5 Поверочный расчет теплообмена в топке

Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов на выходе из топки при заданных конструктивных размерах топки, которые определяем по чертежам парового котла. Результат сводим в табл.5.1.

Таблица 5.1 ‑ Конструктивные размеры и характеристики топочной камеры.

Конструктивные размеры:	Значения
Активный объём топочной камеры, м3	11,2
Площадь ограждающих поверхностей, м2	29,97
Площадь лучевоспринимающих поверхностей, м2	24,66
в том числе не закрытая экранами площадь поверхностей, м2
Высота топки, м	2,75
Количество горелок	1
Высота расположения горелок, м	1
Относительный уровень расположения горелок	0,364
Коэффициент загрязнения поверхности (из табл. для газа)	0,55

Эффективная толщина излучающего слоя в топке:

м.

Коэффициент тепловой эффективности лучевоспринемающей поверхности

.

Предварительно задаёмся температурой продуктов сгорания на выходе из топки, для мазута:1000-1050°С.

Температура газов на выходе из топки (по выбору) J_T = 1050°С. Тогда энтальпия газов на выходе из топки (табл. 3.4) I_T” = 3,021 кДж/кг,

Задаемся температурой холодного воздуха присосов ‑ 25°С, (кДж/кг)

Температура горячего воздуха 50°С (задаёмся), тогда энтальпия горячего воздуха при 50°С = 690,683 кДж/кг.

Определяем количество теплоты, вносимое в топку воздухом, кДж/кг

Если нет воздухоподогревателя:

.

Полезное тепловыделение в топке, кДж/кг

.

Определяем коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами

где r_H2O и r₀ – доля водяного пара и суммарная доля трехатомных газов в дымовых газах, соответственно.

Определяем степень черноты факела по формуле

.

Степень черноты топки

.

Параметр, учитывающий распределение температуры в топке

.

где ‑ относительный уровень расположения горелок, h_g ‑ высота расположения горелок, H_t ‑ высота топки.

Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания, кДж/кг

Коэффициент сохранения теплоты

Температура газов на выходе из топки, ^оС

Тогда энтальпия газов на выходе из топки (по табл.3.1) I_T” = 16570 кДж/кг.

Общее тепловосприятие топки, (кДж/кг)

Средняя удельная тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей, (кВт/м²)

Тепловая нагрузка стен топки, (кВт/м²)

Расчётное тепловое напряжение объёма топки, кВт/м³

Допустимое тепловое напряжение объёма топки – 500кВт/м³ [1].

6 Расчет конвективных поверхностей нагрева

6.1 Тепловой расчет конвективного пучка 1

По чертежу определяем конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода:

площадь поверхности нагрева 66,6 м²

шаг труб и рядов (расстояния между осями труб), 0,09

диаметр труб, 0,051

число труб в ряду, 30

число рядов труб 38

площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания

Предварительно принимаем два значения температуры продуктов сгорания после рассчитанного газохода.

Т₁ = 400°С, Т₂ = 600°С.

В дальнейшем весь расчет ведем для двух предварительно принятых температур

Определяем теплоту, отданную продуктами сгорания (кДж/кг или кДж/м³)

где ‑ коэффициент сохранения теплоты; I¢ ‑ энтальпия продуктов сгорания перед конвективным пучком I, определяется по табл. 3.1 при температуре и коэффициенте избытка воздуха после топочной камеры; I¢¢ ‑ энтальпия продуктов сгорания после конвективного пучка I, определяется по табл. 3.1 при двух предварительно принятых температурах после конвективной поверхности нагрева; Da_k ‑ присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяется как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из нее; ‑ энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при принятой ранее температуре воздуха.

Вычисляем расчетную температуру потока продуктов сгорания в конвективном газоходе (°С)

где q¢ и q¢¢ ‑ температура продуктов сгорания на входе в КП1 и на выходе из него.

Определяем температурный напор (°С)

где t_k – температура охлаждающей среды, принимаем равной температуре кипения воды при давлении в котле, °С.

Подсчитываем среднюю скорость продуктов сгорания в поверхности нагрева (м/с)

где В_р ‑ расчетный расход топлива, кг/с или м³/с, F ‑ площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м²; Vg ‑ объем продуктов сгорания на 1 кг твердого и жидкого топлива или на 1 м³ газа (из расчетной табл. 3.2 при соответствующем коэффициенте избытка воздуха); q ‑ средняя расчетная температура продуктов сгорания, °С.

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева для случая поперечного омывания коридорных и шахматных пучков и ширм:

где a_n ‑ коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме [ ]; с_z ‑ поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания; с_s ‑ поправка на компоновку пучка; с_f ‑ коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока [ ].

Определяем степень черноты газового потока в конвективном пучке 1 по формуле

Для этого находим:

‑ толщину излучающего слоя для гладкотрубных пучков (м)

‑ коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

,

где r_H2O – доля водяных паров в продуктах сгорания в расчетном участке,

где r – доля трехатомных газов в продуктах сгорания в расчетном участке.

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением a_l, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева, Вт/(м^2×К):

Подсчитываем суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева, Вт/(м^2×К):

,

где x ‑ коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхностей. Принимаем x = 0,6 [2].

Вычисляем коэффициент теплопередачи, Вт/(м^2×К):

,

где y ‑ коэффициент тепловой эффективности, определяемый из [2] в зависимости от вида сжигаемого топлива.

Определяем количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева, на 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива или на 1 м³ газа (кДж/кг или кДж/м³)

,

где Dt ‑ температурный напор, определяется как среднелогарифмическая разность температур (°С)

По принятым двум значениям температур и полученным двум значениям количества теплоты, воспринятого поверхностью нагрева, производим графическую интерполяцию для определения температуры продуктов сгорания после поверхности нагрева. Для этого строится зависимость Qt(q) и Qb(q), показанная на рис. 6.1. Точка пересечения прямых указывает температуру продуктов сгорания, которую следовало бы принять при расчете.

Рис 6.1 -зависимость Qt(q) и Qb(q),