Задачей расчета теплообмена в топочной камере является определение тепловосприятня экранов топки Ол и температуры газов на выходе из нее Я". В связи с тем, что значительное число характеристик радиационного тешіообмена зависят от значения температуры газов на выходе из топки, то в основу поверочного расчета топочной камеры парового котла положена методика последовательного приближения. Согласно данной методике необходимо предварительно задаться значением температуры газов на выходе из топки исходя из характеристик топлива и условия предупреждения шлакования последующих поверхностей нагрева. Ориентировочно температура газов на выходе из топки может быть задана как =tl -(50-100) °С, где t{ — температура начала деформации золы (см. табл. 1.3), при сжигании мазута и природного газа принимают равной 1200- 1300 °С.
Полезное тепловыделение в топочной камере От, кДж/кг (кДж/м ) складывается из располагаемой теплоты топлива или только теплоты его сгорания (если нет дополнительных источников тепла), а также теплоты горячего воздуха Оъ, поступающего в топку
100 — q4
Теплота поступающего в топочную камеру воздуха складывается из энтальпии горячего возду ха, определяемой на основании выбранной температуры tIB (табл. 1.8) и относительного избытка воздуха рп, по (3.2) и энтальпии присосов холодного возду ха:
Где значения теоретических энтальпий Нп и Н’к определяются интерполяцией по табл. 4.4 при Рв = 1 и соответствующих температурах /п, и /ч;|,.
Значению От соответствует теоретическая (адиабатная) температу ра проду ктов сгорания в топке Я, °С. Ее находят посредством обратной интерполяции в зоне высоких температур газов данных из табл. 4.4 при значении ат, и принимая энтальпию Я = От.
Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера)
Ви = hpsт, (6.7)
Где к — коэффициент поглощения топочной среды, 1/(м-МПа), рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определении учитывается излу чение трехатомных газов ( RO, и Н, О ) и взвешенных в потоке частиц сажи, летучей золы и кокса; р — давление в топочной камере, МПа, (принимается в расчетах р = 0,1 МПа); у — эффективная толщина излучающего слоя топочной камеры, м, (см. форму лу (6.4)).
Коэффициент поглощения лу чей газовой фазой продуктов сгорания ( RO. Н О )
|
Т" і 1-0,37—— , (6.8) 1000 J |
|
— 1 |
7,8 + 16/Hi0
( 1 О і І Є. Т V ггп
Кг =
Y/v
Где Т" = !У’ + 273 — абсолютная температура газов на выходе из топки. К; гп = гк, + гн,, —
Объемная доля трехатомных газов, значения которых берутся из табл. 4.1 в колонке для топочной камеры.
Приближенно величина кт может быть найдена по рис. 6.2.
Коэффициент ослабления лучей взвешенными в топочной среде частицами летучей золы определяется по формуле, 1/(м-МПа)
|
(6.9) |
43рг
Кт = —
Где б/,л — эффективный диаметр золовых частиц, мкм, определяется видом сжигаемого топлива и типом мельничного устройства, так при размоле топлива в ШБМ с1,л =13 мкм; при размоле в MM, MB, МВС й. л = 16 мкм; при сжигании торфа й. л = 24 мкм; рг= 1300 г/мл — шіотность дымовых газов при атмосферном давлении.
Коэффициент ослабления лучей частицами горящего кокса кК принимают в зависимости от вида сжигаемого тошшва. Дтя тошшв с матым выходом летучих веществ (антрациты. полу антрациты, тощие угли) кк = 1, для каменных и бурых углей, торфа, сланцев — кк = 0,5.
При расчете критерия Ви принимается, что при сжигании твердого топлива основными излучающими компонентами являются газообразные проду кты сгорания (RO,. РК О ) и взвешенные в их потоке частицы золы и кокса, при сжигании мазута и газа — газообразные проду кты сгорания (RO,, Н20) и взвешенные в их потоке сажистые частицы.
При сжигании твердых топлив коэффициент поглощения топочной среды определяется по формуле
K — к г к ц +к, (6.10)
|
|
|
Kr, 1 / (м • МПа) 60 50 40 ЗО 20 18 16 14 12 10 9 |
|
7 6 5 4 3 2 |
|
Рис. 6.2. Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания (на рисунке PBs = 0,lrBs) |
|
0 0,1 0,2 |
Г п злг^зл К ‘ V ‘
Где гп. рл — объемная доля трехатомных газов и концентрация золовых частиц (принимаются из табл. 4.1 в колонке для топочной камеры).
