Основы расчета топочных камер

При проектировании котельных установок выполняется поверочный расчет топочных устройств. Конструктивный расчет производится только при разработке новых или реконструкции существующих котлоагрегатов.

Поверочный расчет однокамерных топок производится следующим образом:

Предварительно задаются температурой продуктов сгорания на выходе из топки (от 850 до 1100 ^оС, в зависимости от вида топлива).

Для принятой температуры определяется энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки (определение производится по таблицам).

Рассчитываем полезное тепловыделение в топке (кДж/кг или кДж/м³)

где Qв – теплота, вносимая в топку с воздухом, кДж/кг или кДж/м³; Qв.вн – теплота, внесенная в котельный агрегат с поступившим воздухом, кДж/кг или кДж/м³; rI_Г.ОТБ – теплота рециркулирующих продуктов сгорания.

Теплота воздуха складывается из теплоты горячего и холодного воздуха:

где aт – коэффициент избытка воздуха в топке; Daт – присосы воздуха в топке; Daпл – присосы воздуха в системе пылеприготовления; I^ог.в – энтальпия теоретически необходимого горячего воздуха, кДж/кг или кДж/м³; I^ох.в – энтальпия холодного воздуха, кДж/кг или кДж/м³.

Теплота, внесенная в котельный агрегат с поступившим в него воздухом, определяется по формуле:

где b - коэффициент, показывающий отношение количества воздуха на входе в котельный агрегат (воздухоподогреватель) к теоретически необходимому; I^овп – энтальпия теоретического объема воздуха при входе в воздухоподогреватель, кДж/кг или кДж/м³, I^ох.в – энтальпия теоретического объема холодного воздуха, кДж/кг или кДж/м³.

Определяем коэффициент тепловой эффективности экранов

где х – угловой коэффициент – это отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей поверхности; x - коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева из-за загрязнения отложениями.

Определяем эффективную толщину излучающего слоя (м):

где Vт – объем топочной камеры,м³; Fст – поверхность стен топочной камеры, м².

Определяем коэффициент ослабления лучей k.

При сжигании жидкого и газообразного топлива k (м^.МПа)^-1 зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами (kг) и сажистыми частицами (kс):

где r_п – суммарная объемная доля трехатомных газов.

При сжигании твердого топлива коэффициент ослабления лучей k (1/м^.МПа) зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами, золовыми и коксовыми частицами:

При сжигании твердого топлива определяется суммарная оптическая толщина среды kps.

Подсчитывается степень черноты факела.

Для твердого топлива:

Для жидкого и газообразного топлива:

где а_СВ, а_Г – степень черноты светящейся части факела и несветящихся трехатомных газов.

При слоевом сжигании твердого топлива определяется площадь зеркала горения, м²:

где q_З.Г – удельная нагрузка зеркала горения, кВт/м²; В – расход топлива, кг/с.

Определяем степень черноты топки а_Т.

Определяем параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки (х_Т):

при сжигании газа и мазута

при слоевом сжигании топлив

Относительное положение максимума температуры для большинства топлив определяется как отношение высоты размещения горелок к общей высоте топки:

Определяем среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого твердого и жидкого топлива или на 1 м³ газа при нормальных условиях [кДж/(кг^.К) или кДж/(м^3.К)]:

где Та – теоретическая температура горения, К; Тт – температура на выходе из топки по предварительной оценке; Iт – энтальпия продуктов сгорания; Qт – полезное тепловыделение в топке.

Определяем действительную температуру на выходе из топки (^оС) по номограммам.

Полученная температура на выходе из топки сравнивается с принятой температурой. Если расхождение между полученной температурой и ранее принятой на выходе из топки не превысит ±100 ^оС, то расчет считается оконченным. Иначе задаются новым значением температуры.

Контрольные вопросы:

1. Что представляет собой топочные устройства для твердого топлива, газа и мазута?

2. Основные характеристики слоевых топок?

3. Основные характеристики камерных топок?

4. Охарактеризуйте вихревые и циклонные топки.

5. Что представляет собой горение мазута.

6. Что представляет собой горелочные устройства и их размещение?

7. К чему сводится расчет топочных камер?