Теоретическая температура горения, тепловой баланс котла

Располагаемая теплота расходуется на производство полезной теплоты и тепловые потери

Располагаемая теплота, кДж/ м³:

,

где – теплота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне котла;

– физическая теплота топлива.

Или в безразмерном виде

Наибольшей является потеря теплоты с уходящими газами, %,

где и – энтальпия уходящих газов и теоретического количества холодного воздуха (при температуре 30 ºС) соответственно;

– коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

Потеря теплоты с химической неполнотой сгорания, %:

Потеря теплоты с механической неполнотой сгорания, %:

,

где и – соответственно доля золы в шлаке и в уносе,

и – содержание горючих в шлаке и уносе, %;

32,7 – теплота сгорания коксовых частиц в шлаке и уносе, кДж/кг.

Потеря теплоты от наружного охлаждения находится в пределах от 0,2 до 2,5%.

Потеря теплоты с физической теплотой шлака, %:

,

где – произведение температуры и теплоемкости шлака.

Коэффициент полезного действия котла равен, %,

Полезное тепловосприятие связано с паропроизводительностью котла соотношением

где и – энтальпия перегретого пара и питательной воды, кДж/кг.

Теоретическая температура горения, C:

,

где – теплоемкости сухих трехатомных газов, азота, паров воды и воздуха соответственно, кДж/(м³К), при данной температуре.

В диапазоне температур 1200–1600 С в первом приближении можно принять теплоемкость продуктов сгорания равной кДж/(м³К), тогда

.

Пример. Задан состав газообразного топлива (доменный газ): ; ; ; ; остальное – . Определить теоретическую температуру горения при коэффициенте избытка воздуха . Подогревом топлива и воздуха пренебречь. В расчетах принять кДж/(м³К); кДж/(м³К); кДж/(м³К); кДж/(м³К).

Решение:

Теоретический объем сухих трехатомных газов при сжигании газообразного топлива:

Теоретически необходимый объем воздуха для окисления 1 м³ газообразного топлива:

Теоретический объем азота при сжигании газообразного топлива:

Теоретический объем водяных паров при сжигании газообразного топлива:

Располагаемая теплота:

,

где   и  , тогда

Теоретическая температура горения:

Расчет скорости витания частиц твердого топлива в восходящем потоке газа.

Скорость витания частицы

,

где - ускорение свободного падения, м/с²;

и - плотность частицы и газа, кг/м³. Плотность газового потока определяется по формуле:

.

где – плотность газа при нормальной температуре К, которая зависит от состава газа. Для воздуха можно принять 1,293 кг/м³;

- температура газа, К;

- диаметр частицы, мм. Для расчета скорости витания частиц топлива можно использовать зависимость, полученных для шаровых частиц. По этой зависимости определяется диаметр эквивалентного шара, аэродинамически подобного частице:

, и - грани частицы;

Поскольку, и для правильной ее оценки нужно знать критерий Рейнольдса, в который входит определяемая скорость . Приняв , приводим к

,

где – критерий Кирпичева;

- кинематическая вязкость потока газа. Для воздуха можно принять 0,00022 м²/с.

Считая , получаем критерий Шиллера равный

Задаваясь значениями Re и беря соответствующие значения с, можно получить критериальную зависимость . Эта зависимость может быть аппроксимирована в области выражением:

,

а при

Для определения области движения частицы необходимо определить число Рейнольдса, воспользовавшись Геттингенской кривой (рисунок 1).

Проверка правильности расчета выполняется с помощью соотношения:

Пример. Рассчитать скорость витания угольной частицы размерами мм в топочной камере при температуре потока 1400 К. Плотность частицы 1200 кг/м³. Для газового потока плотность при нормальной температуре равна 1,293 кг/м³ и кинематическая вязкость равна 0,00022 м²/с.

Рис 1. Зависимость коэффициента сопротивления шара от числа Рейнольдс

Решение:

Диаметр шара, аэродинамически подобного частице:

Плотность газового потока:

Находим критерий Кирпичева:

Затем определяем критерий Шиллера. Так как , тогда

Скорость витания:

Определим область движения частицы:

Так как Re<1, то в соответствии с рисунком 1 это область Стокса, т.е. область чисто вязкого течения.

Проверка правильности расчета выполняется с помощью соотношения:

=> соотношение верное.