4.3 Расчет суммарного теплообмена в топке

4.3.1 Общие указании

Методика расчета суммарного теплообмена в топке базируется на приложении теории подобия к топочному процессу.

Основными параметрами, определяющими отношение темпе­ратуры газов на выходе из топки θ´´_т. к адиабатической температуре горения топлива θ_а, явля­ются критерий радиационного теплообмена Больцмана Во и критерий поглощательной способ­ности Бугера Вu.

Зависимость между этими параметрами установлена на основании опытных данных по теплообмену в топках котлов и выражается формулами или номограммами.

В условиях курсового проектирования расчеты производятся с помощью формул или номограмм.

4.3.2 Полезное тепловыделение в топке

Полезное тепловыделение в топке Q_т зависит от располагаемого тепла топлива Q_p, по­терь тепла q₃ и тепла, вносимого в топку воздухом Q_в.

Проектируемые котлы не имеют воздухоподогревателя, поэтому в топку вносится тепло с холодным воздухом:

, кДж/м³ (4.8)

где α_Т - коэффициент избытка воздуха в топке (таблица 2.2, строка I);

I_О.хв. -энтальпия холодного воздуха, кДж/м³ , формула (3.7).

Полезное тепловыделение в топке :

, (4.9)

,

где Q_р = Q^d _i - низшая теплота сгорания топлива, кДж/м³ , формула (3.3);

q₃- потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива, % ,формула (3.4) ;

Q_B - тепло, вносимое в топку воздухом, кДж/м³, формула (4.8).

4.3.3 Расчет температуры газов на выходе из топки

Температура газов на выходе из топки θ´´_т.з. зависит от адиабатической температуры горения топлива θ_а = θ´_т., критерия Бугера Вu, теплового напряжения стен топочной камеры q_ст, коэффи­циента тепловой эффективности экранов Ψ, уровня расположения горелок х_Т и других величин.

Адиабатическая температура горения топлива θ_а находится по таблице 3.7 по полезному тепловыделению в топке, приравненному к энтальпии продуктов сгорания (газов) в начале топки, Q_T = I_a, кДж/м³ (Q_Т— формула (4.9)).

, (4.10)

t_a= θ_а +273,K.

Коэффициент сохранения тепла (точность расчета – не менее трех знаков после запятой):

, (4.11)

где q₅ - потери тепла от наружного охлаждения. % (п. 3.2, таблица 3.1);

η_к - КПД котла, %, формула (3.10).

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 м³ топлива:

(V_c.)_ср. , ,кДж/(м³·К) (4.12)

где I_а - энтальпия продуктов сгорания в начале топки, кДж/м³ , формула (4.9);

- энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки, кДж/м³ , формула (4.1);

- адиабатическая температура горения, °С, формула (4.10);

= 1050 1100°С - температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры, принимается в п. 4.2.

Для расчета среднего коэффициента тепловой эффективности экранов Ψ_ср заполняется таблица 4.1.

Таблица 4.1- Коэффициент тепловой эффективности экранов

Наименование элемента котла	х	ξ	Ψ	Fпл.	Ψi Fпл.i
1	2	3	4	5	6
1. Фронтовой экран топки
2. Задний экран топки
3. Задний экран камеры догорания
4. Левый боковой экран топочной камеры
5. Правый боковой экран топочной камеры
6. Выходное окно топочной камеры
7. Итого ∑ Ψi Fпл.i	-	-	-	-

Пояснения к таблице 4.1

х - угловой коэффициент экранов (согласно задания);

ξ - коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытия изоляцией. Для настенных гладкотрубных и мембранных цельносварных (газо­плотных) экранов при сжигании газообразного топлива

ξ = 0,65;

Ψ=х·ξ- коэффициент тепловой эффективности экранов.

Для неэкранированных участ­ков топочных стен Ψ = 0;

F_пл. - площадь стены, занятой экраном, м² . (согласно задания).

Средний коэффициент тепловой эффективности экранов

, (4.13)

где ∑ Ψ_i F_пл.i , м² -таблица 4.1, строка 7, графа 6;

∑ F_ст.i ^_ площадь стен топочной камеры, м² (согласно задания)

Параметр забалластированности топочных газов:

r_v , (4.14)

где – по таблице 2.5 (строка 3);

– по таблице 2.4 (строка 3);

– по таблице 2.4 (строка 2).

Параметр М, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена в камерных топках относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов:

, (4.15)

где М₀ - коэффициент для газомазутных топок при настенном расположении горелок; М₀ - 0,4;

- относительная высота расположения горелок (согласно задания);

, - параметр забалластированности топочных газов, формула (4.14). Расчетная температура газов на выходе из топочной камеры:

, (4.16)

где = ,

– по формуле (4.15);

– по формуле (4.7);

– по формуле (4.13);

–(согласно задания);

– по формуле (4.11);

, м³/с – по формуле (3.14);

, кДж/(м³·К) – по формуле (4.12).