Выбор основных конструктивных характеристик топки

Схема топочной камеры представлена на рисунке 1

Рисунок 1 – Схема топочной камеры

Активный объем топочной камеры ограничивается плоскостями экранных труб или обращенными в топку поверхностями защитного огнеупорного слоя; в местах, не защищенных экранами, - стенами топочной камеры. В выходном сечении камеры ее объем ограничивается плоскостью, проходящей через оси первого ряда ширм, фестона или котельного пучка. Нижней границей объема служит под топки.

Минимальный из условий экономичного сгорания топлива объем топки /1/:

кВт/м³ - допустимое тепловое напряжение объема топки по условиям горения /1/.

Однако для снижения температуры газов на выходе из топки до оптимального уровня, поверхность стен, ограждающих активный объем топки, и сам объем должны быть увеличены против минимального на 15-20% /1/:

Минимальное сечение топки по осям труб экранов /1/:

,

где - допустимое тепловое напряжение сечения топки /1/.

Расчетное значение , выбирать в пределах , так как топливо не является сильношлакующим, то , кВт/м² /1/.

Расчетное сечение топки /1/:

Расчетное число ярусов горелок:

,

где - предельное теплонапряжение яруса горелок /1/.

2.

Глубина топки определяется из уравнения /1/:

где - соотношение ширины и глубины принимается равным /1/;

 

Ширина топки по фронту расположения горелок /1/:

Размеры топочной камеры уточняются с учетом, что топочные экраны выполнены из труб диаметром и шагом , т.е. и должны быть кратны 80 мм:

;

м;

.

м.

Уточненное значение площади сечения топочной камеры:

F_т = a_т∙b_т = 8∙7,28 =58,24 м².

Диаметр условной окружности определяется из соотношения d_у/b_т = 0,08 – 0,18: /1/

d_у = 0,1∙b_т = 0,1∙7,28 = 0,728 м.

Расстояние по высоте между горелками: /1/

h_пр = 9∙b_а = 9∙0,324 = 2,916 м.

Расстояние от нижней кромки амбразуры до верхней плоскости холодной воронки /1/:

h_н.к = 5∙b_а = 5∙0,324 = 1,62 м.

Расстояние между осями горелок:

h_яр = h_пр + h_г = 2,916 + 1,262 = 4,178 м.

Расстояние от оси нижней горелки до верхней плоскости холодной воронки равно:

h_ск = h_н.к + 0,5∙h_г = 1,62 + 0,5∙1,262 = 2,251 м.

Меньший угол γ₁ между осью горелки и плоскостью ее амбразуры для предотвращения прилипания факела к экрану в зоне активного горения топочной камеры должен быть не менее 40° /1/; принимается равным γ₁ = 45°.

Эскиз топочной камеры представлен на рисунке 1.

Важным шагом в конструкционном расчете топочной камеры является определение размеров ширм, представленных на рисунке 2.

Ширмы изготавливают из гладких труб с диметром 32-42 мм (по сортаменту – 32, 38, 42 мм) с толщиной стенки 4-6 или из гладких труб с вваркой полосы между трубами шириной 12-20 мм и толщиной 4-6 мм/1/.

Чем меньше диаметр труб, тем выше коэффициент теплоотдачи ~ , как следствие экономия металла. Около любой трубы есть пограничный ламинарный слой, где теплопроводность низкая. Чем меньше диаметр труб, тем меньше ламинарный слой и, следовательно, больше теплопроводность.

Оптимальное значение наружного диаметра труб ширм 32 мм.

Толщина стенки труб ширмы мм.

Поперечный шаг труб в ширме .

При поперечном шаге труб в ширме до 700 мм, ширмы не включаются в топку, т.к. межширмовый объем не является активным объемом топки.

Продольный шаг труб S₂ определяется по формуле:

S₂ = σ₂∙d,

где σ₂ ≤ 1,5 – продольный относительный шаг для гладкотрубных ширм /1/, принимается равным 1,25, тогда

S₂ = σ₂∙d = 1,25∙32 = 40 мм;

Рисунок 2 – Ширмы.

