5. Поверочный расчет топки

Целью расчета топки является определение температуры на выходе из топки и проверка соответствия теплонапряжения топочного объема и топочного сечения допустимым значениям при заданной паропроизводительности котла и сжигании заданного топлива.

При определении температуры на выходе из топки необходимо обращать внимание на глубину охлаждения продуктов сгорания, достаточную для предотвращения шлакования поверхностей нагрева котла.

При расчете топки за основу принимается конструкция топочной камеры, изображенная на чертеже котла-прототипа. Прилагаемом к заданию.

5.1. Определение конструктивных характеристик топочной камеры

На основании чертежа-прототипа необходимо построить эскиз боковой стены топочной камеры в масштабе 1:50 и нанести на него необходимые размеры. При этом следует учитывать, что объем топки ограничивается плоскостью, проходящей через среднюю линию холодной воронки (топки с твердым шлакоудалением) или под (топки с жидким шлакоудалением и газомазутные топки), плоскостями, проходящими по осям вертикальных или наклонных экранных труб поверхности нагрева, находящейся на выходе из топки (в данном случае фестон заднего экрана). Пример эскиза топки приведен на рис.5.1. Высота топочной камеры определяется как разность отметок осевой линии выходного окна топки и средней линии холодной воронки (или пода) топки.

После построения эскиза топочной камеры опреляется полная поверхность боковой стенки топки. Для этого боковую стенку разбивают на элементарные геометрические фигуры, подобно тому как это сделано на рис.5.1. (F₁, F₂, F₃, F₄) и определяет их площадь с последующим суммированием

F_δ=F₁+F₂+F₃+F₄, м²

Недостающие геометрические размеры для определения площадей фигур необходимо брать из эскиза топки или чертежа с учетом масштаба.

Ширина топочной камеры определяется с учетом теплонапряжений топочного объема и топочного сечения следующей последовательности

1. Определяется максимально допустимое теплонапряжение топочного объема в соответствии с паропроизводительностью и видом сжигаемого топлива по табл.5.1. методического пособия.

Минимальная ширина топки топки по условиям теплонапряжения топочных экранов

b_{min т} = BQ^p3600/(4,19q_v*F₀), м

2. Определяем допустимое теплонапряжение топочного сечения (принимаются значения 1500000 ккал/(м²ч) для углей и 3000000 ккал/(м²ч) для газа и мазута).

Таблица 5.1

Допустимое теплонапряжение топочного объема q_v, ккал/ м²ч

Топливо	Производительность котла, т/ч
	Дпе˃75	50	35	25
Антрацит	120000	-	-	-
Полуантрацит	120000	-	-	-
Тощие угли	140000	160000	180000	220000
Каменные угли	150000	160000	180000	220000
Отходы углеобогащения	140000	160000	180000	220000
Бурые угли	160000	180000	210000	250000
Мазут	250000	300000	350000	400000
Природный газ	350000	400000	450000	500000

Минимальная ширина топки по условиям шлакования топочных экранов

b_{min ш} = BQ^p3600/(4,19q_F*a), м

где а - глубина топки, м.

Действительная ширина топки при сжигании твердого топлива должна превышать наибольшее из двух полученных минимальных значений ширины топки в 1,05-1,2 раза. Наибольшее значение принимается для топлив, температура начала деформации золы которых ниже 1050°С.

Определение полной поверхности стен топочной камеры может быть проиллюстрировано на следующем примере.

Поверхность фронтового экрана.

F_ФР= b(l₁+l₂+l₃+l₄), м²

Поверхность заднего экрана.

F_З== b(l₁+l₂+l₅), м²

Площадь выходного окна

F_В= b(l₆+l₇), м²

Для газомазутных топок площадь горизонтального пода F, определяется как произведение глубины топки на ее ширину.Полная поверхность стен топки пылеугольного котла

F_ст=F_фр+2*F_δ+ F_З+ F_В, м

Полная поверхность стен топки газомазутного котла

F_ст = F_фр+2* F_δ+F₃+F_в+F_п, м.

