Последовательность расчёта топок

 

1. Предварительно задаются температурой дымовых газов на выходе из топки υ˝_т. Эту температуру принимают по рекомендации[1]. Далее эта температура будет уточняться по расчётной формуле (5.26).

Для паровых котлов рекомендуется принимать температуру на выходе из топки для предварительных расчетов при сжигании природных газов 1050-1100 °С, мазутов – 1000-1050 °С, каменных углей – 1000-1100 °С, бурых углей – 850-950 °С, антрацитов – 1050-1100 °С. Причем для углей температура дымовых газов не может быть выше температуры плавления золы.

2. Для принятой температуры υ˝_т определяют энтальпию газов на выходе из топки по составленной табл.3.5 или графикам I=f (υ).

3. Подсчитывают полезное тепловыделение в топке, кДж/кг или кДж/м³:
Q _т = + Q _в , (5.4)
где Q _в – теплота, вносимая в топку с горячим воздухом для сжигания топлива и холодного, присосанного в топку:
Q _в =(α_т – Δα_т) + Δα_т . (5.5)
По Q _тиз табл. 3.5 определяется теоретическая температура горения υ _a, °С.

Коэффициент избытка воздуха в топке α_т принимается по табл.3.2. Энтальпия горячего воздуха определяется по табл.3.5, а холодного - по формуле = 40 .

Для парогенераторов, не имеющих воздухонагревателей, формула (5.5) принимает вид

Q _в = Δα_т . (5.6)

4. Определяют коэффициент тепловой эффективности экранов:

ψ = x ζ.

Угловой коэффициент x показывает, какая часть лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, попадает на другую поверхность, и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообменнике. Значение x определяют по рис.5.1.

Коэффициент загрязнения топочных экранов ζ учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей вследствие их загрязнения наружными отложениями. Для расчётов при сжигании природных газов принять ζ = 0,65, мазута ζ = 0,5 и для сжигания всех видов твёрдых топлив в слое ζ = 0,6 [2].

Если стены топки имеют разные угловые коэффициенты или не на всех стенах есть экраны, тогда определяют средний коэффициент тепловой эффективности

ψ_ср=Σψ_i F _i/ F _ст . (5.7)

Здесь ψ_i – коэффициент тепловой эффективности отдельной стенки топки ψ_i = x _i ζ; F _i – площадь отдельной экранированной стены, м²; F _ст – полная поверхность стен топки, м².

Если в топке имеются неэкранированные стены (например, фронтальная или задняя), тогда для них ψ_i = 0.

5. Определяют эффективную толщину излучающего слоя, м:

S _эф = 3,6 V _т/ F _ст , (5.8)

где V _т – объём топки, м³;

F _ст – поверхность стен топочной камеры, м².

 

 

Рис. 5.1. Угловой коэффициент однорядного

гладкотрубного экрана:

1 – при расстоянии от стенки е > 1,4 d; 2 – при е = 0,8 d; 3 – при е = 0,5 d;

4 – при е = 0; 5 – без учета излучения обмуровки е > 0,5 d

 

6. Определяют коэффициент ослабления лучей:

а) при сжигании жидкого и газообразного топлива коэффициент ослабления лучей k, (м·МПа)^-1, зависит от коэффициентов ослабления лучей трёхатомными газами k _г и сажистыми частицами k _с:

k = k _г· r _п+ k _с, (5.9)

где r _п – суммарная объёмная доля трёхатомных газов, принимается по табл.3.3.

Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, (м·МПа)^-1 определяется по номограмме (рис.5.2) или по формуле

k _г = , (5.10)

где р _П–парциальное давление трёхатомных газов, МПа

р _П= r _П· р; р – давление в топочной камере, принимается равным 0,1 МПа для агрегатов, работающих без наддува; – объёмная доля водяных паров (берётся из табл.3.3); – абсолютная температура на выходе из топки, К (равна принятой по предварительной оценке).

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м·МПа)^-1:

при сжигании жидких топлив:

k _с = 0,3(2 – α_т)(1,6 – 0,5) , (5.11)

где С^Р и Н^Р – содержание углерода и водорода в жидком топливе по рабочей массе, %;

при сжигании природных газов: = 0,12Σ С _m H _n; (5.12)

где С _m H _n – содержание входящих в состав природных газов углеводородных соединений, %;

б) при сжигании твердых топлив коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами k _г, золовыми k _зл и коксовым k _к частицами и подсчитывается по формуле

k=k _г r _п + k _зл μ_зл + k _к. (5.13)

Коэффициент ослабления лучей частицами летучей золы k _зл определяют по рис.5.3 при средней температуре в топке. Средняя массовая концентрация золы μ_зл берется по расчетной (табл.3.3).

Коэффициент ослабления лучей частицами кокса k _к принимают для топлив с малым выходом летучих (антрациты, полуантрациты, тощие угли) при сжигании их в камерных топках k _к=1, а при сжигании в слоевых топках k _к = 0,3; для высокореакционных топлив (каменный и бурый угли, торф) при сжигании в камерных топках k _к =0,5, при сжигании в слое k _к = 0,15.

