8. Тепловой расчет топки

Задача теплового расчета топочной камеры заключается в определении ее тепловосприятия, размеров необходимой лучевоспринимающей поверхности экранов и объема топки, обеспечивающих снижение температуры продуктов сгорания до заданного значения.

8.1 Определение площади поверхностей топки

Расчет топочной камеры парового котла выполняется с целью выявления экономичности и надежности ее работы

Определяем геометрические характеристики топки. Верхняя часть объема топки ограничивается потолочным перекрытием и выходным окном, перекрытым рядом труб конвективной поверхности нагрева. Нижняя часть слоевых топок ограничивается колосниковой решеткой со слоем топлива. Горизонтальная площадь, проходящая через верх колосниковой решетки, называется подом. Полная площадь поверхностей стен топки вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры.

Передняя стенка топки:

F_ст^п = 2,43,22 - 20,620,78 - 20,280,340,5 – 0,53,141²/4 = 6,2731м²

Задняя стенка топки:

F_ст^з = 2,43,22 - 20,280,34 - 0,662,44 – 0,53,141²/4 = 5,6775м²

Боковая стенка топки (левая + правая):

F_ст^б =(2,88+0,44+0,4)2,0772 + 0,25(2,88+0,44+0,4) = 16,3829м²

Под камеры догорания:

F_ст^{под к.д.} =(0,511,16)2=1,1832м²

Боковые стенки камеры догорания:

F_ст^{бок. к.д.} =(1,5+0,44+0,4)0,512=2,3868м²

Задняя стенка камеры догорания:

F_ст^{з. к.д.} =2,41,84 – 0,50,280,34 + 20,51,140,36 – 1,840,7 – 0,50,70,2-

- 0,53,141²/4 = 3,0303м²

Потолок топки и камеры догорания:

F_ст^пот. = 0,523,140,5(2,077+0,51) = 4,0616м²

Полная площадь поверхность стенок топки:

F_ст^пот. = 6,2731+5,6775+16,3829+1,1832+2,3868+3,0303+4,0616=38,995 м²

8.2. Расчет лучевоспринимающих поверхностей топки

Действительную поверхность мы заменили условно-расчитанной поверхностью. Она представляет собой поверхность проведенную по осям крайних труб и является сплошной. Площадь лучевоспринимающей поверхности нагрева рассчитывается по формуле:

Н_л =  F_{пл i}  х_i, м²,

где F_{пл i} – площадь поверхности

F_{пл i} = l_ib_i, м²

х_i – угловой коэффициент экрана

Левый боковой экран топки Н_л:

отношение расстояния от оси труб к их диаметру e/d = 40/51=0,78;

отношение шага труб к их диаметру s/d=55/51=1,078 

угловой коэффициент левого бокового экрана х = 0,991

F_пл = 1,823,56=6,4792м²

Н_л =0,9916,4792 = 6,421 м²

Правый боковой экран топки:

e/d = 40/51=0,78; s/d=55/51=1,078  угловой коэффициент левого бокового экрана х = 0,991

F_пл = 2,043,56 = 7,2624м²

Н_л =7,26240,991 = 7,197м²

Левый боковой экран камеры догорания:

e/d = 40/51=0,78; s/d=55/51=1,078  угловой коэффициент левого бокового экрана х = 0,991

F_пл = 0,442,06 =0,9064м²

Н_л =0,90640,991 = 0,898м²

Правый боковой экран камеры догорания:

e/d = 40/51=0,78; s/d=55/51=1,078  угловой коэффициент левого бокового экрана х = 0,991

F_пл = 0,62,06 =1,236м²

Н_л =1,2360,991 = 1,225м²

Газовое окно из топки в камеру догорания (лучевоспринимающая поверхность одностороннего экрана I кипятильного пучка):

e/d = 40/51=0,78; s/d=110/51=2,1569  угловой коэффициент левого бокового экрана х = 0,83

