4.1.1. За границы объема топки принимаются: за нижнюю границу — ее под в газомазутных топках и топках с жидким шлакоудалением или условную плоскость, проходящую через середину высоты холодной воронки для топок с твердым шлакоудалением. Границами верхней части топки являются плоскости, проходящие по осям потолочного экрана и по осям первого ряда труб ширм или фестона, находящихся на выходе из топки. Вертикальными границами объема топки являются плоскости, проходящие по осям экранных труб либо по внутренней поверхности обмуровки (при отсутствии экранов) или слоя натрубной футеровки. Примеры определения объема топки приведены на рис. 6.1 [1] и рис. 4.1 [2].
Объем призматической топки находится по формуле
= (4.1)
Где — поверхность боковой степы тонки, м2: ал—ширина топки, м.
4.1.2. Поверхность стен открытой призматической топки FCI представляет собой сумму плоскостей V Fni, ограничивающих объем топки. Если топка имеет разреженные ширмы (с шагом более 700 мм) и двусветные экраны, то поверхность стен тонки определяется как
F„ = ^СВ X] ^ДВ. Э X! ^ Ш. Т ^Ш. Т -^пр ^прі (4.2)
Где — поверхность двусветных экранов, определяемая
Тто зависимости
3 э МЯВ. Э1 (4.3)
АдВ. э, 1дВ. э, идв. э глубина, высота и количество двусветных экранов в топке; поверхность ширм, установленных
В топке (кроме ширм в выходном окне),
X ^ш. т ^Ш-т? (4.4)
Аш. т-, ^ш. т, пшл—глубина, высота и количество ширм; FCB Поверхность стен части топки, свободной от ширм; Frip — поверхность стен топки в зоне ширм (прилегающих к ширмам); Zm r, Znp — коэффициенты, характеризующие неравномерность освещенности ширм и прилегающих к ним стен.
4.1.3. Расчетная лучевосприннмающая поверхность настенных и двусветных экранов топки в соответствии с ее определением по [1 ]
-^Л. т ^^ПЛ -""Н. Э ^ -^ДВ. Э -^ДВ. Э» (4.5а)
Где Fln — поверхность стен, занятая экраном, м2; хн э, хдв э — угловые коэффициенты настенных и двусветных экранов (рис. П1 приложения).
Для газоплотных и ошипованных частей экранов, а также выходного окна и условной горизонтальной плоскости холодной воронки угловой коэффициент х принимается равным единице. Тогда
Р Э _ р ____________________________ АР
ПЛ СТ 5
Где AF— площадь горелок, лазов и других не занятых экранными трубами участков.
При наличии ширм, включаемых в объем топки, ее лучевосприннмающая поверхность рассчитывается по формуле
Р —рэх, р у х Л—F 7 х (Л
* л. т св н. э 1 ш. т ш. т ш. іі пр пр-^н. ч — v~ )
4.1.4. Поперечное сечение топки
/т = ят К (4.6)
Здесь ar, Ьт—ширина и глубина топки, м.
4.1.5. Высота топки при определении геометрических размеров и проведении позонных тепловых расчетов принимается от середины холодной воронки или пода до потолка топочной камеры. При определении относительной высоты положения максимума температуры в топке ее высота принимается до середины выходного газового окна.
4.1.6. Относительный уровень положения горелок Хг
ХТ = НТ/НТ, (4.7)
Где Яг—расстояние (высота) от середины холодной воронки (или уровня пода) до оси яруса горелок. При расположении горелок в несколько ярусов Яг определяется как средневзвешенная величина:
Нт1В1 + Нт2 В2+ … +НгпВп
И’=————————- в1 + в1+…+в.—— ‘ (4’8)
Где Ви В2, Вп—расход топлива через каждый ярус горелок, соответственно первый, второй и и-й ярусы, кг/с; Яг1, Яг2, Яг„ — высоты каждого яруса, м.
4.1.7. Эффективная толщина излучающего слоя, м,
S = 3,6VT/Fcr. (4.9а)
При наличии ширм, включаемых в объем топки,
S=—L^Xi—Л+ РШ, КЛ (49б)
Р +F + F V F A-F V
1 СВ г -1 ш. т Г-«пр 1 СВТ1 пр г т /
Где FCB—часть объема топки, свободная от ширм.
