4. Расчёт топочной камеры

4.1 Определение геометрических характеристик топки

При поверочном расчете топки необходимо определить: объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр труб, расстояние между осями труб).

Полная поверхность стен топки ,м² вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры. Границами поверхностей экрана являются осевые плоскости экранных труб:

,

где - поверхности топочной камеры:

м²

м²

м²

Лучевоспринимающая поверхность камеры сгорания находится как сумма лучистых поверхностей переднего и заднего экранов и боковых стен:

,

где: - угловой коэффициент, зависит от отношения шага труб к их диаметру,

при s/d = 64/60 = 1,067; =0,99

м²

м²

м²

Эффективная толщина излучающего слоя в топке вычисляется по формуле:

,

где - объем топочной камеры.

=4,18 =4,18 м³

м

4.2 Расчет теплообмена в топке.

Расчет основывается на приложении теории подобия к топочным процессам.

Расчетная формула связывает безразмерную температуру газов на выходе из топки с критерием Больцмана В_о, степенью черноты топки а и параметром М, учитывающим характер распределения температуры по высоте топки и зависящим от относительного местоположения максимума температуры пламени.

Исходная формула для расчета теплообмена:

, действительна для значений

где: - - абсолютная температура газов на выходе из топки, К;

- температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании, К.

1. Принимаем температуру продуктов сгорания на выходе из топки (при сжигании природного газа - 1200 ; );

2. Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 4.

I_т (1200 ⁰C) = 21907,53 кДж/м³

3. Полезное тепловыделение в топке (кДж/м³):

,

где Q_B – теплота, вносимая в топку воздухом, кДж/м³;

rI_г.отб  теплота рециркулирующих продуктов сгорания, учитывается только в случае возврата в топку части продуктов сгорания, отобранных из газоходов котла, кДж/ м³.

- для промышленных и водогрейных котлов:

кДж/м³

где: - _т - коэффициент избытка воздуха в топке;

- энтальпия присосанного холодного воздуха при t_B = 20°С

При отсутствии процесса рециркуляции, полезное тепловыделение в топке:

кДж/м³

По значению Q_Т, равному энтальпии продуктов сгорания, определяем теоретическую (адиабатную) температуру горения:

(2123 К);

4. Для однокамерных топок, при сжигании мазута и газа, параметр М определяется в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени на высоте топки : ;

Для полуоткрытых топок при сжигании газа и мазута М = 0,48

5. Критерий Больцмана В_о рассчитывается по формуле:

,

где: В_р- расчетный расход топлива, м³/с;

_ср- среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов;

- коэффициент излучения абсолютно черного тела, ;

- cредняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1м³ природного газа при нормальных условиях, .

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов определяют по формуле:

,

где -коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения или закрытия изоляцией поверхностей равный 0,65.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания, адиабатной и на выходе из топки, 1м³ топлива в интервале температур определяется по формуле:

Коэффициент сохранения тепла определяем по формуле:

6. Определяем коэффициент ослабления лучей трехатомными газами и сажистыми частицами:

k = k_г r_п+ ,

где r_п – суммарная объемная доля трехатомных газов, (r_п = 0,269);

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

,

где  парциальное давление трехатомных газов, МПа;

р  давление в топочной камере котлоагрегата (для агрегатов, работающих без наддува, принимается р =0,1 МПа);

 объемная доля водяных паров, = 0,182;

 абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).

7. Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами:

где а_т - коэффициент избытка воздуха в топке;

-соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива, для природного газа:

;

;

8. Степень черноты факела при сжигании газообразного топлива:

,

где - степень черноты светящейся части факела и несветящихся трёхатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трёхатомными газами;

m –коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объема. m=0,6;

Степень черноты светящейся части факела:

Степень черноты несветящихся трёхатомных газов:

9. Степень черноты экранированных топок определяется по формуле:

10. Окончательно температура газов на выходе из топки равна:

.

°С

Так как полученное значение температуры на выходе из топки имеет расхождение с принятой ранее меньше чем на 100°С, расчет считается оконченным.

11. Определяем удельную нагрузку топочного объема:

.