Средняя освещенная длина экранных труб l^2св=(l_max+l_min)/2, м

F_пл = 2[(1,92+1,18)/2]0,32 =0,992м²

Н_л =0,9920,83 = 0,8234м²

Лучевоспринимающая поверхность двухстороннего экрана I кипятильного пучка:

e/d = 40/51=0,78; s/d=110/51=2,1569  угловой коэффициент левого бокового экрана х = 0,83

Средняя освещенная длина экранных труб двустороннего экрана I кипятильного пучка l^2св=(l_max+l_min)/2, м

F_пл = [(1,58+1,68)/2]1,36 = 2,2168м²

Н_л =2,21680,83 = 1,8399м²

Общая лучевоспринимающая поверхность экранов:

Н_л = 6,421+7,197+0,898+1,225+0,8234+1,8399=18,404 м²

Определение степени экранирования топки:

При высокой степени экранирования стен топочной камеры максимально используется эффективный способ передачи теплоты излучением, что в сравнении с конвективным способом приводит к экономии расхода металла для котельного агрегата в целом.

Степень экранирования показывает, какая доля поверхности стен топки закрыта экранами.

 = Н_л / F_ст

 =18,404/38,995 = 0,472

Определим площадь зеркала горения:

q_R = B  Q_р^р / R, ккал/(м²  ч), отсюда R = B  Q_р^р / q_R , м²

где q_R - видимое теплонапряжение зеркала горения, ккал/м²  ч

по способу сжигания q_R = 140010³, ккал/(м²  ч) [1, табл.XXI]

по характеристике решетки q_R = (1000-1400)10³, ккал/(м²  ч) [6, табл.7.10]

 принимаем q_R = 140010³, ккал/(м²  ч)

R = 767,4676124,4998/1400000 = 3,357м²

Т.к. площадь зеркала горения из характеристики топки, равная 4,4м²,

Больше полученной - 3,357м², то топка ТЛЗМ-1800/3000 подходит для сжигания на ней данного топлива.

Определим объем и высоту топки:

q_v = B  Q_в^р / V_т , ккал/(м³  ч), отсюда V_т = B  Q_в^р / q_v , м³

где q_v - видимое теплонапряжение топочного объема по условиям горения, ккал/м²  ч

по способу сжигания q_v = (250-400)10³, ккал/(м³  ч) [1, табл.XXI]

по характеристике решетки q_v = (250-400)10³, ккал/(м³  ч) [6, табл.7.10]

 принимаем q_{v min} = 25010³, ккал/(м³  ч)

q_{v max} = 40010³, ккал/(м³  ч)

V_{т max}= 767,4676124,4998/250000 = 18,801 м³

V_{т min} = 767,4676124,4998/400000 = 11,751 м³

Т.к. по конструктивной характеристике котлоагрегата типа КЕ V_т = 14,77м³, что находится в пределах полученых минимального и максимального объемов топки, то принимаем объем топки V_т = 14,77м³.

Отсюда высота топки определяется из формулы:

V_т = h_т  R  h_т = V_т /R, м

h_т = 14,77/3,357 = 4,4м.

Принимаем высоту топки, равной 3,22м (из чертежа).

Определение эффективной толщины излучающего слоя:

При прохождении луча через слой поглощающей среды топочного объема, его длина может быть самой различной в зависимости от направления распространения излучения и плотности среды. По ходу луча интенсивность излучения непрерывно уменьшается.

В результате ослабления этого излучения объемом среды к наружной границе среды будет проникать лишь некоторая часть этого излучения, пропущенная указанным слоем, следовательно, длина пути луча различна в разных направлениях. Для расчетов целесообразно использовать не действительную длину луча, а некоторую принятую, так называемую эффективную длину луча, или эффективную толщину излучающего слоя, под которой понимают толщину слоя, равную радиусу полусферы.

Для топочных сред в котлоагрегатах эффективная толщина излучающего слоя рассчитывается по формуле:

S = 3,6 V_т / F_ст , м

S = 3,6 14,77/38,995 = 1,3635м