Расчет теплообмена в топке. Луче-воспринимающая поверхность топки находится как сумма луче-во­с­при­нимающих поверхностей экранов

Луче-воспринимающая поверхность топки находится как сумма луче-во­с­при­нимающих поверхностей экранов, т.е.

Н_л = Н_лэ + Н_пэ + Н_зэ,

где Н _лэ – поверхность левого бокового экрана,

Н _пэ – поверхность правого бокового экрана;

Н _зэ – поверхность заднего экрана;

Н_лэ = Н_пэ = L_т l _бэ х _бэ;

Н_зэ = В_зэ l _зэ х _бэ;

L _т – длина топки;

l _бэ – длина трубок бокового экрана;

В _зэ – ширина заднего экрана;

х _бэ – угловой коэффициент бокового экрана;

l _зэ – длина трубок заднего экрана;

х _зэ – угловой коэффициент заднего экрана.

Ввиду сложности определения длин трубок, величину луче-воспринима­ю­щей поверхности нагрева возьмем из технической характеристики котла:

Н_л = 92, 1 м ².

Полная поверхность стен топки, F _ст, вычисляется по размерам поверхно­с­тей, ограничивающих объем топочной камеры. Поверхности сложной конфигурации приведем к равновеликой простой геометрической фигуре.

Площадь поверхностей стен топки:

– фронт котла:

F_фр = 2, 75 ∙ 4, 93 = 13, 6 м ²;

– задняя стенка топки:

F_зс = 2, 75 ∙ 4, 93 = 13, 6 м ²;

– боковая стенка топки:

F_бс = 4, 80 ∙ 4, 93 = 23, 7 м ²;

– под топки:

F_под = 2, 75 ∙ 4, 80 = 13, 2 м ²;

– потолок топки:

F_пот = 2, 75 ∙ 4, 80 = 13, 2 м ².

Полная поверхность стен:

F_ст = F_фр + F_зс + 2F_бс + F_под + F_пот,

F_ст = 13, 6 + 13, 6 + 2 ∙ 23, 7 + 13, 2 + 13, 2 = 101, 0 м ².

Величина топочного объема:

V_т = 2, 75 ∙ 4, 80 ∙ 4, 93 = 65, 1 м ³.

Степень экранирования топки:

Ψ = Н_л/F_ст,

Ψ = 92, 1/101, 0 = 0, 91.

Коэффициент сохранения теплоты

φ = 1 – q₅/100,

φ = 1 – 0, 5/100 = 1, 00.

Эффективная толщина излучающего слоя

S = 3, 6V_т/F_ст,

S = 3, 6 · 65, 1/101, 0 = 2, 32 м.

Адиабатная (теоретическая) энтальпия продуктов сгорания

I_a = Q (100 – q₃ – q₄)/(100 – q₄) + I_гв – Q_вн,

I_a = 22674· (100 – 0, 5 – 0, 5)/(100 – 0, 5) + 1725 – 1487 = 22798 кДж/кг.

Адиабатная (теоретическая) температура газов:

Т_а = 1835°С = 2108 К.

Принимаем температуру газов на выходе из топки:

Т'_т = 800°С = 1073 К.

Энтальпия газов на выходе из топки (табл. 1) при этой температуре

I'_т = 9097 кДж/кг.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания

(V_гС_ср) = (I_a – I'_т)/(t _a – t '_т),

(V_гС_ср) = (22798 – 9097)/(1835 – 800) = 13, 24 кДж /(кг· град).

Условный коэффициент загрязнения поверхности нагрева при слоевом сжигании топлива:

ξ = 0, 60.

Тепловое напряжение топочного объема:

q_v = BQ /V_т,

q_v = 0, 77 · 22674/65, 1 = 268 кВт/м ³.

Коэффициент тепловой эффективности

Ψ _э = Ψ ξ,

Ψ _э = 0, 91 · 0, 60 = 0, 55.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

,

∙ 0, 228 = 5, 39 (м· МПа)^–1.

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами:

k_с = 0, 3(2 – α)(1, 6Т_т/1000 – 0, 5)С^р/Н^р,

k_с = 0, 3· (2 – 1, 28)· (1, 6 · 1073/1000 – 0, 5)· 54, 6/3, 9 = 3, 68 (м· МПа)^–1.

Часть золы топлива, уносимая из топки в конвективные газоходы: а_ун = 0, 1.

Масса дымовых газов

G_г = 1 – А^р/100 + 1, 306α V^о,

G_г = 1 – 21, 3/100 + 1, 306 · 1, 28 · 5, 54 = 10, 0 кг/кг.

Коэффициент ослабления лучей взвешенными частицами летучей золы ([1] рис. 5.3) при принятой температуре t _т:

k _зл = 7, 5 (м· ата)^–1.

Коэффициент ослабления лучей частицами горящего кокса:

k _к = 0, 5 (м· ата)^–1.

Концентрация золовых частиц в потоке газа:

μ _зл = 0, 01А^ра_ун/G_г,

μ _зл = 0, 01 · 21, 3 · 0, 1/10, 0 = 0, 002.

Коэффициент ослабления лучей топочной средой:

k _т = k _г + k _злμ _зл + k _к,

k _т = 5, 39 + 7, 5 · 0, 002 + 0, 5 = 5, 91 (м· ата)^–1.

Эффективная степень черноты факела:

а_ф = 1 – е ^{– k тРтS},

а_ф = 1 – 2, 7^{–5, 91· 0, 1· 2, 32} = 0, 74.

Отношение зеркала горения к полной поверхности стен топки при слоевом горении:

ρ = F_под/F_ст,

ρ = 13, 2/101, 0 = 0, 13.

Степень черноты топки при слоевом сжигании топлива:

а_т = ,

а_т = = 0, 86.

Величина относительного положения максимума температур для слоевых топок при сжигании топлива в тонком слое:

Х_т = 0, 1.

Параметр, характеризующий распределение температур по высоте топки:

М = 0, 59 – 0, 5Х_т,

М = 0, 59 – 0, 5 · 0, 1 = 0, 54.

Расчетная температура газов за топкой:

Т_т = ,

Т_т = = 1090 К = 817°С.

Расхождение с предварительно принятым значением составляет:

∆ t _т = t _т – t '_т,

∆ t _т = 817 – 800 = 17°С< ± 100°C.

Энтальпия газов за топкой:

I_т = 9259 кДж/кг.

Количество тепла, переданное в топке:

Q_т = φ В(I_a – I_т),

Q_т = 1, 00 · 0, 77· (22798 – 9259) = 10425 кВт.

Коэффициент прямой отдачи:

μ = (1 – I_т/I_а)· 100,

μ = (1 – 9259/22798)· 100 = 59, 4%.

Действительное тепловое напряжение топочного объема:

q_v = Q_т/V_т,

q_v = 10425/65, 1 = 160 кВт/м ³.