![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Расчет теплообмена в топке
Назначением расчета теплообмена в топке является определение температуры продуктов сгорания на выходе из топки при заданных ее конструкции и условиях работы или определение площадей тепловоспринимающих поверхностей нагрева, при которых обеспечивается заданная температура в конце топки. В инженерной практике применяется метод расчета, созданный советскими учеными, основанный на совместном использовании для расчетов законов лучистого теплообмена и приложении теории подобия к топочным процессам. Функциональная зависимость определяющих критериев от различных факторов установлена на основе экспериментальных данных. В общем виде тепловосприятие поверхностей нагрева определяется из уравнения теплообмена в топке, которое, исходя из закона Стефана—Больцмана, может быть представлено в виде
где Вместе с тем тепловосприятие поверхностей нагрева может быть определено из теплового баланса топки, согласно которому
где Значение разности
гдеVг— объем продуктов сгорания, м3/кг или м3/м3; сг — теплоемкость продуктов сгорания в топке, кДж/(м3'К); Та — адиабатическая температура горения топлива, К; Приравнивая значения
где Параметр, учитывающий отраженное излучение от стенки в выражении (9.7), обозначим через г= Г. Л Поляком и С. Н. Шорнным зависимость между этими безразмерными температурами предложена в виде формулы
гдеm и п — показатели, зависящие от характеристики топочного процесса. На основе анализа экспериментальных данных по работе топочных устройств А. М. Гурвпч показал, что m≈ 1, а показатель n является функцией расположения зоны максимальных температур в топочной камере, и с учетом этого предложил формулу для определения температуры продуктов сгорания на выходе из топки
где Эта формула и принята в основу практических расчетов теплообмена при значении В развернутом виде формула для определения температуры на выходе из топки υ Т принимает вид:
При определении площади поверхности стен топочной камеры Fст, м2, используется формула
где Объем топочной камеры выбирается в соответствии с принятым способом сжигания данного. Границы топочного объема указаны в схеме, приведенной на рис 9 2.Полная площадь поверхности стенок топкиFcт, определяется по размерам поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры. Площадь окна между камерой сгорания и камерой охлаждения включается в поверхность стен. При наличии ширм в топке общая площадь поверхности стен Fсм, м2, определяется из выражения Fа - площадь поверхности стенок активного объема, Fш — площадь поверхности труб ширм, Fnp — площадь поверхности стенок, прилегающих к ширмам, zш, zпр — коэффициенты, характеризующие неравномерности освещения ширм и прилегающих к ним экранов Обычно zш и zпр≈ 0, 8-0, 9 Поток энергии, излучаемой топочной средой, падает на лучевоспринимающие поверхности нагрева частично. Доля падающего потока энергии от всего потока излучаемой энергии зависит от конструкции поверхности нагрева и характеризуется угловым коэффициентом экрана Для однорядного гладкотрубного экрана при шаге труб s/d=l, 4 и расстоянии их центра от поверхности стены, равном 0, 8d, х≈ 0, 95; приs/d=3х≈ 0, 7 При цельносварных экранах, полностью закрывающих стены, х=1. Площадь лучсвоспринимающей поверхности нагрева настенных и двустенных экранов, м2,
гдеFпл=bl—площадь стены, занятой экраном, м2; b — расстояние между осями крайних труб экрана; l — освещенная длина трубы; х — угловой коэффициент экрана. При определенииFпл. исключаются не защищенные трубами участки стенок, в том числе площадь, занятая горелками. Степень экранирования топки определяется отношением х = Нл / FCT. Полезное тепловыделение в топке, QT, кДж/кг или кДж/м3,
где Теплота, воспринятая в топке на 1 кг (м3) топлива, кДж/кг пли кДж/м3,
где Параметр М для однокамерных топок определяется в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени в. При сжигании мазута и газа M=0, 54-0, 2хт-,. При камерном сжигании высокореакционных топлив и слоевом сжигании всех топлив М = 0, 59 -0, 5хт. При камерном сжигании малореакционных твердых топлив (АШ, Т), а также каменных углей с повышенной зольностью А4=0, 56-0, 5хт. Максимальное значение М принимается не выше 0, 5 для камерных топок. Для полуоткрытых топок при сжигании высокореакционных твердых топлив, газа и мазута М=0, 48 и при сжигании АШ и Т принимается М = 0, 45. Когда максимум температур располагается выше пли ниже уровня горелок, к значениюхт следует прибавлять поправку∆ х. При сжигании угольной пыли при фронтовом или встречном расположении горелок или встречном расположении вихревых горелок в несколько ярусов для котлов менее 117 т/ч хт=0, 1. Для слоевых топок при толстом слое хт=0, 14. Средняя суммарная теплоемкость продуктов, кДж/кг или кДж/м3, сгорания определяется из выражения
Где
Интегральный коэффициент теплового излучения экранированных камерных и слоевых топок определяется по формуле где Для камерных топок ρ =0, тогда
Излучение факела зависит от его интегрального коэффициента теплового излучения, эффективного коэффициента При сжигании пыли твердого топлива объем топки заполнен светящимся факелом. Интегральный коэффициент теплового излучения факела по его длине примерно одинаков. При сжигании мазута излучают трехатомные газы и мельчайшие сажистые частицы. В зоне активного горения Для определения Ввиду трудности непосредственного определения коэффициента тепловой эффективности экранов, учитывающего их облучение и загрянение, для характеристики отраженного излучения используется понятие коэффициента загрязнения поверхности нагрева Тогда коэффициент тепловой эффективности экрана может быть определен из выражения
Коэффициент загрязнения зависит от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Обычно для газа и мазута ξ =0, 6-0, 8, а при факельном сжигании твердого топлива ξ =0, 4. Последовательность конструктивного расчета топки характеризуется схемой на рис. 9.4 На основе определения значений тепловыделения в топке QT и энтальпии продуктов сгорания на выходе из нее H''т находят теплоту, передаваемую излучением в топке Qл, затем устанавливают площадь поверхности топки с настенными экранамиFCT, которые воспринимают количество теплоты Qл, при заданных температурах Т'т иТ''т и степени тепловой эффективности экранов. При поверочном расчете топки данной конструкции определяются температура продуктов сгорания на выходе из нее и тепловосприятие поверхностей нагрева, расположенных в топке. В заключение определяются размеры топочной камеры, на степах которой должны быть размещены экраны.
Позонный расчет теплообмена в топке. Локальные тепловые нагрузки поверхностей нагрева, расположенных по высоте топки, определяются позонным тепловым расчетом. При этом топка по высоте разбивается условно на несколько зон и температура газов определяется на выходе из каждой из них. Предварительно рассчитывается топочная камера в делом и определяется температура газов на выходе из нее. Если затем при позонном расчете температура на выходе из топки окажется отличной более чем на ±30 °С, а при наличии ширм—±50 °С, следует задаться другим распределением тепловыделения по длине факела и повторить вычисления. Объем топочной камеры разбивается на зоны следующим образом. Зона расположения горелок, характеризуемая максимальным тепловыделением, рассчитывается как одно целое. Остальная часть топочной камеры разбивается на три-шесть равных участков по высоте топки. Температура газов на выходе из зоны максимального тепловыделения рассчитывается методом последовательных приближений.
|