, сумарна об'ємна частка трьохатомних газів і водяної пари r_{п =} 0,213, безрозмірна концентрація золи _ел = 0,0109;

p _п s = 0,1 0,2133 7,05 = 0,1502 МПа м;

коефіцієнт [формула (4.14)]

k_г =(( (1-0,377 )=3,059 1/(МПа м);

коефіцієнт k_зл = =81,8 1/(МПа м);

коефіцієнт ослаблення проміння топковим середовищем

k = 3,0599 0,213 + 81,88 0,0109 + 10,00 0,55 0,1=2,0431/(МПа м);

коефіцієнт випромінювання факела [формула (4.11)]

_ф=1-e =0,763.

3. Оптичні властивості факела при спалюванні природного газу за даними прикладу 4.4: r_{Н2О =} 0,171; r_п =0,252; відношення С^р/Н^{р =} 3,019; т=0,1.

Відповідно до приведених в прикладі 4.4 формул

k=(( )(1-0,377 )= 3,343 1/(МПа м);

kc = 0,3(2-l,2)) 3,019= 1,229 1/(МПа м);

=1-ee =0,778;

1-e =0,458;

_ф = 0,11 0,778 + (1-0,1)0,458 = 0,490.

Варіант з двусвітним екраном. 4. Геометричні характеристики топки:

відповідно до (4.2) поверхня стін топки рівна сумі захищаючих поверхонь стін і поверхні двусвітного екрану. Оскільки _Fдв.э = F₆ 2=198,0 2 = 396,0 м², то

F_ст = 1301,6 + 396,0= 1697,6 м²;^'

об'єм топки залишається без змін: V_т =2550 м³, при цьому s= 3,6 (2550/1697,6) = 5,41 м.

5. Оптичні властивості факела при спалюванні твердого палива:

р_п s=р r_п s = 0,11 0,213 5,41 =0,115 МПа м;

коефіцієнт [по формулі (4.14)]

(1-0,377 )= 3,563 1/(МПа м);

значення k_зл, k_кокс, ₁ і ₂ зберігаються такими ж, як і в початковому розрахунку топкb;

коефіцієнт ослаблення проміння топковим середовищем

_ф=3,5633 0,213+81,88 0,019+10,0 0,55 0,1=2,150 1/(МПа м); коефіцієнт випромінювання факела

_ф =1-е =0,688.

Таким чином, введення двусвітного екрану в топку зменшує середню ефективну товщину випромінюючого шару з 7,05 до 5,41 м і коефіцієнт випромінювання факела на екрани з 0,763 до 0,688 (в даному випадку на 9,8%), при цьому розмір теплосприймаючих екранів топки збільшується в 1697,6/1301,6=1,304 разу.

6. Оптичні властивості факела при спалюванні природного газу:

р_п s = 0,1033 0,2522 5,41=0,1404 МПа м;

коефіцієнт [по формулі (4.14)]

k_г= = 3,886 1/(МПа м);

коефіцієнт k_c зберігає своє значення 1,229 1/(MПa м).

Відповідно до одержаних величин визначаємо по (4.13):

=1-е =0,708;

1-е =0,4206

коефіцієнт випромінювання факела в топці

_ф = 0,1 0,708 + (1-0,1) 0,4206 = 0,449.

Таким чином, при введенні двусвітного екрану коефіцієнт випромінювання зменшився з 0,490 до 0,449. Це на 8,4% менше за початковий, тобто має місце приблизно таке зменшення випромінювання, як при спалюванні твердого палива.

Приклад 4.6. Визначити коефіцієнт випромінювання газового середовища У вільному об'ємі топки і в об'ємі, укладеному між ширмами при спалюванні воркутінського вугілля мазкі ЖР, відсівши (додаток, табл. П1, паливо № 11). Геометричні розміри топки відповідають прикладу 4.5 і приведені на мал. 4.3; " = 1100° С, _т= 1,20, _ун = 0,95, кількість топкових ширм 12 шт., котел працює з урівноваженою тягою, тип млинів — ШБМ.

