Определение температуры газов на выходе из топки

Температура газов на выходе из топки - следствие про­цесса теплопередачи в топке. Оптимальные значения темпера­туры на выходе из топки находятся в пределах 900-1150°C. Верхний предел, чтобы избежать шлакования конвективной поверхности труб, должен быть на 50—100° ниже температуры размягчения золы. Нижний предел обусловливается устойчи­востью процесса горения и минимальным значением потерь от химического и механического недожога. Если температура на выходе из топки ниже приведенного значения, то необходимо уменьшить лучевоспринимающую по­верхность нагрева. В этом случае устраивают либо своды, либо защитные стенки, либо выносные топки. При повышении тем­пературы на выходе из топки выше температуры размягчения золы эту поверхность желательно увеличить (одним из спосо­бов увеличения этой поверхности является применение экранов).

Таким образом, цель расчета теплопередачи в топке заклю­чается в том, чтобы обеспечить требуемую температуру в топке и определить необходимую лучевоспринимающую поверхность нагрева или, наоборот, проверить температуру газов на выходе из топки по заданной поверхности нагрева. Температура газов на выходе из топки определяется по нормативному методу, приведённому в тепловом расчёте котельных агрегатов, и с последующими его уточнениями.

 

Если задается температура газов на выводе из топки, то величина лучевоспринимающей поверхности определяется по формуле

(2.6.1)

 

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

(2.6.2)

Величины, входящие в формулы (2.6.1) и (2.6.2):

1. Расчетный расход топлива Вр в кг/ч, сжигаемого под одним котлом, определяется по формуле (2.4.3).

2. Количество тепла, выделяемое в топке за счёт излучения в ккал/кг (или ккал/м³), определяют по формуле

ккал/кг. (2.6.3)

Как здесь, так и в формуле (2.5.2) величину коэффициента сохранения тепла φ находят из выражения (2.1.4). Теплосодержание дымовых газов при теоретической температуре горения подсчитывают по формуле (2.2.1). Теплосодержание дымовых газов по выходе из топки определя­ют по -диаграмме, по заданному значению коэффициента избытка возду­ха и по предварительнопринимаемой температуре .

3. Величину условного коэффициента загрязнения ; принимают в зависимости от рода сжигаемого топлива и типа экранных поверхностей: для гладкотрубных экранов при сжигании газообразного топлива , а при сжигании жидкого и твёрдого топлива в слое

4. Абсолютную теоретическую температуру горения и абсолютную температуру на выходе из топки подсчитывают так:

5. Среднюю суммарную теплоемкость продуктов горения определяют из выражения

(2.6.4)

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

М=А—ВХ. (2.6.5)

Ориентировочно при сжигании твёрдого топлива в слое и сжигании ма­зута и газа значения А и В можно принимать равными: А=0, 52 и В=0, 3. Ве­личину подсчитывают из выражения

(2.6.6)

где h₁ - раcстояние от нижней плоскости топки до плоскости максимальных температур топочных газов; при слоевом сжигания за нижнюю плоскость топки принимается плоскость, расположенная на уровне ко­лосниковой решетки, для этой же плоскости характерна зона наи­более высоких температур, следовательно, в этом случае h₁=0 и X==0;

h₂ - расстояние от нижней плоскости топки до центра входного отвер­стия дымовых газов в первых газоходах.

При сжигании мазута и газа за нижнюю плоскость топки принимают плоскость пода, а зона высших температур газов считается по оси горелок.

7. Степень черноты топки определяют так:

для слоевых топок

(2.6.7)

для камерных топок

(2.6.8)

как видно, для нахождения степени черноты топки, в свою очередь, необходимо определить ряд величин.