При сжигании жидких и газообразных топлив коэффициент поглощения топочной среды определяется по форму ле
К = ктгл+кс. (6.11)
Где кс — коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, образующимися в ядре факела при сжигании мазута и газа:
Кс = 0.3(2 — ат )(l.6• 1 (Ґ Т"-0,5)СР/НР — (6.12)
Где Ср/Нр — соотношение между содержанием углерода и водорода в рабочей массе топлива; при сжигании природного газа Ср/Нр = 0,12V — CmH. здесь CmH, — содержание
/7
Входящих в состав природного газа углеводородных соединений (метан, этан, бу тан).
По найденном} значению Ви определяют эффективное значение критерия Бугера
Ви :
|
(6.13) |
<ABir +Ви + 2^
Ви = 1.6 In
ІАВіг — Ви + 2
|
Приближенное значение эффективного критерия Бугера может быть найдено по рис. 6.3.
Рис. 6.3. Эффективное значение критерия Бугера (Ви °’3) |
Изменение положение ядра факела в топке существенно сказывается на температу ре в ее верхней части. Учет положения пылеугольного факела в камерной топке осуществляется с помощью эмпирического параметра М. Его значение при сжигании различных видов топлива в настенных горелках принимают:
При сжигании высокореакционных твердых топлив (каменные и бурые угли, сланцы, торф)
М = 0,59 — 0,5ХТ; (6.14)
При камерном сжигании малореакционных тведых топлив (антрациты, полуантрациты, тощие угли), а также каменных углей с повышенной зольностью (типа экибастуз — ских)
М = 0,56 — 0,5ХТ; (6.15)
При сжигании газа и мазута
М = 0,52-0,5Хт; (6.16)
Для подового расположения горелок принимают М = 0,4.
Значение Хт характеризует относительную высоту положения зоны максимальных температур в топке. Дтя большинства видов топлив максиму м температу р по высоте топочной камеры практически совпадает с уровнем расположения горелок, тогда
*т=тЧ (6.17)
П
Т
Где /?г — высота размещения горелок от пода топки (при жидком шлакоудалении) или от середины холодной воронки (при твердом шлакоудалении); /?т — расчетная высота заполняющего топку факела от низа топки до середины выходного газового окна (см. рис. 6.1).
При расположении горелок в два-три яруса по высоте за Ит принимается средняя высота, если теплопроизводительности горелок всех ярусов одинаковые, а при разной те- плопроизводительности расчетная высота размещения горелок пропорционально смещается в сторону большей теплопроизводительности ряда. В таком случае /?г определяется по следу ющему’ выражению:
H = >hBAl +"2BAZ + fhBAl +••• (618)
П1В1 +п2В^ +п3В3 +…
Где В{, В2. Н. — расход топлива соотвественно через горелки первого, второго, третьнго и т. д. ярусов; /?г1, /?г2, /?г3 — высота расположения осей первого, второго, третьего и т. д. ярусов от пода или от середины холодной воронки; /7 , п,. /7, — количество горелок в первом, втором, третьем т. д. ярусах.
Также с случае использования многоярусного расположения горелок необходимо учитывать затягивание восшіаменения и горения топлива в результате чего происходит смещение уровня максиму ма температур несколько выше зоны горелок. В этом слу чае
+ (6.19)
К
Где ДХ — поправка, принимается равной 0,1 при D <110 кг/с и 0,05 при D >110 кг/с.
Коэффициент тепловой эффективности экрана равен произведению условного коэффициента загрязнения (^ ) на угловой коэффициент экрана (х):
Угловой коэффициент экрана х определяется по рис. 6.4 или по форму ле
Х = 1-0,2 —1 . (6.21)
D
Где s/d — относительный шаг труб настенного экрана.
Щ
Sld
А — однорядного гладкотрубного экрана:
1- с учетом излучения обмуровки при е й l,4cf;
2- то же при е ; 3- то же при е -0,5d; 4- то же при е =0; 5- без учета излучения
|
1 0,9 0,8 0,7 0,6 |
|
К |
|
Sld |
|
Ж |
|
Sjd |
|
1 2 3 4 5 6 коридорный пучок |
Обмуровки при е £
|
|
3 4
|
І 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 |
|
1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 |
|
Ф-Ф-О — ■О Ф ф |
|
Ф-ф-ф-ф- |
Б
Б — двурядного гладкотрубного экрана:
1- С учетом излучения обмуровки при е & 1,4d]
2- То же при е=0;
В — однорядного экрана из гладких труб разных диаметров: I — для всего экрана; И — для труб малого диаметра;
Г — z-рядного пучка; z=2,3,4,5,6,7 — количество рядов в пучке.
|
3 4 5 6 7 шахматный пучок |
Рис. 6.4. Угловые коэффициенты экранов: а — однорядный гладкотрубный настенный экран; б — двухрядный гладкотрубный экран; в — однорядный экран из гладких труб разного размера: г — г рядного пучка.
