Геометрические характеристики топки

Расчет площади поверхностей, ограждающих объем топочной камеры.

Границами объема топочной камеры являются осевые плоскости экранных труб или обращенные в топку поверхности защитного огнеупорного слоя, а в местах, не защищенных экранами, - стены топочной камеры и поверхность барабана, обращенная в топку. В выходном сечении топки и камеры догорания объем топочной камеры ограничивается плоскостью, проходящей через ось левого бокового экрана. Поскольку поверхности, ограждающие объем топочной камеры, имеют сложную конфигурацию, для определения их площади поверхности разбивают на отдельные участки, площади которых затем суммируются. Площадь поверхностей, ограждающих объем топочной камеры, определяются по чертежам котла.

 

Рисунок 2 – К определению границ расчетного объема топочной камеры котла.

 

Площадь потолка, правой боковой стенки и пода топки:

 

, м², (2.5.1-1)

 

где  - длины прямых участков потолка, боковой стенки и пола; а – глубина топки = 2695 мм.

 

, м², (2.5.1-2)

 

Площадь левой боковой стенки:

 

, м². (2.5.1-3)

 

Площадь фронтовой и задней стенки:

 

, м². (2.5.1-4)

 

Общая площадь ограждающих поверхностей:

 

, м². (2.5.1-5)

 

Расчет лучевоспринимающей поверхности топочных экранов и выходного экрана топки

 

Таблица 11 – Геометрические характеристики топочных экранов

№	Наименование, условное обозначение, единицы измерения величин	Фронтовой экран	Задний экран	Боковой экран
				левый	правый
1	2	3	4	5	6
1	Наружный диаметр труб d, мм	51	51	51	51
2	Шаг экранных труб S, мм	55	55	55	55
3	Относительный шаг экранных труб s	1,078	1,078	1,078	1,078
4	Расстояние от оси экранной трубы до обмуровки е, мм	25	25	25	25
5	Относительное расстояние от оси экранной трубы до обмуровки е	0,4673	0,4673	0,4673	0,4673
6	Угловой коэффициент х	0,96	0,96	0,96	0,96
7	Расчетная ширина экрана bэ, мм	1790	1790	2695	2695
8	Число труб экрана z, шт.	33	33	50	50
9	Средняя освещенная длина труб экрана , мм	2400	2400	2750	6776
10	Площадь стены Fпл, занятой экраном, м2	4,296	4,296	5,525	15,853
11	Лучевоспринимающая поверхность экрана Нэ, м2	4,124	4,124	5,304	15,22

 

Где  - относительный шаг экранных труб,  - относительное расстояние от оси трубы до обмуровки, b_э – расчетная ширина экрана - расстояние между осями крайних труб экрана, принимается по чертежам.

z – число труб экрана, принимается по чертежам или рассчитывается по формуле:

, шт., количество труб округляется до целого числа. (2.5.1-6)

 - средняя освещенная длина трубы экрана, определяется по чертежу.

Замер длины трубы экрана производится в объеме топочной камеры от места вальцовки трубы в верхний барабан или коллектор до места вальцовки трубы в нижний барабан.

Площадь стены занятой экраном:

 

F_пл = b_э*l_э*10^-6, м² (2.5.1-7)

Лучевоспринимающая поверхность экранов:

Н_э = F_пл * х, м² (2.5.1-8)

Таблица 12 – Геометрические характеристики топочной камеры

№	Наименование, условное обозначение, единицы измерения	Величина
1	Площадь стен топки FСТ, м2	29,97
2	Лучевоспринимающая поверхность топочной камеры, НЛ, м2	28,772
3	Высота топочной камеры hт.к., м	2,4
4	Высота расположения горелок hг, м	1,372
5	Относительная высота расположения горелок, ХГ	0,572
6	Активный объем топочной камеры Vт.к., м3	11,578
7	Степень экранирования топочной камеры c	0,96
8	Эффективная толщина излучающего слоя s, м	1,39

Площадь стен топки F_СТ принимается по формуле 2.5.1-5.

Лучевоспринимающая поверхность топочной камеры вычисляется суммированием лучевоспринимающей поверхности экранов по таблице 11.

Высота расположения горелок и высота топочной камеры замеряется по чертежам.

Относительная высота горелки:

 

. (2.5.1-9)

 

Активный объем топочной камеры:

 

 (2.5.1-10)

 

Степень экранирования топочной камеры:

 

 (2.5.1-11)

 

Эффективная толщина излучающего слоя в топке:

 

 (2.5.1-12)

 

2.5.2 Расчет теплообмена в топочной камере

Целью поверочного расчета является определение тепловосприятия и параметров дымовых газов на выходе из топки. Расчеты ведутся методом приближения. Для этого предварительно задаются температурой газов на выходе из топки, производят расчет ряда величин, по которым находят температуру на выходе из топки. Если найденная температура отличается от принятой более чем на ± 100°С, то задаются новой температурой и повторяют расчет.