Рішення. 1. Визначаємо геометричні характеристики топкової камери, необхідні для розрахунку коефіцієнтів випромінювання вільного газового об'єму і об'єму газів, ув'язненого між ширмами (на мал. 4.3 по котлі штриховою лінією). Вони знаходяться по п. 4.1.8 відповідно Для кожного з цих об'ємів. Причому в поверхню захищаючих стін об'єму включаються також площі розділяючих їх перетинів. Поверхня стін примикаючого об'єму зони ширм:

фронтового екрану F _фр.пр = 17,0 12,88 = 219 м²;

бічного екрану F_б.пр = 1,435 17,0 = 24,4 м²;

стелі F _пот.пр =1,435 12,88 = 18,5 м²;

топочні ширми F_ш.т = (1,235 17,0 + 0,2 1,235) 12 2 =509,8 м^2;

сумарна поверхня примикаючого об'єму F =219,0 + 24,4 2 + 18,5 +

+ 509,8 = 796,1 м².

Площа роздільної поверхні ширм і вільного об'єму

F_р =(1,435+ 17,0) 12,88 = 237,4 м².

Сумарна обмежуюча поверхня зони ширм

F _огр = Fnp + Fp = 796,1 +237,4= 1033,5 м².

Примикаючий об'єм

V_т = F₆ b = 24,4 12,88 =314,3 м².

Ефективна товщина випромінюючого шару примикаю чого об'єму

s _пр = 3,6(314,3/1033,5)= 1,095 м.

Визначаємо поверхню стін вільного об'єму топки: заднього екрану F_{з.св =} Fз = 293,9 м^2;

фронтового екрану F_фр.св=Fфр-F_фр.пр=355,9-219,0=136,9м²; бічного екрану F_{6 св} = F₆-F_6.пр = 198,0 - 24,4 = 173,6 м² ; стелі F_пот.св= F _піт – F_пот.пр = 72,0- 18,5 = 53,5 м²; вихідного вікна F_окн.св = F_okh = 120,4 м²;

підлоги _{Fпод.св =} F_под = 63,4м^2;

сумарна поверхня вільного об'єму FeB = 293,9 + 136,9 + 173,6-2 + +53,5+120,4 + 63,4=1015,3 м² Сумарна обмежуюча поверхня

F_огр = 1015,3 + 237,4 =1252,7 м².

Вільний об'єм

Vсв= 173,6 12,88 = 2236,0 м³.

Ефективна товщина випромінюючого шару вільного об'єму

s_св = 3,6 (2236,0/1252,7) = 6,43 м. 2. Визначаємо склад продуктів згорання. У відповідністі з табл. ПЗ додатки, паливо №11:

V_R02= 1,04 м³/кг, V , =4,57 м³/кг. V = 0,56 м³/кг;

V° = 5,77 м³/кг, Vг° = 6,17 м³/кг.

При надлишку повітря _т = 1,20 об'єм продуктів згорання і водяної пари відповідно по (2.15) і (2.14) рівні:

Vг =6,17 + 1,0161 (1,2-1) 5,77 = 7,34 м³/кг;

V_Н20= 0,56+0,0161 (1,2-1) 5,77 = 0,58 м³/кг.

Об'ємні частки трьохатомних газів і водяної пари відповідно рівні:

r = 1,04/7,34 = 0,142; r _Н20= 0,58/7,34 = 0,079.

Сумарна об'ємна частка трьохатомних газів і водяної пари

r_п = 0,142 + 0,079 = 0,221.

Маса димових газів [по (2.16)] при Ар = 28,4% (але табл. П1)

Gг= 1- (28,4/100) + 1,306 1,2 5,77 = 9,76 кг/кг.

Безрозмірна концентрація золи [по (2.21)]

_зл== =0,0276.

3. Оптичні властивості факела для вільного об'єму: р_ns=pr_ns_св = 0,1 0,221 6,43 = 0,142 МПа м; коефіцієнт [по (4.14)] k_г= (1-0,377 = 3,252 1/(МПа м);

коефіцієнт k_зл = = 81,8 1/(МПа м);

коефіцієнт ослаблення проміння топковим середовищем [по (4.17)]

k = 3,252 0,221+81,8 0,0276+10,0 0,55 0,1 =3,476 1/(МПа м);

коефіцієнт випромінювання факела [по (4.11)]

_ф.св=1-ее = 0,893.

4. Визначаємо оптичні властивості факела для примикаючого об'єму:

р_ns= 0,1 0,221 1,095 = 0,0242 МПа м;

коефіцієнт k_г = (10,377 =8,581/(МПа м); коефіцієнт ослаблення проміння топковим середовищем

k = 8,588 0,221+81,88 0.0276+10,0 0,5 0,1=4,654 1/(МПа м);

коефіцієнт випромінювання факела [по (4.11)]

_фпр =1-e =0,399.