 

Рис. 5.2. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

 

7. При сжигании твёрдых топлив определяют суммарную оптическую толщину среды kрS. Коэффициент ослабления лучей k подсчитывают в зависимости от вида и способа сжигания топлив по формуле (5.13).

8. Подсчитывают степень черноты факела а _ф:

а)для твёрдого топлива она равна степени черноты среды, заполняющей топку а, и определяют по (рис.5.4), или подсчитывают по формуле

а = 1 – е ^{– kpS}; (5.14)

б)для жидкого или газообразного топлива степень черноты факела:

а _ф = ma _св + (1 – m) a _г , (5.15)

где т - коэффициент, характеризующий долю топочного объёма, заполненного светящейся частью факела, принимают потабл.5.1.

Степень черноты светящейся части факела:

а _св = 1 – е ^{– ( k г r п+ k c) pS}. (5.16)

Степень черноты несветящихся трёхатомных газов:

а _г = 1 – е ^{– k г r п pS}, (5.17)

где k _г и k _с – коэффициенты ослабления лучей трёхатомными газами и сажистыми частицами.

9. При слоевом сжигании твёрдых топлив определяют площадь зеркала горения (активной части колосниковой решётки), м²:

R = B _p Q _н^р/ q _зг, (5.18)

где q _зг - удельная нагрузка зеркала горения, принимаемая в зависимости от конструкции топки и вида сжигаемого топлива, кВт/м² (табл.5.2).

10. Определяют степень черноты топки:

а) для слоевых топок:

а _т = (а + (1 – а)∙ R/F _ст)/(1– (1 – а)(1 – ψ_ср)(1 – R/F _ст); (5.19)

б) для камерных топок при сжигании угольной пыли:

а _т = а /(а +(1 – а)· ψ_ср); (5.20)

в) для камерных топок при сжигании газа и мазута:

а _т = а _ф/(а _ф +(1 – а _ф) · ψ_ср). (5.21)

 

 

Рис. 5.3. Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами:

1 – при сжигании пыли в циклонных топках; 2 – при сжигании углей, размолотых в шаровых барабанных мельницах; 3 – то же, размолотых в среднеходных и молотковых мельницах и в мельницах-вентиляторах; 4 – при сжигании дробленки в циклонных топках и топлива в слоевых топках; 5 – при сжигании торфа в камерных топках

 

Таблица 5.1

Доля топочного объёма,

заполненная светящейся частью факела m

Вид сжигаемого топлива и удельная нагрузка топочного объёма, кВт/м3	m
Газ при сжигании светящимся факелом при qV≤; 400 при qV≥ 1000 Мазут при qV≤; 400 при qV≥ 1000	0,1 0,6 0,55 1,0

Примечание. При удельных нагрузках топочного объёма больше 400 и меньше 1000 кВт/м³ коэффициент m определяется линейной интерполяцией. Здесь q_V=В _р / V _т.

Таблица 5.2

Удельная нагрузка зеркала горения q _з.г

Топливо	Нагрузка слоевых топок, кВт/м2
с неподвижными колосниковыми решётками	с цепными решётками обратного хода
Каменные угли Бурые угли	930 – 1160 810 – 1040	1400 – 1740 1160 – 1400

 

Рис. 5.4. Степень черноты продуктов сгорания а в зависимости от суммарной оптической толщины среды kpS

11. Определяют параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры x _т по высоте топки:

а) при сжигании газа и мазута:

М = 0,54 – 0,2· x _т. (5.22)

Относительное положение максимума температуры для большинства топлив определяют как отношение высоты размещения горелок h _г к общей высоте топки H _т:

x _т = h _г/ H _т. (5.23)

Максимальное значение параметра М для камерных топок принимают для расчётов не более 0,5.

б) при слоевом сжигании всех топлив:

М = 0,59 – 0,5· x _т. (5.24)

Для слоевых топок при сжигании топлива в тонком слое (топки с ПМЗ, где толщина слоя топлива не более 200 мм) принимают x _т = 0; при сжигании в толстом слое (200-500 мм) x _т = 0,14.

12. Определяют среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого твёрдого или жидкого топлив или на 1 м³ газа при нормальных условиях, кДж/(кг·К) или кДж/(м³·К):

Vс _ср = (Q _т – I";_т)/(υ _а – υ ";_т), (5.25)

где υ _а- теоретическая (адиабатическая) температура горения, °С,

определена в п.2; υ ";_т – принятая температура на выходе из топки, °С; Q _т – полезное тепловыделение в топке (см.п.3); I";_т – энтальпия продуктов сгорания при температуре υ ";_т (см. табл.3.5).

13. Определяют действительную температуру на выходе из топки по формуле

– 273. (5.26)

Полученную температуру сравнивают с температурой, принятой в п.1. Если расхождение между ними не превысит ±100°С, то расчёт считается оконченным. В противном случае задаются новым, уточнённым значением температуры и весь расчёт повторяют.