Глубина ширм по осям крайних по ходу газов труб /1/:

,

где - радиус гибов труб в ширмах;

- число петель в ширме; преимущественно , реже ;

- число ниток (заходов) в ширме, определяемое, исходя из принятой оптимальной массовой скорости пара в них: /1/

,

где - расход пара через ширмы, на данной стадии проектирования можно принять , поскольку суммарный расход конденсата, впрыскиваемого в пароохладители после ширм по ходу пара не известен;

- внутренний диаметр труб, м;

- число ходов пара в ширмах, ;

- число ширм, установленных по ширине газохода;

Радиус изгиба труб в ширме мм.

Число петель в ширме .

Число ходов пара в ширмах .

Внутренний диаметр труб ширмы мм.

Число ширм, установленных по ширине газохода /1/:

шт.

Массовые скорости пара в ширмах рекомендуется принимать из интервала от 800 до 1100 кг/(м² с) /1/, таким образом, принимаем = 1000 кг/(м² с);

Число ниток (заходов) в ширме:

шт.

Глубина ширм по осям крайних по ходу газов труб:

Высота выходного из топки газового окна (за ширмами, по оси труб заднего экрана) принимается равной h_ок = b_т = 7,28 м.

Аэродинамический выступ перед выходным окном из топки, формируемый огибаемыми трубами заднего экрана, служит для отжатия потока газов от задней стены топки, что способствует более полному и равномерному заполнению ее объема, поперечному омыванию газами ширм и частичной защите ширм от прямого излучения факела. Большая глубина не желательна из-за чрезмерного повышения скорости газового потока в зажатом выступом сечении топочной камеры и ухудшения использования топочного объема.

Глубина аэродинамического выступа /1/:

b_а.в = .

Для улучшения омывания ширмового пароперегревателя аэродинамический выступ делается с вертикальным участком h_а.в = 0,2∙b_т = 0,2∙7,28 = 1,456 м /1/.

Угол наклона ската аэродинамического выступа должен быть достаточным для скатывания с него золы и шлака, принимается /1/.

Угол наклона нижней плоскости аэродинамического выступа и угол наклона пода топки также выбираются из условия предотвращения расслоения пароводяной смеси и принимаются равными и соответственно /1/.

Схема аэродинамического выступа представлена на рисунке 3

Рисунок 3 – Аэродинамический выступ

 

Поскольку в данном проекте предусмотрен аэродинамический выступ, высота ширм определяется с учетом возможности их теплового расширения (Δh = 200мм) на растопке без посадки на скат топки /1/.

Расстояние l_об (рисунок 1) выбирается с учетом работы обдувочных аппаратов, устанавливаемых в этом объеме. Для предотвращения эрозионного износа труб потоком пара, вытекающего с высокой скоростью из сопл обдувочного аппарата, расстояние от сопл до обдуваемой поверхности должно быть не менее l_об/2 = 400 мм. Газовый объем глубиной l_об, не менее 800 мм, между отдельными пакетами поверхностей нагрева в газоходах котла необходим и для производства ремонтных работ в процессе эксплуатации. Однако габариты газоходов котла, как правило, не позволяют принимать l_об больше 800 мм. Следовательно, l_об = 800 мм.

Устье в нижней части холодной воронки длиной, равной ширине топки, для свободного прохода крупных кусков шлака выполняется шириной

Для удобства расчета высоты топочной камеры весь объем ее по высоте целесообразно разбить на ряд элементарных объемов, определяемых геометрическим построением по ранее определенным размерам так, как показано на рисунке 1.

