 |
|
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ
При поверочном расчёте топочной камеры котлоагрегата предварительно принимается значение температуры газов на выходе из топки (перед фестоном или фестонированной частью конвективного пакета) 
. Рекомендации по ее выбору содержатся в табл. 1.5.
Для остальных топлив температура газов принимается равной температуре начала деформации золы 
, но не выше 1100 
. По принятой температуре газов на выходе из топки 
и адиабатической температуре сгорания топлива 
определяют тепловые, а по принятому значению 
– излучательные характеристики газов. С использованием геометрических параметров топочной камеры и закономерностей лучистого теплообмена получают расчётным путём выходную температуру газов .
Для расчёта этой температуры используют следующую формулу:
(3.1)
Либо ее определяют по [1, номограмма 7] при условии, что 
.
где k – коэффициент ослабления лучей топочной средой, 1/(м · кгс/см2); p – давление в топочной камере; для котлоагрегатов, работающих без наддува, р = 1 кгс/см2; s – эффективная толщина излучающего слоя в топочной камере:
Таблица 3.1
Температура газов на выходе из топочной камеры
| Топливо | Температура газов , 
|
| Донецкие АШ, ПА,Т; Кизеловский Г и отсевы; | |
| Кемеровский СС; Томь-Усинский СС | |
| Донецкий ГСШ; Подмосковный Б | |
| Ангренский Б; Ирша-бородинский Б; Назаровский Б; Березовский Б; фрезерный торф | |
| Сланцы северо-западных месторождений | |
| Мазут, газ | 1050-1100 |
– температура газов, которую они имели бы при адиабатическом сгорании топлива, К 
Теоретическая (адиабатическая) температура горения 
определяется по величине полезного тепловыделения в топке 
. При отсутствии рециркуляции – с помощью таблицы 1.5 (при 
), при рециркуляции
(3.2)
Полезное тепловыделение 
кДж/м3, рассчитывается по формуле:
. (3.3)
Тепло, вносимое в топку воздухом, 
, кДж/кг (кДж/м3):
(3.4)
В формуле (3.4) 
– энтальпия воздуха после воздухоподогревателя, определяется с помощью табл. 1.5 по его температуре.
Рис. 3.1. К определению относительного уровня расположения горелок
М – параметр, определяемый в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки 
(рис. 3.1). При сжигании мазута и газа
(3.5)
При камерном сжигании высокореакционных твёрдых топлив (каменные и бурые угли, сланцы, торф) и слоевом сжигании всех топлив
(3.6)
При камерном сжигании малореакционных твёрдых топлив (А, Па, Т), а также каменных углей с повышенной зольностью (типа экибастузского)
(3.7)
Независимо от величины xT в формулах (3.5 – 3.7) максимальное значение М принимается не выше 0,5 (для камерных топок).
При сжигании смеси топлив коэффициент М определяется по формуле смешения пропорционально долям тепловыделения:
(3.8)
Для большинства видов топлив максимум температур по высоте топки практически совпадает с уровнем расположения горелок, однако имеются исключения, тогда
(3.9)
где 
– высота расположения осей горелок (от пода или середины холодной воронки); при расположении горелок в два-три ряда по высоте за принимается средняя высота, если теплопроизводительности горелок всех рядов одинаковы, а при разной теплопроизводительности 
пропорционально смещается в сторону большей теплопроизводительности ряда; 
– расчётная высота заполняющего топку факела (от середины холодной воронки топки до середины выходного газового окна); 
– поправка на расположение максимума температур относительно уровня горелок (для большинства котлоагрегатов 
).
При сжигании угольной пыли на котлоагрегатах с 
и при фронтовом или встречном расположении прямоточных или вихревых горелок в несколько ярусов величина 
.
В шахтно-мельничных топках с открытыми или эжекционными амбразурами ЦКТИ . При установке рассекателей, направляющих основную часть потока вниз, 
.
При сжигании газа и мазута с избытками воздуха в горелках 
; (3.10)
Для того же топлива, но при 
Для слоевых топок при сжигании топлива в тонком слое (топки типов ТЛЗ и ТЧЗ) и в скоростных топках ЦКТИ системы Померанцева принимают 
. При сжигании топлив в толстом слое на подвижном или неподвижном колосниковом полотне 
При сжигании смеси топлив
(3.11)
Таблица 3.2
Условный коэффициент загрязнения поверхности
| Характеристика экрана | Вид топлива | Коэффициент |
| Открытые гладкотрубные и плавниковые экраны | Газообразное топливо в газомазутных топках | 0,65 |
| Мазут в газомазутных топках | 0,55 | |
АШ, ПА (при  ) и тощие угли
(при  )
| 0,45 | |
| Каменные и бурые угли, фрезерный торф | 0,45 | |
Экибастузский уголь при 
| 0,35-0,40* | |
Бурые угли с  при газовой сушке и прямом вдувании
| 0,55 | |
| Сланцы эстонские | 0,25 | |
| Все виды топлив при слоеном сжигании | 0,60 | |
| Экраны, футерованные огнеупорной массой в топках с твёрдым шлакоудалением | Все виды топлив | 0,2 |
| Экраны, закрытые шамотным кирпичом | Все виды топлив | 0,1 |
* Меньшее значение при 
3·106 кДж/( 
), большее при 
5 
кДж ( ).
– коэффициент тепловой эффективности экранов, равен произведению углового коэффициента экрана х на коэффициент 
, учитывающий загрязнение:
(3.12)
Угловой коэффициент однорядного гладкотрубного экрана х определяется по соотношению 
. Для ошипованных и плавниковых экранов, экранов, закрытых чугунными плитами, х=1. Такое же значение берётся для поверхности, проходящей через первый ряд труб котельного пучка или фестона, расположенных в выходном окне топки (для излучения на эти поверхности из топки, однако для самих поверхностей x<1).
Условный коэффициент загрязнения определяется по табл. 3.2.
При сжигании АШ с и T с 
принимают =0,35.
При работе топки на разных топливах выбирается по топливу, вызывающему наибольшее загрязнение, при сжигании смеси топлив – пропорционально долям тепловыделения qH:
(3.13)
Если стены топки закрыты экранами с разными угловыми коэффициентами х или экраны покрывают часть поверхности стен, то определяют среднее значение коэффициента тепловой эффективности
(3.14)
Для неэкранированных участков топочных стен 
– полная поверхность стен топки, м2, вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объём топочной камеры (рис. 3.2);
– степень черноты экранированных камерных топок:
(3.15)
где R – площадь зеркала горения слоя топлива, м2 (для камерных топок R=0, определяется по номограмме рис. 1.3); 
– эффективная степень черноты факела.
Рис. 3.2. К определению степени черноты топочной камеры.
При сжигании твёрдого топлива
(3.16)
(или определяется по номограмме на рис. 3.2), где е – основание натуральных логарифмов (е = 2,718), k – коэффициент ослабления лучей топочной средой, 1/(м · кгс/см2); р – давление в топочной камере, для котлоагрегатов, работающих без наддува, р = 1 кгс/см2; s – эффективная толщина излучающего слоя в топочной камере:
(3.17)
Рис. 3.3. Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами kг
Объём топочной камеры Vт [3, раздел 6-01] определяется как и поверхность стен Fст с использованием рис. 3.1.
При сжигании твёрдого топлива коэффициент ослабления лучей топочной средой 
, определяется коэффициентами ослабления лучей, трёхатомными газами kг, золовыми kзл и коксовыми kкокс частицами:
(3.18)
Для коэффициента ослабления лучей трёхатомными газами kг (рис. 3.3) температура газов принимается равной их температуре (табл. 1.5) в конце топки, а суммарное парциальное давление трёхатомных газов 
(3.19)
где суммарная объёмная доля трёхатомных газов 
указана в табл. 1.3.
Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами kзл берётся из [1, номограмма 4], а концентрации золы в дымовых газах 
зл из табл. 1.3. Коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами kкокс и безразмерные величины 
1и 2 принимаются: для всех твёрдых топлив kкокс=1; для топлив А, ПА, Т- 1=1,0; для каменных, бурых углей, торфа, сланцев, древесины 1=0,5; при пылевидном сжигании 2=0,1, при слоевом 2=0,03.
При сжигании газообразного и жидкого топлива степень черноты факела определяется по формуле
(3.20)
где m – коэффициент усреднения в открытых топках:
при 
для газа m = 0,1; для мазута m = 0,55;
при 
для газа m = 0,6; для мазута m = 1;
при 
значения m следует определять линейной интерполяцией.
Величины 
и 
определяются по формулам:
(3.21)
(3.22)
где kг определяется по рис. 3.3, rп – по табл. 1.3, р – по указаниям к формуле (3.16); s – по формуле (3.17); kc – коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, 1/(м·кгс/см2):
(3.23)
для газового топлива 
, где m и n – количество атомов углерода и водорода в газах, входящих в состав топлива; 
– процентное содержание газов.
При больших избытках воздуха 
можно принять kс = 0.
При сжигании жидкого и газообразного топлива величину k следует рассчитывать по формулам
(3.24)
(3.25)
Тогда нахождение значения (3.21) и 
(3.22) можно вести по (3.16), а 
получить по (3.20).
Значение φ определяется по (2.11); Вр – по (2.14); Vcср – средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания 1 кг (1м3) топлива, кДж/(кг· 
) [кДж/м3· )] в интервале температур, характерном для топочной камеры 
:
(3.26)
где Qт и 
– полезное тепловыделение в топке и теоретическая температура горения, рассчитываются по формулам (3.3) и (3.2); 
– энтальпия продуктов сгорания 1 кг (1м3) топлива, определяемая по предварительно принятым (табл. 3.1) и 
(табл. 1.3).
Если полученная по формуле (3.1) температура газов на выходе из топки отличается от принятого значения более чем на 
100 , то следует уточнить величины Vcср и по полученному расчётом значению температуры и повторить расчёт. Окончательная температура газов 
не должна превышать допустимые значения по условиям шлакования (табл. 3.2). В противном случае необходимо использовать конструктивные мероприятия для понижения температуры газов (например, рециркуляцию газов) во избежание шлакования конвективных поверхностей.
В заключение расчёта проверяется величина теплового напряжения топочного объёма qv, которая сравнивается с рекомендуемыми значениями (табл. 3.3).
Таблица 3.3