3.2. Расчет теплообмена в топке

При проектировании и эксплуатации теплогенери­рующих установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств. Конструктивный расчет производится только при разработке новых агрегатов конструкторскими бюро заводов-изготовителей или при реконструкции топочных камер существующих теплоге­нераторов.

При поверочном расчете топки по ее тепловым и конструктивным характеристикам определяют темпера­туру дымовых газов на выходе из топки , °С.

Передача теплоты в топке к лучевоспринимающим поверхностям происходит в основном излучением. Доля конвективного теплообмена относительно мала и им при расчете топки пренебрегают.

Поверочный расчет однокамерных топок произво­дят в следующей последовательности:

1. Для камерных топок проверяют только тепловое напряжение топочного объема.

Тепловое напряжение зеркала горения, кВт/м²

,

где R_зг – площадь зеркала горения, м².

2.Полезное тепловыделение в топке определяют по формуле, кДж/м³

,

где Q_в – теплота, вносимая в топку воздухом, кДж/м³.

Величина Q_в складывается из теплоты горячего воздуха и холодного, присосанного в топку

,

где – коэффициент избытка воздуха в топке; – присосы воздуха в топку;V⁰ – теоретически необходимое количество воздуха, м³/м³; с_в – объемная теплоемкость воздуха, кДж/(м^3.К), с_в = 1,3кДж/(м^3.К); – температура воздуха после подогрева в воз­духоподогревателе, °С; – температура холодного воздуха, °С, = 30°С.

По Jt-диаграмме (см. рис. 2.1) по значению J = Q_т определяют теоретическую (адиабатическую) темпера­туру горения топлива t_а, °С (Т_а, К).

t_а = 1950°С; Т_а = 2223 К.

3. Вычисляют параметр М, зависящий от относи­тельного положения максимума температуры пламени по высоте топки.

При сжигании газа и мазута

М = 0,54 – 0,2X_т .

Параметр Х_т характе­ризует относительное положение максимума температу­ры топочных газов, которое для камерных топок с верхним отводом газов и горизонтальным положением осей горелок определяют по формуле

,

где h₁ – расстояние от нижней плоскости топки до плоскости максимальных температур, м; h₂ – расстояние от нижней плоскости топки до середины ее выходного окна, м.

М = 0,54 – 0,2∙0,93=0,35 .

Под нижней плоскостью топки следует понимать: при сжигании газа и мазута – под топки, при сжига­нии твердого топлива – середину холодной воронки. Максимум температур практически совпадает с уровнем расположения осей горелок.

4. Определяют среднее значение коэффициента тепловой эффективности лучевоспринимающей поверхно­сти топки

,

где H_л – полная лучевоспринимающая поверхность топки, м², принимают по прил.1; F_ст – полная поверхность стен топки, м²; коэффициент загрязнения лучевоспринимающей поверхности нагрева, учитывающий снижение ее тепловосприятия вследствие загрязнения топочных эк­ранов наружными отложениями или покрытия их огне­упорной массой.

Коэффициент загрязнения принимают равным: для газообразного топлива – 0,65.

5. Предварительно задаются температурой про­дуктов сгорания на выходе из топочной камеры . Для промышленных паровых теплогенераторов рекомендуется предварительно при­нимать температуру продуктов сгорания на выходе из топки: при сжигании природного газа 1050…1100°С.

6. Определяют эффективную толщину излучающего слоя, м

,

где V_т – объем топочной камеры, м³.

7. Вычисляют коэффициент ослабления лучей то­почной средой, (м^.МПа)^-1.

При сжигании жидкого и газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициен­та ослабления лучей трехатомными газами к_г и сажи­стыми частицами k_c.

к = k_гr_n + k_c ,

где r_n – суммарная объемная доля трехатомных газов.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными га­зами рассчитывают по формуле, (м^.МПа)^-1

,

где – объемная доля водяных паров; Р_п – суммарное парциальное давление трехатом­ных газов, МПа; Р_п = r_п^.Р; Р – давление в топочной камере теплогенерато­ра, МПа, для агрегатов, работающих без наддува, Р = 0,1 МПа.

(м^.МПа)^-1

Коэффициент ослабления лучей сажистыми части­цами вычисляют по формуле, (м^.МПа)^-1

,

где С^p, Н^p – содержание соответственно углерода и водорода в рабочей массе топлива.

(м^.МПа)^-1

Для газообразного топлива:

,

где С_mН_n – процентное содержание углеводород­ных соединений, входящих в состав газообразного то­плива.

к = 8,16∙0,26 +1,22=3,34(м^.МПа)^-1 _.

8. Определяют степень черноты топки:

– для камерных топок (R_зг = 0)

,

где а_ф – эффективная степень черноты факела, зависящая от вида сжигаемого топлива.

Для жидкого и газообразного топлив степень черноты факела

,

где m – коэффициент, учитывающий заполнение объ­ема топки светящимся пламенем; a_св, а_нс – степень черноты соответственно све­тящейся части факела и несветящихся трехатомных га­зов:

,

,

9.Определяют среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания, кДж/м³

,

где Q_т – полезное тепловыделение в топке, кДж/м³; Т_a – теоретическая (адиабатическая) темпера­тура горения, К; – энтальпия продуктов сгорания топлива при температуре и избытке воздуха на выходе из топки, кДж/м³, определяют по It-диа­грамме (см. рис. 2.1) по предварительно принятой темпе­ратуре .

кДж/м³

10. Определяют действительную температуру на выходе из топки , °С.

,

где -коэффициент сохранения теплоты, рассчитывае­мый по формуле

°С.

Полученная температура на выходе из топки сравнивается с предварительно принятой. Если расхождение между полученной и ранее принятой температурами не превысит ± 100°С, то расчет счита­ется оконченным.

11. Определяют общее тепловосприятие топки, кДж/кг

_,

кДж/кг.