Объёмы топочной камеры:

h_т = h₁ + h₂ + h₃ + h₄ + h₅ + h₆;

b_х.в = 0,5∙(b_т + b_у) = 0,5∙(7,28 + 1) = 4,14 м;

h_х.в = 0,5∙(b_т – b_у)∙tgα₁ = 0,5∙(7,28 – 1)∙tg50° = 3,742 м;

h₁ = h_х.в /2 = 3,742/2=1,871 м;

Схема холодной воронки представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Холодная воронка

 

V₁ = a_т∙h₁∙(b_т + b_х.в)/2 =8∙1,871∙(7,28 + 4,14)/2 = 85,467 м³;

h₃ = b_а.в∙tgα₂ = 1,82∙tg25° =0,849 м;

V₃ = a_т∙h₃∙(b_т + b_т –b_а.в)∙0,5 = 8∙0,849∙(7,28+7,28-1,82)∙0,5 =43,265 м³;

h₄ = h_а.в = 1,456 м;

V₄ = a_т∙h₄∙(b_т – b_а.в) = 8∙1,456∙(7,28 - 1,82) = 63,6 м³;

h₅ = Δh + (b_а.в - l_об)∙tgα₃ = 0,2 + (1,82 – 0,8)∙tg30° = 0,789 м;

V₅ = a_т∙h₅∙(b_т – b_а.в) + a_т∙0,5∙(Δh + h₅)∙(b_а.в- l_об)= 8∙0,789∙(7,28 - 1,82) + +8∙0,5∙(0,2+0,789)∙(1,82-0,8) =38,5 м³;

h₆ = h_ш = h_ок + l_об∙tgα₃ – Δh = 7,28 + 0,8∙tg30° - 0,2 = 7,542 м;

V₆ = a_т∙h₆∙(b_т – l_об – b_ш) = 8∙7,542∙(7,28 - 0,8 – 1,328) = 310,851 м³;

 

V₂ = V_т – (V₁ + V₃ + V₄ + V₅ + V₆) =

= 1616 – (85,467 + 43,265 + 63,6 + 38,5 + 310,851) = 1074,317 м³;

h₂ = V₂/(a_т∙b_т) = 1074,317/(8∙7,28) = 18,446 м;

h_т = h₁ + h₂ + h₃ + h₄ + h₅ + h₆ = 1,871 + 18,446 + 0,849 + 1,456 + 0,789 + 7,542 = 30,953 м.

Полная поверхность стен, ограничивающих активный объем топочной камеры, находится по формуле /1/:

где - поверхность фронтовой стены с примыкающей частью холодной воронки;

- поверхность задней стены с примыкающей частью холодной воронки;

- поверхность боковой стены;

- поверхность стен потолка, ограничивающего активный объем топки;

- лучевоспринимающая поверхность входного сечения ширм;

, , , - освещенные длины труб соответственно фронтового и заднего экранов, потолка и ширм.

= b_х.в/2 + h₁/sinα₁ + h₂ + h₃ + h₄ + h₅ + h₆ =
= 4,14/2 + 1,871/sin50° + 18,446 + 0,849 + 1,456 + 0,789 + 7,542 = 32,157 м;

= 8∙32,157 = 257,256 м²;

= b_х.в/2 + h₁/sinα₁ + h₂ + h₃/sinα₂ + h₄ + h₅/sinα₃ =

= 4,14/2 + 1,871/sin50° + 18,446 + 0,849/sin25° + 1,456 + 0,789/sin30° = 24,123 м;

= 8∙24,123 = 192,984 м²;

= 202 м²;

= b_т – l_об – b_ш = 7,28 - 0,8 – 1,328 = 5,152 м;

= 8∙5,152 = 41,216 м²;

= h₆ + b_ш + Δh∙ctgα₃ = 7,542 + 1,328 + 0,2∙ctg30° = 9,216 м;

= 8∙9,216 = 74,728 м²;

=

= 260,536 + 193,128 + 2·202 + 41,216 + 74,728 = 973,608 м²;

Площадь живого сечения для прохода газов в ширмах /1/:

,

где - входное сечение ширм, м²;

- выходное сечение ширм, м²;

- высота выходного сечения ширм, м;

= 8·9,216 – 0,032·9,216·15 = 69,3 м²;

= 8·7,442 - 0,032·7,542·15 = 55,916 м²;

.