Под поверхностью экранирования понимается поверхность стен топочной камеры, закрытая экранными трубами, а также поверхность выходного окна топочной камеры, через которое осуществляется теплообмен между топкой и поверхностями нагрева, расположенными в горизонтальном газоходе. Под топки (в соответствии с чертежом-протоколом) может быть как экранированным, так и неэкранированным. При определении поверхности, экранирования принимается во внимание, что углы топочной камеры не экранируются, рис.5.2. Расстояния, на котором располагается первая труба экрана от угла топки, m=0,15-0,25.

Диаметр труб d, мм, и расстояния между осями соседних труб топочных экраном (шаги экранирования) S, мм, принимаются в соответствии с чертежом-протоколом либо по с рекомендациям:

фронтовой, боковой экраны S/d=1,2-1,25;

задний экран S/d=1,1.

Количество труб в экранах:

фронтовой и задний экран n=[(b-2m)/S]+1, где S,м — шаг экранирования соответствующего экрана:

боковой экран n=[(a-2m)/S]+1 .

Определение поверхности экранирования топочных экранов может быть проиллюстрировано следующим примером.

Поверхность экранирования фронтового экрана

F^экр=F_фр-2m(l₁+l₂+l₃+l₄), м²

Поверхность экранирования бокового экрана

F^экр= F_δ-m(l₃+ l₅), м²

Поверхность экранирования заднего экрана

F^экр=F₃-2m(l₁+l₂+l₃), м²

Поверхность экранирования выходного окна

F^экр=F_в, м²

Под лучевоспринимающей поверхностью топки понимается часть поверхности экранирования, принимающая участие в лучистом теплообмене.

Лучевоспринимающая поверхность топки

H_л=F_і*Х_і, м²

где F_і — поверхность экранирования какого-либо участка топочной камеры;

Х_і - угловой коэффициент данного участка топочной камеры, показывающий, какая часть лучевоспринимающей поверхности учувствует в теплообмене.

Угловой коэффициент определяется по табл.5.2. В зависимости от относительного шага экранирования (S/d) и отношение e/d, где е - расстояние от оси экранной трубы до поверхности обмуровки, обращенной в топку. Расстояния с учетом масштаба либо

е=(а_св-а)/2

где а_св - глубина топки в свету.

Угловой коэффициент выходного окна топки равен Х_в=1

Таблица 5.2.

Угловой коэффициент однорядных настенных гладкотрубных экранов

e/d	s/d
	2,0	1,4	1,25	1,1
˃1,4	0,90	0,97	0,99	1,0
0,8	0,86	0,96	0,98	0,99
0,05	0,83	0,94	0,97	0,98

Определение лучевоспринимающей поверхности топки может быть проиллюстрировано следующим примером

H_л=F^экр*х_фр+2 F^экр*х_δ+ F^экр*х_З+F_Б*х_е , м

Для газомазутных котлов с экранированным подом в выше приведенную формулу должно входить слагаемое, определяющее лучевоспринимающую поверхность пода топки.

При наличии ошипованых участков экранов или участков закрытых шамотным кирпичом лучевоспринимающая поверхность таких участков определяется отдельно от открытых участков экранов.

Степень экранирования топки

æ = Н_л/F_ст

Относительная высота расположения горелок:

для одноярусного расположения Х_т= h_Г/ h_Г

для двухярусного расположения Х_т = (h_Г1*n+ h_Г2*m)/(m+n) h_Г

где h_Г1 и h_Г2 -расстояние между осями горелок первого и второго яруса и подом топки;

m и n -количество горелок в первом и втором ярусе соответственно.

Эфкетивная толщина излучающего слоя и объем топки

S = 3,6V_Т/F_ст , м, V_Т= в*F_δ , м³