Радиационные свойства продуктов сгорания

Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера) Bu = kps, где k – коэффициент поглощения топочной среды, p – давление в топочной камере, s – эффективная толщина излучающего слоя. Коэффициент k рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определение учитывается излучение трехатомных газов.задаемся в первом приближении температурой продуктов сгорания на выходе из топки 1100°С.

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки:

 

, кДж/м³, (2.5.2-1)

 

где все минимальные и максимальные величины принимаются по таблице 7.

 

, кДж/м³. (2.5.2-2)

 

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания:

 

, 1/(м*МПа) (2.5.2-3)

 

где k⁰_г – коэффициент, определяемый по номограмме(1). Для определения данного коэффициента потребуются следующие величины:

р = 0,1 МПа – давление в топочной камере;

 - таблица 5, для топки = 0,175325958;

 - таблица 5, для топки = 0,262577374;

р_n = р* =0,0262577374 МПа;

s – по таблице 12 = 1,39 м;

р_n s = 0,0365 м*МПа;

10 р_n s = 0,365 м*МПа;

 = 1100°С.

k⁰_г = 8,4.

Коэффициент поглощения лучей частицами сажи:

 

, 1/(м*МПа) (2.5.2-4)

 

где a_Т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, по таблице 2;

m,n – количество атомов углерода и водорода в соединении соответственно;

C_mH_n – содержание углерода и водорода в сухой массе топлива по таблице 1;

Т^’’_Т.З = v^’’_Т.З + 273 – температура газов на выходе из топки, где v^’’_Т.З = 1100°С.

 

, 1/(м*МПа) (2.5.2-5)

 

Коэффициент поглощения топочной среды:

 

k = k_r + mk_c, 1/(м*МПа) (2.5.2-6)

 

где k_r – коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания по формуле 2.5.15;1; m – коэффициент относительного заполнения топочной камеры светящимся пламенем, для газа = 0,1; k_c – коэффициент поглощения лучей частицами сажи по формуле 2.5.16;1.

 

k = 2,2056 + 0,1*1,4727 = 2,3529 1/(м*МПа) (2.5.2-7)

 

Критерий поглощательной способности (критерий Бугера):

Bu = kps = 2,3529*0,1*1,39 = 0,327 (2.5.2-8)

 

Эффективное значение критерия Бугера:

 

(2.5.2-9)

 

Расчет суммарного теплообмена в топке

Полезное тепловыделение в топке

Полезное тепловыделение в топке Q_Т зависит от располагаемого тепла топлива Q_Р, потерь тепла q₃ и тепла, вносимого в топку воздухом. Проектируемый котел не имеет воздухоподогревателя, поэтому в топку вносится тепло с холодным воздухом:

 

, кДж/м³, (2.5.2-10)

 

где a_Т – коэффициент избытка воздуха в топке (см. таблица 2) = 1,05,

I_0х.в. – энтальпия холодного воздуха = (ct)_в*V^H₀ = 387,652 кДж/м³.

 

 кДж/м³. (2.5.2-11)

 

Полезное тепловыделение в топке:

 

, кДж/м³, (2.5.2-12)

 кДж/м³ (2.5.2-13)

 

Расчет температуры газов на выходе из топки

Температура газов на выходе из топки  зависит от адиабатической температуры горения топлива , критерия Бугера Bu, теплового напряжения стен топочной камеры q_ст, коэффициента тепловой эффективности экранов y, уровня расположения горелок х_Г и других величин.

Адиабатическая температура горения топлива находится по таблице 7 по полезному тепловыделению в топке, приравненному к энтальпии продуктов сгорания в начале топки.

 

,°С, (2.5.2-14)

, К. (2.5.2-15)

°С, (2.5.2-16)

 К. (2.5.2-17)

 

Коэффициент сохранения тепла:

 

 (2.5.2-18)

 

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 м³ топлива:

 

, кДж/(м³*К) (2.5.2-19)

 кДж/(м³*К) (2.5.2-20)

 

Для расчета среднего коэффициента тепловой эффективности экранов y_СР, заполняем таблицу:

 

Таблица 13 – Коэффициент тепловой эффективности экранов

№	Наименование элемента котла	х	x	y	Fпл	yi Fплi
1	2	3	4	5	6	7
1	Фронтовой экран топки	0,96	0,65	0,624	4,296	2,6807
2	Задний экран топки	0,96	0,65	0,624	4,296	2,6807
3	Левый боковой экран топочной камеры	0,96	0,65	0,624	5,525	3,4476
4	Правый боковой экран топочной камеры	0,96	0,65	0,624	15,853	9,8923
5	Итого SyI Fплi	-	-	-	-	18,7013

 

Средний коэффициент тепловой эффективности экранов:

 

 (2.5.2-21)

Параметр забалластированности топочных газов:

 

м³/м³ (2.5.2-22)

 

Параметр М, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена в камерных топках относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов:

 

  (2.5.2-23)

где М₀ – коэффициент для газомазутных топок при настенном расположении горелок, М₀ = 0,4.

 

  (2.5.2-24)

 

Расчетная температура газов на выходе из топочной камеры: