холодної воронки, висоти вихідного вікна. Прийняти: Vт ₌ 2550 м³; _cp = 0,444; кутовий коефіцієнт екранів х=0,96.

Визначити температуру газів на виході з топки для кожного з цих варіантів при спалюванні відсіву газового вугілля (додаток, табл. П1, паливо № 4). При про-веденні розрахунків прийняти: M = 0,48; = 0,960; =20133 С; _т= 1.2; Вр = =19,677 кг/с: = 0,9965.

Рішення. 1. Визначення коефіцієнтів форми топки. При відношенні сторін а_Т/b_Т = 4, площа перетину топки при заданому відношенні сторін рівна f_Т= 4b_Т∙b_Т = 44 b_Т ² , звідки

b_Т = = 5,275 м;

а_Т =44∙5,275==21,1 м.

Для цього випадку згідно мал. 4.3 основні розміри топкової камери приймуть наступні значення: ширина 21100 мм, глибина 5275 мм, висота холодної воронки 3240мм, висота ширмового вікна 7520 мм, висота від початку виступу до ширм 4900 мм.

1.1. Визначаємо об'єм топки. Об'єм холодної воронки =F_6xа_т, де F_6x - площа бічної стіни холодної воронки, яка рахується до середини холодної воронки. При цьому половина висоти холодної воронки 1,62 м, ширина в середній частині холодної воронки 2.64 м. При цих розмірах одержуємо площу бічної стіни F_6x = (5,275 + 2,64)∙0,55∙1,62 =6,41 м2. Об'єм холодної воронки = 6,411∙21,1 = 135,4 м³.

Об'єм верхньої частини топки в районі ширм =F_6ва_Т. Відповідно до мал.4.3 при зменшенні ширини топки з 8,64 до 5,275 м глибина газового об'єму від фронтової стіни до ширм зменшується з 5,6 до 2,235 м. При збереженні висоти ширм отримуємо F_6в= 2,2355∙7,25=16,20 м². Об'єм верхньої частини топки = 16,20∙21,1 = 341,8 м³.

Об'єм в районі аеродинамічного виступу (пережиму) під ширмами. Площа бічної стіни цього об'єму складається з двох трапецій (аналогічно приведеним вище висновкам): F_6п = (4,335 + 2,275) ∙0,5 ∙2,815 4+ (2,275 + 5,275)∙0,55∙2,085 = 7,9 м². Об'єм топки в районі пережиму =7,99 21,1=166,7м². Об'єм призматичної частини топки V_пр=V_Т- - - = =2550 - 135,3 – 341,8-166,7 = 1906 м³.

Висота призматичної частини топки

h_пр=1906/(5,2755∙21,1)= =17,1м. Загальна висота топки: h_Т=0.5h _х.в+h_в+h_п+h_пр=1,62+7,25+(2,815+2,085)+17,1=30,6 м.

1.2. Визначаємо розміри поверхні стін: фронтової стіни F_фр= 31,34∙21,1 = 661,3 м²; задньої стіни F_з = 26,333∙21,1 =555,6 м²;

бічної стіни F₆ = 30,51 +5,2755∙17,1 = 120,7 м²;

вихідного газового вікна F_OKH = (7,25 + 2,1) ∙21,1= 197,3 м²;

розрахунковий горизонтальний перетин холодної воронки (по середині висоти холодної воронки) F _х.в = 2,64∙21,1 = 55,7 м²;

сумарна поверхня стін F_ст=661,3+555,6+120,77∙2+197,3+ 55,7 = 1711,3 м².

1.3. Коефіцієнт форми топки F _л.т /V _Т = 1642,8/2550 = 0,644.

де променевосприймаюча поверхня екранів F_лт= F_стх = 1711,3∙0,96 = 1642,8 м². Для інших варіантів відношень а_Т /b_Т розрахунок зведений в табл. 4.7.

Таблиця 4.7.

Величина	Відношення сторін топки
	аТ /bТ=2	аТ /bТ = 1,0
Ширина топки, м Глибина топкі, м Поверхня бічної стіни в холодній воронці, м2 Об'єм холодної воронки, м3 Поверхня бічної стіни верхньої частини топки (до пережиму), м2 Об'єм верхньої частини топки (до пережиму), м3 Поверхня бічної стіни топки в зоні пережиму, м2 Об'єм топки в зоні пережиму, м3 Висота призматичної частини топки, м Загальна висота топки, м Сумарна поверхня стін топки, м2 Променесприймаюча поверхня екранів топки, м2 Коефіцієнт форми топки –Fл.т / V m	14,92 7,46 12,9 192,1 32,05 478,1 27,88 216.0 14,95 29,31 1396 1340 0,525	10,55 10,55 25,90 273,3 54,45 574,4 43,02 453,9 11,22 26,5 1170,5 1123,7 0,441

Таким чином, із зменшенням відношення сторін топки з 4 до 1, тобто наближенням форми перетину топкі до квадратної, коефіцієнт форми топки зменшується.

2. Визначення температури газів за топкою.

2.1. При відношенні сторін а_Т /b_Т = 4 відповідно до даних (додаток, табл. ПЗ, паливо № 2) визначаємо ентальпії газів Hг, кДж/кг, при =1,20 але (2.25):

Температура, ºC ……. 800 1000 1200 1400 2000 2200

Hг при =1,20 ………7779 9946 12174 14452 21476 24115

Визначаємо енгальпію газів при адіабатній температурі =2013°С:

Q_T = 21476++ (2013-2000) = 21 648 кДж/кг.

Визначаємо середню теплоємність продуктів згорання. Приймаємо температуру газів за топкою 1000 ºС. Тоді за (4.26)

Vc_ср== = 11,55 кДж/(кг∙К).

Число Больцмана за (4.25)

Во=0,99655∙19,677∙11,555∙10¹¹/(5,7∙0.444∙1711,33∙22866 ) = 0,438.

Температура газів на виході з топки з (4.28):

= 2286/ [1 + 0.48 (0,960/0,438) ^0,6 ] = 1292 К; = 1292 -273= 1019 °С.

Значення Vс_ср можна не уточнювати, як розбіжність складає менш 50°С.

2.2. Для інших варіантів відношень а_Т/b_Т розрахунок зведений в табл. 4.8.

Таблиця 4.8

Величина	Відношення сторін
	аТ /bТ =2	аТ /bТ =1
Ентальпія газів при температурі = 2013° С, кДж/кг Температура газів на виході з топки (приймається заздалегідь), ºС Ентальпія газів на виході з топки, кДж/кг Середня теплоємність продуктів згорання, кДж/(кг∙К) Число Больцмана Розрахункова температура газів на виході з топки, °С	21648 1090 10949 11,59 0,538 1088	21648 1130 11394 11,61 0,643 1147

Таким чином, при зменшенні коефіцієнта форми топки F_л,т/V_т з 0,644 до 0,441 при збереженні випромінювальної здатності топкового середовища _{т ,} температура продуктів згорання підвищується з 1019 до 1147°С.

Приклад 4.15. У паровому котлі енергоблока 800 MBт спалюється березовське буре вугілля (додаток, табл. П1, паливо № 14). Основні розміри топочної камери згідно мал. 4.4: V_т =34760 м³; F_cт=7092 м²; h_т ⁼ 61,9 м ; b_т = 18,0 м; а_т = =31,96 м. Як зміниться температура газів за топкою при установці двосвітного екрану по всій висоті топкової камери?

Рис.4.4. Габаритні розміри топкової камери котла Пп-2650-25,0 Б.

При проведенні розрахунків приймаємо: Вр=126,6кг/с; надлишок повітря за топкою =1,20; адіабатну температуру горіння 1850°С; рециркуляція газів відсутня; параметр розподілу температур по висоті топки M=0,4×6; коефіцієнт випромінювання топкової камери в початковому варіанті = 0.960; середній коефіцієнт ефективності екранів _ср = 0,446; коефіцієнт збереження теплоти =0,998.

Рішення.1. Визначаємо температуру газів за топкою в початковому варіанті.

1.1. Середня теплоємність продуктів згорання в топці. З додатку (табл. ПЗ) знаходимо ентальпії газів Нг, кДж/кг_, при =1,20 для очікуваних температур в топці:

, °С …………………….. 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Нг при =1,20 …………..…… 9154 11214 13321 15466 17641 19837

Ентальпія продуктів згорання (при адіабатній температурі а=1850°С; На= =18190 кДж/кг. Приймаємо температуру газів за топкою 1080°С, при цій температурі отримуємо: = 9978 кДж/кг, тоді

Vc_ср== = 10.665 кДж/(кг∙К).

