Тепловой расчет топочной камеры

Топочную камеру условно представляем в виде параллелепипеда с высотой 2, 4 м, шириной 1, 79 м и глубиной 1, 93 м. Суммарная поверхность стен топочной камеры F_ст = 24, 76 м². Соответственно объем топочной камеры V_т = 8, 29 м³. Все стены топочной камеры экранированы трубами диаметром 51 мм с шагом 55 мм, кроме фронтовой стены. Средняя часть фронтовой стены не экранирована для обеспечения свободного пространства для установки горелки ГМ-4, 5 и лаза в топку. Экраны пода (нижней поверхности) топки для исключения перегрева труб закрыты шамотным кирпичом. Для исключения протока дымовых газов между экранных труб, отделяющих топку от конвективного пучка, между трубами вварены приставки. Угловой коэффициент для такого экрана х = 0, 96. Часть этого экрана (левого) занимает выходное окно топки, за которым расположен конвективный пучок. Коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и поверхностью нагрева (аналог коэффициента «х») для этого случая также равен 0, 96 поэтому при расчете не будем выделять из площади этого экрана выходное окно топки.

Таблица 3 – Геометрические характеристики топочных экранов

Таблица 4 – Геометрические характеристики топочной камеры.

Расчеты ведутся методом приближения. Для этого предварительно задаются температурой газов на выходе из топки, производят расчет ряда величин, по которым находят температуру на выходе из топки. Если найденная температура отличается от принятой более чем на ± 100°С, то задаются новой температурой и повторяют расчет.

Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера) Bu = kps, где k – коэффициент поглощения топочной среды, p – давление в топочной камере, s – эффективная толщина излучающего слоя. Коэффициент k рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определение учитывается излучение трехатомных газов задаемся в первом приближении температурой продуктов сгорания на выходе из топки 1100°С.

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки (все минимальные и максимальные величины принимаются по таблице 2):

Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания:

из таблицы 2 (для топки)

Коэффициент поглощения лучей частицами сажи:

a_Т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, по таблице 2

m, n – количество атомов углерода и водорода в соединении соответственно

C_mH_n – содержание углерода и водорода в сухой массе

- температура газов на выходе из топки

Коэффициент поглощения топочной среды:

k_r – коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания

m – коэффициент относительного заполнения топочной камеры светящимся пламенем, для газа = 0, 1

k_c – коэффициент поглощения лучей частицами сажи

Критерий поглощательной способности (критерий Бугера):

Эффективное значение критерия Бугера:

Расчет суммарного теплообмена в топке

Полезное тепловыделение в топке

Полезное тепловыделение в топке Q_Т зависит от располагаемого тепла топлива Q_Р, потерь тепла q₃ и тепла, вносимого в топку воздухом. Проектируемый котел не имеет воздухоподогревателя, поэтому в топку вносится тепло с холодным воздухом:

где

где a_Т – коэффициент избытка воздуха в топке

Полезное тепловыделение в топке:

Расчет температуры газов на выходе из топки

Температура газов на выходе из топки зависит от адиабатической температуры горения топлива , критерия Бугера Bu, теплового напряжения стен топочной камеры q_ст, коэффициента тепловой эффективности экранов y, уровня расположения горелок х_Г и других величин.

Адиабатическая температура горения топлива находится по таблице 2 по полезному тепловыделению в топке, приравненному к энтальпии продуктов сгорания в начале топки:

Коэффициент сохранения тепла:

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 м³ топлива:

Для расчета среднего коэффициента тепловой эффективности экранов y_ср заполняем таблицу:

Таблица 5 – Коэффициент тепловой эффективности экранов

Средний коэффициент тепловой эффективности экранов:

Параметр забалластированности топочных газов:

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

где М₀ – коэффициент для газомазутных топок при настенном расположении горелок, М₀ = 0, 4.

Расчетная температура газов на выходе из топочной камеры:

Так как меньше чем ±100°С, тоданную температуру принимаем за окончательную и по ней находим энтальпию по таблице 2.

Тепловосприятие топки

Количество тепла, воспринятого в топке излучением 1 м³ газообразного топлива:

Удельное тепловое напряжение объема топочной камеры:

Удельное тепловое напряжение стен топочной камеры: