Тепловой расчет топки

Тепловой расчет топки сводится к определению ее размеров при конструктивном расчете или проверке их при поверочном расчете, а также определение коэффициента теплоотдачи в ней от факела к лучевоспринимающим поверхностям нагрева.

В случае конструктивного расчета ставится цель по выбранной температуре дымовых газов в конце топки определить требуемую лучевоспринимающую поверхность нагрева топки, а в случае поверочного расчета по заданной величине лучевоспринимающей поверхности нагрева топки определить температуру дымовых газов в конце топки. При тепловом расчете котельного агрегата, связанном с проектированием котельных, обычно выполняют поверочный расчет топки, так как на заводах топки и экранные поверхности нагрева выполняют единообразно для всех котельных агрегатов данного типоразмера.

Достаточность объема топки определяют исходя из характеристик выбранной топки с последующей поверкой ее размеров. При расчете слоевых топок для твердого топлива, коме того, проверяют достаточность зеркала горения.

Температуру дымовых газов в конце топки при поверочном расчете определяют, предварительно подсчитав значения входящих в нее величин. При этом сначала определяют величину полезного тепловыделения в топке и теоретическую температуру горения по h-t таблице.

Если в котельном агрегате предусмотрен воздухоподогреватель, то для определения названых величин необходимо знать температуру горячего воздуха, которая пока неизвестна и окончательно определяется только в самом конце теплового расчета котельного агрегата. Поэтому, определяя величину полезного тепловыделения в топке при расчете котельного агрегата, в котором предусмотрен подогрев воздуха, предварительно задаются температурой горячего воздуха.

После того, как температура дымовых газов в конце топки подсчитана, необходимо проверить, насколько правильно было выбрано предварительное значение дымовых газов в конце топки при определении степени черноты топки. Если разница в значениях температуры дымовых газов, определенной по формуле и предварительно выбранной, не превышает 100⁰С, расчет считается законченным, и в качестве окончательного значения температуры дымовых газов в конце топки принимают то значение, которое получено по расчету. В противном случае расчет проверяют при другом значении предварительно выбранной температуры дымовых газов в конце топки.

После того, как температура дымовых газов в конце топки подсчитана, необходимо также проверить, насколько она соответствует рекомендуемым

значениям. Если полученная расчетная температура лежит вне рекомендуемых пределов. это значит, что величина лучевоспринимающей поверхности нагрева топки не соответствует требуемой. Если она велика, то следует закрыть часть экранов кирпичной кладкой, если она недостаточна, то следует решить вопрос об увеличении ее.

Подсчитываем полезное тепловыделение в топке:

Q_т = Q^р_р ∙(100 – q₃ – q₄ )/100 + Q_в ; (3.21)

где:

Q_в – теплосодержание поступающего в топку воздуха, ккал/кг;

Q_в=α∙V₀ ∙C_в ∙t_в ; (3.22)

где:

α – коэффициент избытка воздуха;

V₀ – теоретическое количество воздуха, необходимое для горения;

V₀ =2,812 м³/кг (см. п.3.2);

С_в и t_в – теплоёмкость воздуха и его температура;

Q_в=1,3∙2,812∙0,32∙30=34,54 ккал/кг;

Q_т=2443,866 ∙(100 – 2 – 1,5)/100 + 34,54=2448,287 ккал/кг;

Определив Q_т по h–T диаграмме, при значении коэффициента избытка воздуха в топке, находим соответствующую этому теплосодержанию температуру, которая и является температурой горения, т.е. той температурой, которую имели бы газы, если бы в топке не было теплообмена. T= 1356 ْС.

Температура газов на выходе из топки – следствие процесса теплопередачи в топке. Верхний предел, чтобы избежать шлакования конвективной поверхности труб, должен быть на 50 – 100 ْ ниже температуры размягчения золы. Нижний предел обуславливается устойчивостью процесса горения и минимальным значением потерь от химического и механического недожога.

Таким образом, температуру дымовых газов на выходе из топки принимаем равной Θ_тп=750 ْС.