1.2. Температура газів на виході з топки в початковому варіанті. Число Больцмана:

Во = 0,9988∙126,6∙10,665∙10¹¹∕(5,7∙0,446∙7092∙2123³)=0,781.

При цьому значенні В отримаємо:

= 2123/ [1 + 0,486 (0,960/0,781 ) ^0,6 ]= 1370 К; = 1370-273 = 1097ºС і =10 135 кДж,кг.

2. Визначаємо температуру газів за топкою у варіанті з установкою двохсвітного екрану.

2.1. Поверхня стін топки збільшується на поверхню двохсвітного екрану:

Fдв= [18,0∙56,0 + (18,0 + 9,0) ∙0,5∙5,9] ∙2 = 2175 м²;

Fст =7092 + 2175,0 = 9262 м².

2.2. Ефективна товщина випромінюючого шару топки:

s = 3,6∙34 760/9267 = 13,5 м.

2.3. Середній коефіцієнт ефективності стін

= - 0,05=0,45-0,05=0,40; = =0,435.

4. Коефіцієнт випромінювання топкової камери. Відповідно до 4.1 при температурі газів за топкою 100°С, = 0,942.

5. Середня теплоємність продуктів згорання. Приймаємо =1000 С, при цьому =9154 кДж/кг

Vс_ср= =10,63 кДж/(кг∙К).

2.6. Температура газів за топкою за наявності двохсвітного екрану. Число Больцмана Во=0,611;

= 2123/[1+0,486(0,942/0,611)) ]=1302 К;

= 1302-273= 1029 °С і =9419,5 кДж/кг.

Таким чином, установка в топковій камері одного двохсвітного екрану понизила температуру продуктів згоряння за топкою на 68°С, а її теплосприйняття зросло в =1,06 раз.

Приклад 4.16. Якою повинна бути температура продуктів згоряння в перетині топки до місця введення рециркуляції у верхню її частину, щоб при r=0,2 забезпечити на виході за топкою задану температуру ?

При розрахунках прийняти: паливо – проміжний продукт газового вугілля Донецького басейну, розрахункову температуру продуктів згоряння на середині вихідного газового вікна 1100°С, надлишок повітря на виході з топки до введення рециркуляції =1,20, продукти згоряння відбираються на рециркуляції за економайзером при надлишку повітря =1.20 і температурі = 400°С.

Для вирішення задачі прийняти ентальпії газів Hг, кДж/кг, при температурах, близьких до і :

, ºС

Нг, при =1,20 і відсутності рециркуляції ... 8855 10472 12434 3174

Нг, при =1.20 і рециркуляції r=0,20 …….. .10266 12566 14920 -

Рішення. 1. Визначимо ентальпію продуктів згорання до змішення з газами рециркуляциі. За законом змішення

Нг+r∙Нг.рц=Нг.см.

З цієї залежності одержуємо

Нг=Нг.см-r∙Нг.рц.

Використовуючи табличні значення ентальпій при 1000ºC, =1,20 з урахуванням рециркуляції 0,2 Нг.см=0,5(10266+12566)= 11416 кДж/кг, ентальпія газів рециркуляції Нгрц=3174кДж/кг. По набутих значеннях Нгсм і Нг.рц знаходимо ентальпію продуктів згорання до змішення:

Нг =11 416-0,200∙3174=10781 кДж/кг.

2. Визначаємо температуру продуктів згоряння до змішування з газами рециркуляції:

=1200 ++ (1400-1200) = 1230 ºC.

Таким чином, введення газів рециркуляції в кількості 20% дозволяє понизити загальну температуру газів на 131° С. Але варто додати, що конструктивно виконати повне змішування продуктів згоряння складно і тому гази рециркуляції вводяться перед вихідним перетином у нижньому обрізі ширм. При цьому дещо погіршується ефективність роботи екранів верхньої частини топки і у зв'язку з цим реальна зміна температури продуктів згоряння буде дещо менше.