У міжширмовому об'ємі інтенсивність випромінювання газового середовища в даному прикладі в 2,24 рази слабкіша, ніж у вільному об'ємі топкі.

Приклад 4.7. Зіставити, наскільки зміниться коефіцієнт випромінювання факела еф при спалюванні природного газу (додаток, табл. П2, паливо №8) в топці звичного (р=0,1 МПа) і високонапірного парового котела при р =1 МПа, що має однакову ефективну товщину випромінюючого шару в топці s= 2,1 м. Прийняти температуру продуктів згорання за топкою 1350 С, надлишок повітря 1,03.

Рішення. 1. Визначаємо частки трьохатомних газів і водяної пари. Склад палива і теоретичні об'єми відповідають прикладу 4.5.

При надлишку повітря _т=1,03:

V_г = 11,12+ 1.0161 (1,03- 1)9,91 =11,42 м³/м³; V_H2O =2,21+0,0161 (1,03-1)9,91 =2,215 м³/м³.

Об'ємні частки трьохатомних газів:

r_RO2 =1,07/11,42= 0,094; r_Н20 = 2,215/11,42 = 0,194.

Сумарна об'ємна частка трьохатомних газів і водяної пари r_{п =} 0,094 + 0,194 = 0,288.

2. Визначаємо оптичні властивості факела топки звичного парового котла:

p_пs = 0,06048 МПа м;

коефіцієнт k_г =5,206 1 /МПа м;

коефіцієнт ослаблення проміння частинками сажі при значенні С^p/Н^{p =} 3,019 (за прикладом 4.4) k_с= l,842 1/(МПа м) коефіцієнти випромінювання факела, що світиться і не світиться _св=0,504;

_г=0,270.

Коефіцієнт випромінювання факела в топці звичного котла _ф = 0,1 0,991+(1-0,1)0,564 = 0,607.

3. Визначаємо оптичні властивості факела в гонці високонапорного котла:

р_п s =pr_ns =1,0 0,288 2,1=0,6048 МПа м;

коефіцієнт k_г= (1-0,377 )= 1,373 МПа м;

коефіцієнт ослаблення проміння частинками сажі принімаєм таким же: k_с= 1,842 1/(МПа м);

коефіцієнти випромінювання факела, що світиться і не світиться:

_св=1-е =0,991

_г=1-е =0,564;

коефіцієнт випромінювань факела в топці високо напірного котла

_ф = 0,1 0,991+(1-0,1) 0,564 = 0,607.

Інтенсивність газового випромінювання в топці високо напірного котла в даному прикладі в 2,054 рази вища, ніж в звичній топці.

ЗАДАЧІ

Задача 4.1. Визначити геометричні характеристики топкової камери котла Е-500-13,8 ГМ з tпе=545°С, що має такий же профіль топкової камери, як в прикладі 4.1, і відмінний тільки шириною топки, що становить по осях труб 13 520 мм. Кількість пальників 8, лазів 4.

Задача 4.2. Визначити променесприймаючу поверхню екрану стіни топки, що має ширину 13 і висоту 21 м. Екран виконаний з гладких

труб зовнішнім діаметром 42 мм з кроком 46 мм; у нижній частині екрану є чотири амбразури пальників діаметром гирла 1,2 м і два лази діаметром 0,45 м, у верхній частині екрана - восім сопл для рециркуляції газів розміром кожне 0,22 0,45 м. У нижній частині екран ошипований на висоту 2 м по всій ширині.

Задача 4.3. Визначити коефіцієнт випромінювання факела _ф при спалюванні березовського бурого вугілля (додаток, табл. Ш, паливо № 14). Надлишок повітря за топкою прийняти _т= 1,2, температуру продуктів згорання за нею 1050 С, ефективну товщину випромінюючого шару топкі 5 м, млини — молоткові, а_ун = 0,75.

Задача 4.4. Визначити коефіцієнт випромінювання топкової камери _т при спалюванні нерюнгрінського вугілля (додаток, табл. П1, паливо № 16). Прийняти надлишок повітря за топкою _т = 1,2, температуру газів за топкою = 1200° С, (ефективну товщину випромінюючого шару топкі 5=7,0 м, млини - середньоходові, середній коефіцієнт ефективності екранів _ср = 0,41,

а_ун = 0,95, топка - з урівноваженою тягою, тобто р_т = 0,1 МПа.