Если стены топки закрыты экранами с разными угловыми коэффициентами х или с разными коэффициентами загрязнения 2,. то определяют среднее значение коэффициента теплової! эффективности
|
Ч’ср |
1-і 1 ‘ ст/
(6.22)
F„
Где |/, — коэффициент тепловой эффективности і — го участка экрана, определенного по (6.20); Fcji — площадь поверхности стены і — го участка экрана с отличающимися от других значениями х или Е,.
Условный коэффициент загрязнения поверхности нагрева <2, характеризует воспринятую долю лучистого тешіа рабочей среды по сравнению с тепловым потоком, падающим на экранную поверхность. С увеличением загрязненности экранных труб величина коэффициента <2, уменьшается. Значения коэффициента загрязнения в зависимости от характеристики экрана и вида сжигаемого топлива приведены в табл. 6.1.
|
Таблица 6.1
|
|
* Большие значенім относятся к топкам, имеющим систематическую обдувку экранов ** Меньшее значение принимать при qf = ВрОр j’ FCJ < 3,5 МВт/м2 |
Для двухсветных экранов среднее значение Е, уменьшают на 0,1 по сравнению с этой же величиной для настенных экранов.
В топках с жидким шлакоудалением футерованные экраны работают при более высоких температу рах, чем при твердом удалении шлака, и взаимодействуют с пленкой жидкого шлака. Условный коэффициент загрязнения в этом случае определяют по формуле
= 0,53 — 0,25 • КГ3 С, (6.23)
Где /■’"’ — температура начала плавления шлака, принимается на 50 °С ниже температуры жидкоплавкого состояния золы / ,.
Для плоскости, отделяющей объем топки от входа в ширмовый пароперегреватель (выходное окно), условный коэффициент загрязнения определяется с учетом теплообмена между объемами газов верхней части топки и в зоне ширм:
(6.24)
Где <2, — условный коэффициент загрязнения экранной поверхности, принимается по табл. 6.1 таким же, как для настенных экранов; р — коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и поверхностью нагрева. Коэффициент р определяется по форму-
Р = |г — (6.25)
Т
Где А — температу рный коэффициент, принимающий следу ющие значения: 1100 °С — для твердых топлив; 900 °С — для мазута; 700 °С — для природного газа.
Далее по формуле (6.26) или рис. 6.5 определяется температура газов на выходе из
|
Условный коэффициент загрязнения поверхности |
Топки
——————- —————- ^Т-273. (6.26)
5,67 -10"1’V F Тъ
? і ср ст а
1+МВи03
Ф/М’Н
Где (Vc) — средняя суммарная тешіоемкость продуктов сгорания 1 кг или 1 м топлива
(б-27)
It т
Где Н" — энтальпия проду ктов сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м ) на выходе из топки, определяемая по принятой ранее температуре и избытку воздуха на выходе из топки ат по табл. 4.4.
Если найденная температу ра газов на выходе из топки отличается от принятой ранее больше, чем на ± 30 °С, то необходимо уточнить значение критерия Бугера Ви с учетом нового значения и повторить расчет заново.
|
Рис. 6.5. Номограмма для определения температуры тазов на выходе из топки &". °С |
При этом не следует допускать завышения температуры выше рекомендуемых значенні! по условиям предотвращения шлакования конвективных поверхностей нагрева. Работа котла с температурой газов на выходе нз топки, превышающей допустимую по условию шлакования, не разрешается. Поэтому, если такое превышение обнаружено расчетом, необходимо пред> смотреть конструктивные мероприятия по снижению температуры газов на выходе из топки (например, увеличить объем и площадь стен топочной камеры, применить рецирку ляции газов и т. д.).
Затем по найденной температуре газов на выходе из топки Я" определяют по табл. 4.4 в колонке при ат соответствующую энтатьпию газов Н".
Общее количество теплоты, переданное излу чением от газов к поверхностям топки, определяется разностью между полезным тепловыделением в зоне горения и энтальпией газов на выходе из топки, кДж/кг:
Где ф — коэффициент сохранения тепла (см. форму лу 5.6).
Среднее тепловое напряжение экранов топки (воспринятый тепловой поток), кВт/м2:
Ch —————————————————— (6-29)
Где x _ степень экранирования стен топки, которая для современных практически экранированных топок близка к единице. Неэкранированными являются лишь места разводки труб для горелок, лазов, лючков, которые все вместе составляют примерно 2-3 % поверхностей стен топки, тогда значение у = 0,975-0,985 (большее принимается при установке ширм в объеме топки).