Приклад 4.17. Наскільки можна зменшити висоту і об'єм топки, якщо у верхню її частину ввести рециркуляцію газів r = 0,15 при температурі газів у відборі =380°С і надлишку повітря =1,20. Для розрахунку прийняти топку парового котела Е-500-13,8 (D=138,9 кг/с, t_пе=560°С) при спалюванні відсіву газового вугілля (додаток, табл. П1, паливо № 2), яка має наступні характеристики: площа стін F_ст=1301,6 м²; коефіцієнт збереження теплоти =0,9965; середня теплова ефективність екранів =0,444; коефіцієнт випромінювання топки =0,960; параметр розподілу температур по висоті топки M=0,48; витрата палива 19,677 кг/с; адіабатна температура горіння (при надлишку =1,20) а=1958°С; температура газів за топкою =1102°М при середній теплоємності продуктів згорання Vс_ср= =11,604кДж/(кг∙К); об'єм топки Vт = 2550 м³ при глибині топкі b_т = 8,64 м і ширині по фронту а_т= 16,08 м.

Рішення. Використовуючи дані табл. ПЗ для даного палива отримуємо наступні початкові значення ентальпій газів Hг,_, кДж/кг)

, С ………….. 200 400 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Hг при =1,20

і r=0…………………1796 3690 9946 12174 14452 16765 19109 21426

Те ж при =1,20

і r=0,15………….. - - 11437 14000 16619 - - -

1. Визначаємо температуру газів за топковою камерою в початковому варіанті. Число Больцмана Во = 0,99655 19,6777 11,6044

1011/(5,77 0,4444 1301,66 22313) = 0,622; температура газів на виході з топки:

= 2231 /[1 + 0,48(0,960/0,622) ^0,6 ] = 1375К (1102°С).

2. Визначаємо ентальпію продуктів згорання за топкою при _т = 1,2 і рециркуляції газів 0,15 при збереженні = 1102°С:

Hг.см= 11 437 + (1102- 1000)=12744 кДж/кг.

3. Визначаємо ентальпію газів рециркуляції:

Нг.рц= 1796 + (380-200) = 3501 кДж/кг.

4. Визначаємо ентальпію продуктів згорання до змішення з потоком рециркулюючих газів:

Нг = Нг.см - rНг.рц = 12744-0,155 3501 = 12219 кДж/кг.

При =1,20 значенню Нг відповідає температура продуктів згорання за топкою

= 1200 ++ (1400 - 1200) = 1204°С.

5. Визначаємо необхідну поверхню стін топки для забезпечення температури = 1204°С . Спочатку знаходимо корисне тепловиділення в топці Qт, що відповідає адіабатній температурі горіння а=1958 °С і т = 1,2:

Qт= 19 109+ (1958-1800) = 20979 кДж/кг.

Променеве теплосприйняття екранів топки:

Qл= (Qт - ) = (20 979 - 12 219) 0,9965 = 8729 кДж/кг.

За (4.29):

Fст= 19,677 8729/ [5,7 1011 0,9600 0,444 0,48 (1204 + 273)

22313)]] =936 м ²

Перевіряємо отримані значення:

Во= 0,99655 19,677 11,6044 1011 /(5,7 0,444 936 22313) = 0,865;

= 2231/ [1 +0,48 (0,960/0,865)^0,6 ] = 1477 К;

= 1477-273 =1204 ⁰С.

6. Визначаємо зміну висоти і об'єму топки:

Зміна об'єму топки V_т = a_тb_т h_т = 16,08 8,644 7,1 =986 м³.

ЗАДАЧІ

Задача 4.13. Визначити, як змінюється коефіцієнт форми топки Fл.т / Vт із збільшенням потужності парових котлів. Як приклади; прийняти топкові камери котлів для спалювання мазуту і газу ПО«Червоний котельщик» E-500-13,8TM (D= 138,9 кг/с, t_пе=560 °С). Е-670-13,8 ГМ (D = 186,1 КГ/С, t_пе = 545/545°С), Пп-1000-25 ГM (D = 277,8 кг/с, t_ne= 545/545 °С). При рішенні задачі прийняти наступні початкові дані: для котла E-500-13,8 ГМ — конфігурацію топки за мал. 4.5, для котла Е-670-13.8 ГМ за мал.. 4.1, для котла Пп-1000-25 ГМ за мал. 4.6.

Задача 4.14. Як зміниться поверхня стін призматичної топкової камери при установці в ній шести низькоопущених ширм заввишки 15,0 і шириною 2,0 м з труб діаметром 32 мм, кроком 45 мм ?

Мал. 4.5. Топкова камера котла Мал. 4.6. Схема топкової камери кот- E-500-13,8 ГМ ла Пп-1000-25,0 ГМ з ширмами

В початковому варіанті топка має об'єм V=2750 м³, променесприймаюча поверхня екранів Fл.т= 1388 м². Як зміниться відношення Fл.т/ Vт?

Задача 4.15. Як зміниться висота топки в порівнянні з прикладом 4.16, якщо в ній по всій висоті встановити один (варіант 1) і два (варіант 2) двосвітних екрани за умови збереження температури продуктів згорання за топкою, рівною " = 1097°С? Основні дані для розрахунку прийняти за прикладом 4.16. Як збільшиться при цьому коефіцієнт форми топки?

Задача 4.16. Як зміниться температура продуктів згорання за топкою при верхньому введенні рециркуляції газів? Паливо – кузнецьке вугілля CC (додаток, табл. П1, паливо № 6), початкова температура газів за топкою " = 1200 С, надлишок повітря за топкою = 1,20, гази відбираються при тому ж надлишку повітря і температурі 350° С. Отримати зниження температури газів при рециркуляції 5; 10 і 15% і вивести зразкову залежність зниження температури на 1% рециркуляції.

Задача 4.17. Температурне поле перетину вихідного вікна топки має значну нерівномірність. Умовно можна виділити шість зон по ширині фронту топки з температурами в кожній відповідно 1150, 1200, 1250, 1250. 1200, 1150°С при рівномірному розподілі маси газів по зонах. Які частки рециркуляції треба ввести в кожну зону для вирівнювання температур газів на рівні 1150°С? Прийняти паливо — нерюнгрінське вугілля CС (додаток, табл. П1, паливо № 16), надлишок повітря за топкою і в місці відбору =1,20, температура газів рециркуляції 400°С. Визначити усереднену частку рециркуляції продуктів згорання у верхню частину топки.

Задача 4.18. Одержати габаритні розміри топки при різних варіантах конструкції і використовуванні рециркуляцію газів при збереженні температури продуктів згорання за топкою 1088°С. Розрахункові варіанти: 1) у топці тільки настінні екрани; 2) у топці настінні екрани і один двосвітний екран по всій висоті; 3) у топці настінні екрани і рециркуляція газів у верхню частину в кількості 10%. Конструкцію топкі прийняти за прикладом 4.15 по варіанту з відношенням сторін a_т/b_т=2, дані для розрахунків прийняти по цьому ж прикладу, прийняти відбір газів на рециркуляцію при = 1,20 і температурі 400°С.

Задача 4.19. Для котла паропродуктивністю 138,9 кг/с визначити переви-щення необхідного об'єму топки над мінімально необхідним за умов вигоряння при виконанні екранів настінними (варіант 1) і виконанні екранів настінними з одним двосвітним екраном по всій висоті топкі (варіант 2). Умови задачі прийняти але прикладу 4.14, ширина топки 16,08 м, глибина 8,64 м, поверхня бічної стіни 198 м², Fст= 1301,6 м². Допустима теплова напруга топкового об'єму q_v= 162,8 МВт/м².

4.4. Розрахунок теплосприйняття радіаційних поверхонь в топці

Теплота, сприйнята радіаційними поверхнями нагріву в топці, визначається або на основі позонного розрахунку топки, або теплового розрахунку топкової камери в цілому. При використовуванні результатів позонного розрахунку для визначення теплосприймаючої радіаційної поверхні Qрп, кДж/кг, використовується формула

Q_р.п.q_л.F. _л.р.п/B_р. (4.33)

Якщо радіаційна поверхня нагріву розташовується не в одній, а в декількох зонах, то (4.33) приймає вигляд

Q_р.п= (4.34)

де індекси ¹ і ¹¹ і ін. відносяться до зон, в яких знаходиться радіаційна поверхня. Питомий сприйнятий тепловий потік q_л, кВт/м², визначається для зони з урахуванням коефіцієнта теплової ефективності радіаційної поверхні в зоні , коефіцієнта випромінювання газового середовища в зоні і середньої температури газів в зоні Тср_,, К, по формулі

q_л=5,67 10^-11 (4.35)

Якщо відомо теплосприйняття зони Q₃, кДж/кг, то теплосприйняття окремої радіаційної поверхні нагріву в межах зони можна знайти з виразу:

Q_р.п ⁼Q_{з ст}F_{р.п/ ср}F_ст (4.36)

де -коефіцієнт розподілу теплосприйняття між стінами топки по її периметру; приймається при однофронтовому розміщенні пальників для задньої стіни тонкі _ст.з=1,1, для фронтової _ст.з = 0,9; для бічних стін і в інших випадках розміщення пальників _ст.= 1,0.