8. Степень черноты факела определяют из выражения

(2.6.9)

где и - степень черноты светящихся и несветящихся компонентов пламени;

т— значение коэффициента, зависящего от рода топлива и способа его сжигания; подбирается по табл. 2.6.1

Таблица 2.6.1

Значение коэффициента m

Вид пламени	m
Светящееся пламя при сжигании жидких топлив и твёрдых топлив, богатых летучими	0, 6-0, 4
Несветящееся пламя при сжигании газообразных топлив, атакже слоевом сжигании антрацита и тощих углей

 

Степень черноты газовых компонентов в и определяют по формуле

(2.6.10)

где основание натуральных логарифмов е =2, 718, давление в топке P=1 ата (при работе без наддува); величина коэффициента ослабления лу­чей топочной средой k определяется:

для светящегося пламени

(2.6.11)

для несветящегося пламени

(2.6.12)

В формуле (2.6.12) значение коэффициента ослаблении лучей трехатом­ными газами определяют по номограмме (рис.2.6.1), найдя предварительно по таблице 2.2.1 объёмную долю водяных паров и суммарную долю трёхатомных газов

 

 

 

При работе котлов без наддува суммарное парциальное давление трехатомных газов численно равноих объёмной доле, т. е. (при P=1 ата)

(2.6.13)

Эффективную толщину излучающего слоя S определяют по формуле

(2.6.14)

где - объем топочной камеры в м³;

-полная поверхность стен топки в м².

Степень черноты топочной среды α может быть найдена также по номограмме рис.2.6.2.

 

 

Рис.2.6.2. Номограмма для опреде­ления степени черноты топочной сре­ды α

 

 

 

Рис. 2.6.3. График для определения значения углового коэф­фициента облучения однород­ного гладкотрубного экрана

1- при с учетом излучения обмуровки;

2 — то же. при ;

3 - тоже, при ;

4— то же, при ;

5 - при и без учета излучения обмуровки

 

9. Степень экранирования топки φ определяют до формулам: для слоевой топки

(2.6.15)

для камерной топки

(2.6.16)

10. Величину , характеризующую отношение площади зеркала горения R к лучевоспринимающей поверхности нагрева Н_л, определяют по формуле

(2.6.17)

11. Поверхность H_Л, воспринимающую лучистое тепло, опрёделяют по формуле

(2.6.18)

где - площадь стены, занятая экраном, в м²;

х - величина углового коэффициента экрана.

Площадь стены , занятую экраном, определяют как произведение рас­стояния между осями крайних труб bв м на соответствующую их длину в м, т. е.

(2.6.19)

Для экрана двустороннего облучения

(2.6.20)

Величину углового коэффициента экрана х определяют для настенных экранов по кривым рис. 2.6.3 с учетом излучения обмуровки. Для лучевоспринимающей поверхности котельного пучка угловой коэффициент берут равным 1.

Итак, рассмотрены все величины, входящие в формулы (2.6.1) и (2.6.2). Если по формуле(2.6.1) определяется неизвест­ная лучевоспринимающая поверхность H_Л, то для оценки степени черноты топки α _Т предварительно задаются степенью экранирования топки (или соответственно ), которую обычно принимают в пределах 0, 3-0, 8.

После расчета топки необходимо проверять соответствие между ориентировочно принятой степенью экранированиятопки полученной в результате расчета, при этом расхождение не должно превышать ±5%.

Найдя полную лучевоспринимающую поверхность , изнее сначала вычитают лучевоспринимающую поверхность ко­тельного пучка, а затем определяют из выражения(2.6.18) за­даваясь значением углового коэффициента экрана (т. е. прини­мая определенное положение труб относительно стен обмуров­ки), поверхность экранированных стен. Далее, задаваясь диа­метром d в м. и их шагом S в м, определяют фактически разме­щаемую поверхность нагрева H_факт по формуле

(2.6.21)

 

Если же расчет ведут по формуле (2.6.2), то по чертежам определяют объем и лучевоспринимающую поверхность топки, а затем находят степень экранирования топки. Чтобы найти сте­пень черноты факела α _Ф и среднюю суммарную теплоемкость продуктов горения (V с)_ср, приходится предварительно зада­ваться температурой на выходе из топки. Если температура на выходе из топки, найденная по формуле (2.6.2), будет отличать­ся от заданной более чем на 100°, то значения величин (V с)_ср и α _Ф следует исправить соответственно полученной температуре и после этого снова определить температуру на выходе из топки. Вместо решения уравнения (2.6.2) можно воспользоваться но­мограммой, приведенной на рис. 2.6.4.

Рис. 2.6.4 Номограмма для определения температуры дымовых газов на выходе из топки