4.1.8. Коэффициент излучения топочной камеры для камерных топок
Ет= (4-Ю)
Где £ф коэффициент излучения факела,
(4.11)
Где е—основание натурального логарифма; к—коэффициент ослабления лучей топочной средой; S эффективная толщина излучающего слоя для топки, м (см. п. 4.1.7); р—давление газовой среды в топке.
При сжигании газообразного и жидкого топлива коэффициент излучения факела определяется по формуле
Єф = гаєсв+(1-га)єг. (4.12)
Здесь есв и ег—соответствующие коэффициенты излучения, которые имел бы объем топки при заполнении ее светящимся или несветящимся факелом; га— коэффициент усреднения, определяемый долей топочного объема, занятого светящимся факелом.
BQI
Для открытых и полуоткрытых топок при Qv=~
"Т
^407 кВт/м3 независимо от нагрузки для природного газа га = 0,1, а для жидкого топлива га = 0,55. При д^ПбО кВт/м3 для газа га = 0,6, для мазута га =1,0. При значениях Qv в интервале между этими значениями га определяется линейной интерполяцией.
Значения есв и ег определяются по формулам
" ECB=l-e~{krr"+kc)ps-, ЈR=L—E"Krr"Ps. (4.13)
Коэффициент кт определяется по состоянию газов на выходе из топки и рассчитывается по формуле
/0,78+ 1,6гн о / т"
(414)
Где рп—суммарное парциальное давление газов, МПа,
Рп=РГп=р(гКО+ги2о)> (4-15)
RRO и rH 0 — объемные доли трехатомных газов и водяных паров.
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами
Fcc = 0,3(2 —ат) ^1,6^ (4.16)
Где Ср, Нр—соответственно содержание углерода и водорода — в рабочей массе топлива; при сжигании природного газа
Т
Ср/Яр=0,121 — СтН„. При осТ>2 кс принимается равным 0.
П
При сжигании твердых топлив коэффициент ослабления лучей топочной средой определяется по формуле
• V IVp! п
ЗЛ Р’ЗЛ
Кокс XiX2. (4.17)
Величина кгга определяется так же, как и при сжигании газа и мазута.
Безразмерная концентрация золы, в продуктах сгорания определяется по (2.21):
= Араув Цзл 100Gr
Коэффициент кзл определяется по формуле
«Шр^
ЇДтїЩ
Где рг — плотность дымовых газов, принимаемая равной 1,3 кг/м ; D3Jl—средний по удельной поверхности диаметр золовых частиц,, мкм, принимается по табл. 4.1; KtOKC—Коэффициент, принимаемый равным 10,0, 1 /(м • МПа); хь к2 — безразмерные коэффициенты, учитывающие влияние концентрации коксовых частиц в факеле, для низкореакционных топлив (АШ, Т) хг = 1, для высокореакционных (каменные и бурые угли, торф, сланцы, древесина) х і =0,5, при камерном сжигащш х2=0,1, при слоевом х2 = 0,03.
|
Таблица 4.1
|
4.1.9^ Средний коэффициент тепловой эффективности топки
= (4.18)
Где Fnni—Поверхность г-го участка топки; ф;—коэффициент тепловой эффективности г-го участка топки,
(4.19)
Х(—угловой коэффициент участка; ^.-^-коэффициент загрязнения г-го участка, определяется по табл. 4.2.
|
Таблица 4.2
Примечания: 1. Меньшие значения при тепловом напряжении сечения топки BOf 9/=-~=<3,49 МВт/м2, большие при 5,815 МВт/м2. / ч 2. При жидком шлакоудалении 0,53 — 0,25 ^5 IЬ, где b = 1,0 для однокамерных и двукамерных топок, />=1,2 для полуоткрытых топок с пережимом; (f=(j-50° С. |
Для гладкотрубных двусветных экранов и топочных ширм коэффициент загрязнения уменьшается по сравнению с настенными гладкотрубными экранами на 0,1, для цельносварных двусветных экранов и ширм на 0,05.
При расположении в выходном газовом окне топочных ширм для плоскости, отделяющей топку от ширм,
Фокн = *1>откР, (4-20)
|
|
Где Р—коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и ширмами, определяется по рис. П2 приложения в зависимости от температуры газов на выходе из топки; ^отк — коэффициент тепловой эффективности открытых экранов.
При сжигании газа после угольной пыли без очистки экранов коэффициенты загрязнения принимаются, как для твердого топлива.
