Расчет теплообмена в топочной камере

В данном разделе выполняется поверочный расчет топочной камеры по известному объему топочной камеры, степени её экранирования, площади лучевоспринимающих поверхностей нагрева, конструктивные характеристики экранных и конвективных поверхностей нагрева (диаметр труб, расстояния между осями труб и т. д.).

Поверочный расчет однокамерных топок выполняется в следующей последовательности.

1. По чертежу котельного агрегата составляется эскиз топочной камеры. Нижняя часть камерных топок ограничивается подом или холодной воронкой.

Полная поверхность стен топочной камеры F_ст и объем топочной камеры вычисляется следующим путем. Поверхностью, ограничивающей топочный объем, считается поверхность, проходящая через оси экранных труб на экранированных стенах топки, через стены топки на неэкранированных участках и через под топочной камеры F_ст = 41,4 м². [7].

• 2. Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры ⁰С.
• 3. Для предварительно принятой температуры на выходе из топки по диаграмме определяют энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки .
• 4. Определяется полезное тепловыделение в топке, кДж/м³ для промышленных котлов без воздухоподогревателя:

(5.1).

кДж/м³

5. Определяем коэффициент тепловой эффективности топочных экранов.

(5.2).

Угловой коэффициент излучения x зависит от формы и расположения тел, находящимися в лучистом теплообмене друг с другом и определяется для однорядного гладкотрубного экрана по рис. 5.1 Для s/d = 1,56, x = 0,95.

Коэффициент тепловой эффективности учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей вследствие их загрязнения наружными отложениями или покрытия огнеупорной массой.

Для открытых гладкотрубных настенных экранов .

Рис. 5.1 Угловой коэффициент однорядного гладкотрубного экрана.

1 — при расстоянии от стенки; 2 — при; 3 — при; 4 — при; 5 без учета излучения обмуровки при .

По известному значению по построенной ранее I- - диаграмме при принятом находят .

В итоге адиабатическая температура горения определится.

6. Определим эффективную толщину излучающего слоя, м:

(5.4).

где V_т и F_ст — объем и площадь поверхности стен топочной камеры.

м.

7. Определим коэффициент ослабления лучей. При сжигании жидкого и газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициента ослабления лучей трехатомными газами (kг) и сажистыми частицами (kс):

(5.5).

где r_п — суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из таблицы 3.2.

Определим коэффициент ослабления лучей трехатомными газами.

(5.6).

1/ (м· МПа) где р_п = r_п · р = 0,1 · 0,271 = 0,0271 — парциальное давление трехатомных газов, МПа;

р — давление в топочной камере котлоагрегата (для котлоагрегатов, работающих без наддува р = 0,1 МПа;

r_Н2О — объемная доля водяных паров, принимается из таблицы 3.2;

— абсолютная температура на выходе из топки, К (предварительно принятая).

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, 1/ (м МПа),.

k_с =, (5.7).

где С^р и Н^р — содержание углерода и водорода в рабочей массе твердого или жидкого топлива.

При сжигании природного газа.

(5.8).

где.

С_mH_n — процентное содержание углеводородистых соединения в природном газе.

Рассчитаем коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами.

1/ (м· МПа) Тогда коэффициент ослабления лучей будет равен:

1/ (м· МПа).

8. Определим степень черноты факела :

(5.11).

где m = 0,1 — коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненную светящейся частью факела, принимается по табл.5.2 [1];

а_св и а_г — степень черноты светящейся и несветящейся части пламени, определяются по формулам.

(5.12),.

(5.13).

Степень черноты факела будет равна:

9. Определяется степень черноты топки:

для камерных топок при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива.

. (5.14).

9. Определяется параметр М, зависящий от относительного положения максимума температуры по высоте топки хт:

М = 0,54 — 0,2х_т; (5.15).

(5.16).

где h_г подсчитывается как расстояние от пода топки или от середины холодной воронки до оси горелок, Н_т — как расстояние от пода топки или от середины хододной воронки до середины выходного окна топки.

Отсюда М = 0,54 — 0,2 · 0,27 = 0,486.

12. Определим среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1 м³ газа, кДж/ (м3 К):

(5.17).

где.

— теоретическая (адиабатная) температура горения, К,.

— температура продуктов сгорания на выходе из топки предварительно принятая, К;

— энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки,.

— полезное тепловыделение в топке (5.1).

13. Определяется действительная температура продуктов сгорания на выходе из топки, оС, по формуле.

(5.18).

Так как полученное значение действительной температуры на выходе из топки °С отличается от принятого значения равного 980 °C менее чем на 100 °C, то расчёт топочной камеры считаем законченным.

По действительной температуре продуктов сгорания на выходе из топки по Iи — диаграммы найдем энтальпию продуктов сгорания.

14. Определим количество тепла, выделенного в топке.

(5.19).