Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов на выходе из топки Jm’’ при заданных конструктивных размерах топки, которые определяют по чертежам парового котла.
1) Определение конструктивных размеров и характеристик топки.
Примечания к таблице 5.1:
1. xок принимают по таблице: для открытых гладкотрубных экранов, для каменных углей xок=0,45
2. Площадь стены топки
стт= Fстф+ Fстф’+2× Fстб+ Fстз+ Fстз’+ Fок=88,157+23,113+
+2×72,25+55,825+23,113+27,03=361,738 м2.
3. Угловой коэффициент экрана x определяем по номограмме 1а в зависимости от S/d и e/d для этого экрана. Угловой коэффициент экрана, закрытого огнеупорной массой, равен единице. Реальные условия работы экранов с учетом загрязнения их отложениями шлака и золы оценивают коэффициентом тепловой эффективности экранов: y=х×x, где x - коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения экранных труб или нанесения на них слоя огнеупорного материала, для неэкранированных стен топки принимают x=0. Среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки в целом определяют по формуле:
Активный объём топочной камеры определяют по формуле:
м3
Эффективная толщина излучающего слоя:
м
Таблица 5.1
Конструктивные размеры и характеристики топочной камеры.
№ п/п | Наименование величины | Обозначение | Единица | Источник Или Формула | Топочные экраны | Выходное окно | |||||
Фронтовой | Боковой | Задний | |||||||||
Основная часть | Под или хол. вор. | Основная часть | Под или хол. вор. | ||||||||
Расчетная ширина экранированной стены | bст | м | Чертеж и эскиз | 6,315 | 6,315 | 5,8 | 6,315 | 6,315 | 6,315 | ||
Освещенная длина стены | lст | м | Чертеж и эскиз | 13,96 | 3,66 | - | 8,84 | 3,66 | 4,28 | ||
Площадь стены | Fст | м2 | bст× lст | 88,157 | 23,113 | 72,25 | 55,825 | 23,113 | 27,03 | ||
Площадь участка, не закрытого экранами | Fстi | м2 | Чертеж и эскиз | 23,12 | - | - | - | - | - | ||
Наружный диаметр труб | d | м | Чертеж и эскиз | 0,06 | - | ||||||
Число труб в экране | Z | шт. | Чертеж и эскиз | - | |||||||
Шаг экранных труб | S | м | Чертеж и эскиз | 0,075 | 0,075 | 0,085 | 0,075 | 0,075 | - | ||
Отн-ый диаметр труб | S/d | - | - | 1,25 | 1,25 | 1,417 | 1,25 | 1,25 | - | ||
Расстояние от оси трубы до обмуровки | e | м | Чертеж и эскиз | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | - | ||
Отн-ое расстояние до обмуровки | e/d | - | - | 1,667 | 1,667 | 1,667 | 1,667 | 1,667 | - | ||
Угловой коэф. экрана | x | - | Номограмма 1а | 0,98 | 0,98 | 0,97 | 0,98 | 0,98 | |||
Коэф., учитывающий загрязнения | x | - | Таблица 2.2 [2] | 0,45 | 0,45 | 0,45 | 0,45 | 0,45 | 0,45 | ||
Коэф. тепловой эффективности экрана | y | - | x×x | 0,441 | 0,441 | 0,4365 | 0,441 | 0,441 | 0,45 | ||
) Расчёт теплообмена в топке
Расчёт основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчётная формула связывает температуру газов на выходе из топки с критерием Больцмана Bo, степенью черноты топки и параметром М, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного местоположения максимума температур пламени, который определяется схемой размещения и типом горелок.
При расчёте теплообмена используют в качестве исходной формулу:
,
где = +273 - абсолютная температура газов на выходе из топки, [K]; = +273 - температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, [K]; - критерий Больцмана, определяемый по формуле:
Из этих формул выводится расчётная формула для определения температуры газов на выходе из топки , которую мы будем определять в конце данного раздела.
Определяем полезное тепловыделение в топке и соответствующую ей адиабатическую температуру горения :
,
где количество тепла, вносимое в топку с воздухом определяют по формуле:
,
где - энтальпия теоретического объема холодного воздуха, ккал/кг. Определяем по таблице 2.2 при температуре холодного воздуха :
- энтальпия теоретического объема горячего воздуха, поступающего в топку, ккал/кг. Определяем по таблице 2.2 при заданной температуре горячего воздуха :
- присос в пылесистему, берется из таблицы. Для пылесистем прямого вдувания с молотковыми или среднеходными мельницами при работе под разрежением
Теперь мы можем посчитать а затем :
Полезное тепловыделение в топке соответствует энтальпии газов , которой располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т. е ; отсюда по таблице 2.2 с помощью интерполяции находим температуру, соответствующую этой энтальпии:
Параметр М, характеризующий температурное поле по высоте топки, определяют по формуле:
,
где А и В - опытные коэффициенты, значения которых принимаем: А=0,59; В=0,5 (при камерном сжигании каменных углей).
Относительное положение максимума температур факела в топке определяют по формуле:
где - относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения осей горелок (от пода топки или середины холодной воронки) к общей высоте топки (от пода топки или середины холодной воронки до середины выходного окна из топки, т.е. ); - поправка на отклонение максимума температур от уровня горелок, принимаемая по таблице: в пылеугольных топках с вихревыми или прямоточными горелками при фронтальном или встречном их расположении Определим по очереди , и по вышеприведенным формулам:
Степень черноты топки ат и критерий Больцмана В0 зависят от искомой температуры газов на выходе .
В камерных топках для сжигания каменных углей принимаем , этой температуре соответствует
Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания определяют по формуле:
Степень черноты топки определяют по формуле:
,
где - эффективная степень черноты факела.
При камерном сжигании твердых топлив основными излучающими компонентами пламени являются трехатомные газы (СО2 и Н2О) и взвешенные в них частицы золы и кокса. В этом случае степень черноты факела определяется по формуле:
,
где - эффективная толщина излучаемого слоя в топке; - давление в топке, для паровых котлов, работающих без наддува = 1 кгс/см2.
Коэффициент ослабления лучей топочной средой определяют по формуле:
,
где: определяем по номограмме 3: ;
- коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, определяем по
номограмме 4: ;
-массовая концентрация золы в дымовых газах: ;
- коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами
z1 и z2 - безразмерные величины, учитывающие влияние концентрации коксовых частиц в факеле, которые зависят от рода топлива (z1) и способа его сжигания (z2). Для топлив, рекомендованных для курсового проекта z1=0,5, при камерном сжигании z2=0,1.
Найдем :
Далее найдем эффективную степень черноты факела :
Наконец, найдем степень черноты топки :
Сосчитаем температуру газов на выходе из топки:
Определяем количество тепла, переданное излучением в топке:
;
определили с помощью интерполяции
Определим тепловые нагрузки топочной камеры:
Удельное тепловое напряжение объёма топки:
Величина не должна превышать , это условие выполняется.
Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок:
Величина не должна превышать , это условие выполняется.