Если задаётся температура газов на выходе из топки, то величина лучевоспринимающей поверхности определяется по формуле:

, м²; (3.23)

где:

В_р – расчётный расход топлива, кг/ч;

В_р=40,29 кг/ч (см. фор. 3.20);

Количество тепла, выделяемое в топке за счёт излучения, определяем по формуле:

Q_л=φ∙(Q_т –H_т``), ккал/кг; (3.24)

где:

φ – коэффициент сохранения тепла;

φ=1-q₅ /100;

(3.25)

где:

q₅ – потери тепла на наружное охлаждение котельного агрегата, %;

q₅=1%;

φ=1-0,01=0,99;

Q_т – полезное тепловыделение в топке, ккал/кг;

Q_т=2448,287 ккал/кг (см. фор. 3.21);

Н_т`` - теплосодержание дымовых газов на выходе из топки, ккал/кг;

Н_т``=1291,46 ккал/кг (см.табл. 3.2);

Q_л=0,99 ∙(2448,87 -1291,46)= 1007,83 ккал/кг;

Величину условного коэффициента загрязнения ξ принимают в зависимости от рода сжигаемого топлива и типа экранных поверхностей: при сжигании твёрдого топлива ξ=0,65.

Абсолютную теоретическую температуру горения вычисляют по формуле:

Т_т.г.=Т + 273; (3.26)

где:

Т – температура горения в топке, ْС;

Т=1356 ْС;

Т_т.г.=1356+273=1629 ْС;

Абсолютную температуру на выходе из топки вычисляют по формуле:

Т_т``= Θ_тп + 273; (3.27)

где:

Θ_тп – температура дымовых газов на выходе из топки, ْС;

Θ_тп=750 ْС;

Т_т``=750+273=1023 ْС;

Среднюю суммарную теплоёмкость продуктов горения определяют из выражения:

С_ср=( Q_т –H_т``)/(Т - Θ_тп), ккал/кг∙ْС; (3.28)

С_ср=(2448,87 -1291,46)/(1356 - 750)=1,9 ккал/кг∙ْС;

Величину расчётного коэффициента М, зависящего от относительной высоты положения максимальной температурной зоны топочных газов Х и формы температурного поля, определяют по формуле:

М=А - В∙Х; (3.29)

Ориентировочно при сжигании твёрдого топлива значения А и В, Х можно принимать равными:

А=0,56(ст.101[1]);

В=0,3(ст.101[1]);

Х=0,14(ст.101[1]).

М=0,56 – 0,3∙0,14=0,518.

Степень черноты топки определяем по формуле:

, (3.30)

где:

φ - степень экранирования топки;

φ=0,5(ст.105,[1]);

Степень черноты факела а_ф определяют из выражения:

а_ф=а_св∙m + а_н.св ∙(1 - т), (3.31)

где:

а_св – степень черноты светящихся компонентов пламени;

а_н.св – степень черноты несветящихся компонентов пламени;

а_н.св=0,46 (рис. IV.2 [1]);

т – значение коэффициента, зависящего от рода топлива и способа его сжигания;

т=0,5(табл. IV.2 [1]);

Степень черноты газовых компонентов а_св определяют по формуле:

а_св=1 – е ^-kps , (3.32)

где основание натурального логарифма е=2,718, давление в топке Р=1 ата; величина коэффициента ослабления лучей топочной средой k определяется:

k=1,6 ∙Θ_тп:1000 – 0,5; (3.33)

k=1,6 ∙(750+273):1000 – 0,5=1,137

Эффективную толщину излучающего слоя определяют по формуле:

S=3,6 ∙V_т:H_cт , (3.34)

где:

V_т – объём топочной камеры, м³;

V_т=2,9 м³ ;

H_ст – полная поверхность стен топки, м²;

Н_ст=10,5 м²;

S=3,6 2,9:10,5=0,994 м;

Степень черноты газовых компонентов:

а_св=1 – 2,718 ^{– 1,137∙0,994∙1}=0,677

Тогда степень черноты факела будет равна:

а_ф=0,677∙0,5+0,46∙(1 – 0,5)=0,57;

Степень черноты топки:

α_т=0,57/(0,57+(1-0,57)∙0,65∙0,5=0,585

Итак, теперь можем определить величину лучевоспринимающей поверхности:

При полученной лучевоспринимающей поверхности значение температуры газов на выходе из топки определяется по формуле:

(3.35)

Подставляем числовые значения в формулу 3.35:

ْС;

Как видим, температура газов на выходе из топки оказалась практически равной предварительно принятой; не превышает допустимых норм и тепловое напряжение топочного пространства, следовательно, расчёт теплообмена в топке произведён правильно.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 442; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!