5. Расчет топки

Цель расчета топки – определение температуры дымовых газов на выходе их из топки и количества теплоты, переданного излучением. Теоретическое уравнение для расчета температуры газов следующее

(38)

где – температура дымовых газов на выходе из топки, ºС;

– теоретическая температура горения, ºС;

– параметр, характеризующий положение зоны максимальных температур в топке;

– степень черноты слоевой топки;

– лучевоспринимающая поверхность нагрева, м²;

– условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающих поверхностей;

– коэффициент сохранения теплоты;

– расчетный расход топлива, кг/ч;

– средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива, кДж/(кг∙ºС), в интервале температур .

Теоретическая температура горения представляет собой температуру продуктов сгорания в адиабатических условиях, т.е. при отсутствии теплообмена.

Для определения этой температуры необходимо найти полезное тепловыделение, кДж/кг

(39)

Используя табл.3, по строчке энтальпий действительного количества продуктов сгорания за топкой устанавливают соответствие температуры полезному тепловыделению, интерполируя между меньшим и большими значениями.

Лучевоспринимающую поверхность топки представляют как условную поверхность, площадь которой, м², подсчитывают по формуле

(40)

где – площадь стены, покрытой экраном, м²;

– угловой коэффициент экрана;

– расстояние между осями крайних труб экрана, м;

– освещенная длина экранных труб, принимаемая равной расстоянию между входом трубы в топочное пространство и выходом из него, м.

Угловой коэффициент экрана зависит от шага экранных труб, расстояния от центра экранной трубы до обмуровки и может быть определен по номограмме (рис.5).

Рисунок 5 – Угловой коэффициент лучевоспринимающих поверхностей

На рис.5 кривые соответствуют значению при следующих значениях :

1 – с учетом излучения обмуровки при е > 1,4d;

2 – то же при е = 0,8d;

3 – то же при е = 0,5d;

4 – то же при е = 0d;

5 – без учета излучения обмуровки при е > 0,5d.

Средняя суммарная теплоемкость определяется из выражения

(41)

где – энтальпия газов на выходе из топки, кДж/кг.

Условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающей поверхности принимают равным 0,7 при сжигании твердого топлива в слое [2].

Параметр при сжигании антрацита принимают равным 0,5, а при сжигании других видов топлива 0,45 [2].

Степень черноты слоевой топки определяют по формуле

(42)

где – эффективная степень черноты пламени;

– соотношение между площадью зеркала горения и площадью лучевоспринимающей поверхности;

– степень экранирования топки.

(43)

где – площадь зеркала горения, м²;

– полная поверхность ограждения топки, м².

Формула для определения эффективной степени черноты пламени имеет вид

(44)

где и – соответственно степени черноты несветящейся (газовой) и светящейся частей пламени;

– коэффициент, зависящий от вида топлива и способа его сжигания (при сжигании антрацита и тощих углей = 0; для пламени горящих в слое углей с большим выходом летучих = 0,4).

Степень черноты несветящейся части пламени вычисляют по формуле

(45)

где – основание натуральных логарифмов;

– коэффициент ослабления лучей несветящейся частью пламени;

– давление в газоходе, МПа (для слоевых топок без наддува = 0,1);

– эффективная толщина излучающего слоя газов, м,

(46)

где – объём топочной камеры, м³.

При сжигании твердого топлива в слое

(47)

где – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;

– определяют по формуле (16).

Для определения может быть использована номограмма, приведенная на рис.6.

Степень черноты светящейся части пламени определяют по формуле

(48)

где – коэффициент ослабления лучей в светящейся части пламени, который рассчитывается в свою очередь по формуле

(49)

Для упрощения вычислений

и (50)

используют номограмму (рис.7).

Таким образом, приведены все формулы для расчета температуры на выходе из топки. Однако следует заметить, что при определении ряда величин ее необходимо знать заранее. Отсюда вытекает методика проведения поверочного теплового расчета: вначале задаются температурой газов на выходе, затем по формулам ведут промежуточные вычисления и по теоретической формуле находят эту температуру. На рис.8 приведена номограмма, аппроксимирующая эту формулу.

Полученное значение сравнивают с принятым ранее. Если разница не превышает 100ºС, расчет считают законченным и в качестве окончательного значения принимают полученное им (или определенное по номограмме). При невыполнении этого условия проводят новый цикл вычислений.

Итоги заносят в таблицу (см. табл.5).

Рисунок 6 – Номограмма для определения коэффициента ослабления лучей трехатомными газами

Рисунок 7 – График для определения величины и значения ( )

Рисунок 8 – Номограмма для вычисления температуры дымовых газов в конце топки

Таблица 5 – Тепловой расчет топки

Рассчитываемая величина	Обоз-наче-ние	Размер-ность	Расчетная формула или источник определения	Ре-зуль-тат
Полезное выделение теплоты в топке		кДж/кг
Теоретическая температура горения		ºС	Табл.3
Коэффициент светимости пламени		-	Данные [2], =0,4
Температура дымовых газов на выходе из топки		ºС	Принимают предварительно (900ºС-1000ºС)
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов	-	м∙МПа
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами		-	Номограмма (рис.6)
Суммарная сила поглощения газового потока	-	м∙МПа
Степень черноты несветящейся части пламени		-	График на рис. 7
Коэффициент ослабления лучей светящейся части пламени		-
Суммарная сила поглощения светящейся части пламени	-	м∙МПа
Степень черноты светящейся части пламени		-
Степень черноты пламени		-
Условный коэффициент загрязнения		-	Рекомендации [2], принять = 0,7
Коэффициент тепловой эффективности экранов	-	-
Тепловыделение в топке на 1 м2 поверхности	-	кВт/м2
Расчетный коэффициент		-	Рекомендации [2], принять = 0,45
Температура газов на выходе из топки		ºС	Номограмма (рис.8)
Энтальпия дымовых газов на выходе из топки		кДж/кг	Табл.3
Тепло, переданное излучением в топке		кДж/кг