5 Характеристики и тепловой расчет топочной камеры

Тепловой расчет топочной камеры заключается в определении температуры газов на выходе из топки и количества тепла, воспринятого в ней.

5.1 Конструктивные характеристики топочной камеры.

Конструктивными характеристиками топки являются: поверхность стен топочной камеры , ее объем и эффективная толщина излучающего слоя . Для более простого определения необходимо составить эскиз топки в границах активного объема (по осям экранных труб). На эскизе следует указать геометрические размеры топки.

Ширина топки: b_т=4,875 м.

Глубина топки: .

Высота топки: =4,425 .

Высота расположения забрасывателя: h_з=1,03м.

Высота задней стены топки: h_з=1,225+2,85+1,55=5,625м.

Высота фронтовой стены: h_ф=4,425м.

Ширина потолка: b_п=2,575м.

Площадь фронтовой стены:

.

Площадь задней стены:

.

Площадь потолка:

.

Площадь пода:

.

Площадь боковой стены вычисляем, разбив ее на 4 части:

Общая поверхность стен топочной камеры определяется по геометрическим размерам топки как суммам поверхностей фронтовой стены, задней стены, потолка, пода и двух поверхностей боковых стен.

Общая поверхность стен топочной камеры:

F=F_ф+F_з+F_п +F_под +2F_б;

.

Объем топочной камеры:

;

Эффективная толщина излучающего слоя топки [1, п.6-03]:

.

Относительный уровень расположения забрасывателей в топке определяем по [1, стр. 98, ф. (6.58)]

;

_где

_{hз – уровень расположения оси забрасывателя в ярусе;}

_{Нт – высота топочной камеры;}

_{Нт = 4,425м.}

_Тогда

.

Коэффициент тепловой эффективности экранов равен произведению углового коэффициента экрана χ на коэффициент ξ, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией

ψ = χ∙ξ ,

где χ=0,98 [1, номограмме 1а, кривая 1];

ξ=0,45[1, табл. 6.3].

ψ =0,98∙0,45=0,441.

5.2 Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера) [1, п. 6-07]:

Bu = k∙p∙s ,

где

k – коэффициент поглощения топочной среды, 1/(м∙МПа), рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определении учитывается излучение трехатомных газов (RO₂, H₂O) и взвешенных в их потоке частиц сажи, летучей золы и кокса.

р – давление в топочной камере, МПа(для котлов без наддува 0,1 МПа); р =0,1 МПа;

s – эффективная толщина излучающего слоя, м; s = 2,02м.

5.2.1 Коэффициент поглощения топочной среды.

5.2.1.1 Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (RO₂, H₂O) определяется по [1, п.6-08]:

, 1/(м∙МПа),

где

- суммарная объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания; .

T"_т – температура газов на выходе из топки, К; принимаем = 950ºC, (T"_т = 1223 К).

5.2.1.2 Коэффициент поглощения лучей частицами золы определяется по [1, п.6-10]:

, 1/(м∙МПа),

где

μ_зл – концентрация золы в продуктах сгорания; μ_зл = 0,2029.

А_ЗЛ принимаем по [1,табл.6-1] для каменного угля А_ЗЛ = 0,8

1/(м∙МПа).

5.2.1.3 Коэффициент поглощения лучей частицами кокса k_кокс∙μ_кокс принимаем по [1,табл.6-2] для каменного угля k_кокс∙μ_кокс = 0,2.

При расчете критерия Bu принимается, что при сжигании твердого топлива основными излучающими компонентами являются газообразные продукты сгорания (RO₂, H₂O) и взвешенные в их потоке частицы золы и кокса.

При сжигании твердых топлив коэффициент поглощения топочной среды определяется по [1, п. 6-12]:

k = k_г + k_зл∙μ_зл + k_кокс∙μ_кокс ;

k = 1,44+ 9,5 + 0,2 = 11,14 1/(м∙МПа).

Тогда

Bu = 11,14∙0,1∙2,02= 2,25.

5.3 Методика расчета суммарного теплообмена в топке базируется на приложении теории подобия к топочному процессу. Основными параметрами, определяющими безразмерную температуру газов на выходе из топки Ө_т", являются критерий радиационного теплообмена Больцмана (Во) и критерий поглощательной способности Бугера (Bu).

Учет влияния на теплообмен неизотермичности температурного поля топки и эффекта рассеяния излучения обеспечивается использованием эффективного значения критерия Bữ.

Безразмерная температура газов на выходе из топочной камеры [1, стр.39, ф.(6-23)]:

,

где

Т_А – адиабатическая температура горения топлива, К;

М – параметр, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительно уровня расположения забрасывателей, степени забалластированности топочных газов и других факторов.

Критерий Больцмана [1, стр.40, ф.(6-24)]:

,

где

В_Р – расчетный расход топлива, кг/с;

F_СТ – поверхность стен топки, м²;

(Vc)_СР – средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур (Т_А - Т"_Т), кДж/(кг∙К);

ψ_ср – среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов;

φ – коэффициент сохранения тепла;

σ₀ = 5,67∙10^-11 кВт/(м²∙К⁴) – коэффициент излучения абсолютно черного тела.

5.4 Эффективное значение критерия Бугера Вữ [1, п. 6-17]:

;

.

5.5 Параметр М для камерных топок рассчитывается по [1.п.6-18]:

,

где

при однофронтовом расположении забрасывателей принимаем согласно [1, стр.40]: М₀ = 0,46.

- относительный уровень расположения забрасывателей в топке; = 0,233;

r_v – параметр забаластированности топочных газов [1, стр.41, ф.(6-27)]:

, м³/м³ ,

где

r – коэффициент рециркуляции;

r = 0;

V_г^н – объем газов на выходе из топки без учета рециркуляции, м³/кг.

м³/м³ .

Тогда

.

5.6 Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива [1, п.6-19]:

, кДж/(кг∙К),

где

Н"_т – энтальпия продуктов сгорания 1 кг топлива при температуре t"_т, избытке воздуха на выходе из топки α_т; Н"_т = 15503,1 кДж/кг.

Адиабатическая температура горения t_а определяется по полезному тепловыделению в топке Q_т при избытке воздуха α_т.