При використанні даних загального теплового розрахунку топки в цілому відомими тепловими характеристиками є середній сприйнятий тепловий потік q_л, кВт/м², і питоме теплосприйняття екранів топкі Qл, кДж/кг палива.

Тоді для радіаційної поверхні нагріву її, що цікавить нас, питоме тепло- сприйняття можна одержати з виразу

Qр.п=Qл _{в ст р.п}F_{р.п∕ ср}F_ст

де Fст — поверхня стін топки в цілому, м².

При виконанні розрахунку для всіх окремих радіаційних поверхонь топки повинна дотримуватися умова:

ПРИКЛАДИ

Приклад 4.18. У топці котела Е-500-13,8 ГМ (р = 13,8 МПа, tпп = 560°С) є радіаційний пароперегрівач (РПП), виконаний з шести горизонтальних U-подібних панелей (по одній на бічних стінах при b_Т = 7,68 м і по дві на фронтовій і задній стінах при а_Т = 13,52 м), розташованих зверху випарних вертикальних екранів. Панелі мають по 30 труб діаметром 36x5мм і з кроком s = 40 мм (ширина стрічки 1160мм). Інтенсивність теплового потоку в цій зоні qл = 157,6 кВт/м2. Нижня відмітка розташування панелей від низу топки 11,5 м. Визначити, наскільки збільшиться теплосприйняття радіаційного пароперегрівача, якщо його змістити вниз на 4,0 м в зону з тепловим потоком _л = 235,7 кВт/м². Вр = 9,25 кг/с.

Рішення. 1. Визначаємо променисту поверхню радіаційного пароперегрівача:

Fл.р.п =1,1600 22 7,688 0,98+1,1600 22 13,522 0,988 2 = 96,4 м².

2. Визначаємо променеве теплосприймання радіаційного пароперегрівача в початковому варіанті:

== =1642 кДж/кг.

3. Те ж при зсуві РПП вниз на 4,0 м. В цьому випадку РПП розташовується в зоні, в якій q _л.з =235,7 кВт/м² тоді:

= 235,77 96,4/9,25 = 2456 кДж/кг.

Таким чином, із зсувом РПП вниз різко зростає його теплосприйняття.

Приклад 4.19. Як зміниться теплосприйняття радіаційного перегрівача за прикладом 4.18 при спалюванні природного газу замість мазуту. З аналогічного позонного теплового розрахунку котла на природному газі одержано: температура газів на вході в зону 1371, на виході з неї 1238°С, коефіцієнт випромінювання топкового середовища =0,7587, Вр =9,764 м³/с.

Рішення. 1. Визначаємо середній тепловий потік в зоні по (4.35):

Тср = 0,5(( ' + ") + 273 = 0,5(1371+ 1238)+ 273 = 1577,5 К;

q _л.з = 5,677 10-110,655 0,7587 1577,54 =174,1 кВт/м².

2. Визначаємо теплосприйняття РПП при спалюванні природного газу по (4.33):

Qрп =174,1 96,4/9,764=1719 кДж/м³.

У зв'язку з різною теплотою згорання палив (мазуту і природного газу) зіставимо повне теплосприйняття РПП ., кДж/с, у одиницю часу виходячи із співвідношення =Q _p.n B_p. При спалюванні мазуту = =16422 9,25= 15189 кДж/с; при спалюванні газу = 17199 9,764 = 16784 кДж/с. Таким чином, при спалюванні природного газу теплосприйняття РПП буде більшим, що в основному пояснюється підвищеним коефіцієнтом теплової ефективності екранів.

Приклад 4.20. У останній зоні топкової камери (див. приклад 4.15) розташовані 12 топкових ширм заввишки 8 і шириною 3,8 м. Визначити теплосприйняття ширм, якщо обмивання їх продуктами згорання поздовжнє, температура газів на вході в ширми 1152 і на виході з неї 1048 ºС. Екрани в зоні топкових ширм і самі ширми виконані суцільно зварними з труб діаметром 32 з кроком 48 мм. Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією в зоні ширм _К = 7,155 10^-3 кВт/(м² До); коефіцієнти випромінювання = 0,811 і теплової ефективності = =0,40.

Рішення. 1. Визначаємо сприйнятий тепловий потік в топкових ширмах за рахунок радіації:

Т_СР = 0,5(1152+1048) + 273 = 1373 К.

За (4.35) одержуємо

q_л = 5,67 10^-110,40 0,811 1373⁴ = 65,71 кВт/м².

2. Визначаємо теплосприйняття топкових ширм радіацією:

F_Л.Т.Ш.. = 3,8 8,0 2 12 = 729,6 м²; Q_Л.Т.Ш.=65,71 729,6/126,6 = 378,5 кДж/кг.

3. Визначаємо теплосприйняття топкових ширм конвекцією. Для умов розрахунку середня температура газів = 1100ºС, температуру пари в ширмах приймаємо tср=400° С:

F_к = [3,14 0,032 + (0,048 -0,032) 2]8 (3800/48 + 1)12 = 1017,8 м²;

Q _К.Т.Ш..= F_К –F_Л.Т.Ш.)/ B_Р=

= =11,4 кДж/кг.

Таким чином, сумарне теплосприйняття ширм:

Qт.ш =378,5+11,4=389,9 кДж/кг.

Можливо наближене визначення теплосприйняття топкових ширм іншим шляхом.

Охолодження продуктів згорання в зоні розташування ширм:

Qз=(Н ¹ -Н")) .

При температурах газів 1152 ºС і 1048 ºС ентальпії продуктів згорання складають 12 864 і 11578 кДж/кг, тоді

Q₃ = (12 864 - 11 578) 0,998 = 1283 кДж/кг.

Теплосприйняття топкових ширм у зв'язку з перевагою радіаційного тепло- сприймання:

Q_т._ш = Q_{з =}1283 =399кДж/кг

Приклад 4.21. Наскільки зміниться теплосприйняття радіаційної поверхні нагріву в зоні максимального тепловиділення при переході з твердого на рідке шлаковидалення. При розвязку задачі прийняти для рідкого шлаковидалення: кути холодної воронки 15°, стіни зони максимального тепловиділення зафутеровані. Початкові дані прийняти за прикладом 4.13, підвищивши температуру гарячого повітря при рідкому шлаковидаленні до 400°С, прийняти як при твердому, так і рідкому шлаковидаленні = 0,94. Розміри зони: висота 4,6; глибина 8,64; ширина фронту 16,08 м.

Розвязок. 1. Тверде шлаковидалення.

1.1. Визначаємо поверхню стін зони максимального тепловиділення:

вертикальні стіни

Fст= (8,64+16,08) 2 (2,1+2,5) = 227,4 м²;

поверхні верхнього і нижнього перетинів = = 8,64 16,08=138,9 м².

1.2. Визначаємо виробництво F і середній коефіцієнт теплової ефективності: для екранних труб _э = 0,455 1,1 =0,495: для верхнього перетину " = 0,1; для нижнього перетину ¹ =0,495; F = 0,4955 227,4+138,99 0,495+138,99 0,1 =

=195,2 м².

ср== =0,386.

1.3.Визначаємо температуру продуктів згорання за зоною. Приймаємо "=1471ºС, при цьому Vc" = 15691/1471 =10.67кДж/(кг К);

Т" = 1471+273 = 1744К.

Розрахунок теплового випромінювання топкового середовища:

р_п s = 0,1 0,234 7,05 = 0,165 МПа м;

kг=( )(1-0,37 )= 2,21 1/(МПа м);

kзл = = 60,76 1/(МПа м);

k = 2,21 0,234 + 60,76 0,0317 + 10,0 0,5 0,4 = 4,44 1/(МПа м);

=1-e = 0,956;

= =0,983;

= - 195,2= 1472°С.

4. Тепловий потік в зоні по (4.35)

qл= 5,67 10 ^-11 0,9833 0,386(1472 + 273) ⁴ = 200,54 кВт/м2.

4. Теплосприйняття поверхні нагріву по (4.33)

Qр.пп== =3233 кДж/кг.

2. Рідке шлаковидалення.

2.1. Визначаємо поверхню нагріву при рідкому шлаковидаленні:

вертикальні стіни

Fст = (8,64+ 16,08) 2 (2,1 +2,5) = 227,4 м²;

поверхня череневого екрану

Епод=8,644 16,08=160,4 м²;

поверхня верхнього перетину

Fс'' = 8,64-16,08 = 138,9 м².

2.2. Визначаємо виробництво F і середній коефіцієнт теплової ефективності:

для екранних труб

= b(0,53-0,255 ); b= 1,0; tшл = t₃-50 = 1280 -50=1230 °С;

=1,0(0,53-0,255 )=0,222;

_э = х = 0,222 1,0 = 0,222;

для подового екрану

під = э= 0,222;

для вихідного перетину топки

з" = 0,20;

виробництво F=0,222 227,4+160,44 0,222+138,99 0,20=114,1 м²; _ср= =114,1/(227,4+ 160,4+138.9)= 0,217 м².

2.3. Уточнюємо теплові втрати і витрату палива: втрати теплоти з шлаком

q6 == ;

tшл = t3 -100= 1280 -100= 1180 °С, при цьому (с )шл = 1184,0 кДж/(кг К); ашл= 0,2;

q6== 1184,0 = 0,351 %;

Q6 == =67,5 кДж/кг. .

Втрати теплоти з механічним недопалом відповідно до табл. П7 і П8 додатки приймаємо:

втрати з механічним недопалом на 1 % менше, ніж і початковому варіанті, тобто q4= 1%. B відповідності з цим КПД котла збільшиться на

до = (2,0 + 0,042)-(1,0 + 0,351)= 0,691%

і складе кж = 91,618 + 0,691 =92,309%;

витрата палива Bр=19,677 = 19.53 кг/с.

2.4. Визначаємо температуру продуктів згорання за зоною.

Приймаємо "= 1584 ° З і Т "= 1594 + 273 = 1867 К.

З урахуванням зміни частки виносу золи з газами = 0,0317 = 0,0267, ентальпія газів при температурі "= 1594°С складе: Нг" = 17 122 кДж/кг і Vc" = =17122/1594= 10,74 кДж/(кг К). Розрахунок теплового випромінювання топкового середовища:

pns=0,165 МПа м;

kг= 1,928 1/(МПа м);

kзл= 58,07 1/(МПа м);

k=1,9284 0,234+58,077 0,0267+10,00 0,55 0,4 =4,00 1/(МПа м);

= 0,940;

=0.986;

ентальпія гарячого повітря при tгв= 400°С Нгв°=2709кДж/кг і теплота Qв= 3251 кДж/кг. Температура газів на виході із зони по [1] визначається за формулою:

"= - ;

"=1593ºС.

2.5 Тепловий потік і теплосприймаючі поверхні екранів в зоні:

qл = 5,67-10-110,9866 0,2166(1593+273) ⁴= 147,66 кВт/м²;

Qр.п== =2932 кДж/кг.

Таким чином, в зоні максимального тепловиділення поверхня нагріву при рідкому шлаковидаленні має менше теплосприйняття приблизно на 10%, хоча всі екранні поверхні зафутеровані і їх теплова ефективність помітно нижча. Істотний вплив надає підвищення температури випромінюючих газів в зоні. При цьому значно вище буде теплосприймання розташованих вище відкритих екранів внаслідок того, що температура продуктів згорання за зоною максимального тепловиділення підвищилася і тепловий потік зріс в (1573/1472) 4 = 1,37 рази.

ЗАДАЧІ

Задача 4.20. Як зміниться тепловосприйняття радіаційного пароперегрівача в прикладі 4.19, якщо його конструкцію виконати із здвоєних U-подібних труб діаметром 42 мм, з кроком 45 мм, радіусом внутрішньої петлі 105 мм. в стрічці прийняти 20 труб. Прийняти розташування однієї петлі в зоні II, другої в зоні III по всьому периметру топки; теплові потоки в зонах прийняти за прикладом 4.19; qл2 = 235,7 і qл3= 157,6 кВт/м2.

Задача 4.21. Для умов прикладу 4.21 визначити теплосприйняття топкових ширм при спалюванні природного газу (додаток, табл. П2.паливо № 8).