Пример 4.1. Определить геометрические характеристики топочной камеры котла Е-670-13,8 ГМ, £пе = 545/545° С в соответствии с рис. 4.1. Котел имеет газоплотные экраны, сжигается мазут через 12 горелок с диаметром амбразуры 1,0 м, имеется шесть лазов диаметром 0,5 м. Ширмы на выходе из топки имеют шаг 720 мм.
Решение. 1. Определяем поверхность стен топки (см. п. 4.1.2): фронтовой стены і^ф = 21,472 • 18,0 = 386,5 м[1]; задней стены =415,57 + 2,19 + 0,61+0,37)-18,0 = 337,3 м2; боковой стены F6 = 2,49 • 8,0 + 0,37 • 0,87+(0,87+1,30)-0,5 х х 0,43+ (1,30 +5,37)-0,5-0,764 + 13,472-7,68+ 2,06-0,5-7,68 = = 133,9 м2;
Пода ^ = 7,95-18,0=143,1 м2; потолка FnoI = 2,49 • 18,0 = 44,8 м2;
Газового окна FOKH=(8,0+ +1,82 +1,5+0,87) • 18,0=219,4 м!; ограждающих стен топки
FCT ^ф + F3 + 2F6 + Fn<) Д + FnOT + + FOKH= 1398,9 м2.
Верхность „ V™ =F6Ar + Bnih1]1AT + B0L0H0 = 133,9 • 18,0+1,82 -8,0 х х 18,0 + 0,7-6,446-18,0 = 2753 м3.
3. Определяем лучевоспринимающую поверхность FnT по (4.5а):
^ор=«гор-0,785^ор + «л -0,785</[2] = 10,6 м2;
^лт = — ^гор=(1398,9 -10,6) • 1,0 = 1388,3 м2.
В отличие от обычных гладкотрубных экранов угловой коэффициент хв з для газоплотных экранов, а также пода и газового окна равен единице.
4. Определяем относительный уровень расположения горелок по (4.7). Расстояние от пода до оси горелок в соответствии с рис. 4.1 #г=4,05 м, тогда
Хг = 4,05/(14,5 + 4,05) = 0,219.
5. Определяем эффективную толщину излучающего слоя (по 4.9а)
„ , 2410 , ^ 5 = 3,6——————— =6,2 м.
‘ 1398,9
Пример 4.2. Как изменится коэффициент тепловой эффективности |/ фронтовой стены топки, если:
А) негазоплотный экран из гладких труб наружным диаметром 60 мм с шагом 64 мм заменить на цельносварной;
Б) ввести зажигательный пояс по всей ширине фронтовой стены высотой 2,0 м?
Условия: топливо — бурый уголь, ширина фронтовой стены 18,0 м, высота 25 м, горелки на стене отсутствуют, имеется 2 лаза 0 0,5 м, расстояние от оси экранных труб до обмуровки 30 мм.
Решение. 1. Определяем коэффициент тепловой эффективности экрана из гладких труб. Угловой коэффициент э = 0,98. В соответствии с табл. 4.2 коэффициент £, = 0,45. Коэффициент тепловой эффективности |/= 0,45-0,98 = 0,441. Поверхность фронтовой стены топки FCT = 25,0 -18,0 = 450 м2.
Поверхность фронтовой стены топки, занятая экраном, Кп=BhCT — nJ271/4 = 25,0-18,0 —2 -0,52 • 0,785 = 449,6 м2.
Средний коэффициент тепловой эффективности экрана по (4.18)
0,441-449,6
Vco=——————————————— =0,4406.
Vcp 450,0
3. .Определяем коэффициент тепловой эффективности цельносварного экрана с зажигательным поясом высотой 2,0 м. Угловой коэффициент хэ „ = 1,0. Величины FCT и экранных труб сохраняют прежние значения. Поверхность фронтовой стены делится, на две части:
|
М |
Открытая часть экранных труб
Fin i = 18,0(25,0-2,0)-2-0,52 -0,785 = 413,6
Зажигательный пояс
^пл 2 = 18,0-2,0 = 36 м2.
Коэффициент тепловой эффективности: открытой части
1/э = 0,98-0,45 =0,441;
Зажигательного пояса v|/3 п = 1,0 • 0,2 = 0,2,
Где £=0,2, по табл. 4.2.
Средний коэффициент эффективного экрана
(0,44! 4.3,6 + 0.2-ЗМ) Ycp 450,0
Пример 4.3. Определить лучевоспринимающую поверхность камеры охлаждения гопки с ширмами, включенными в объем топки. Геометрические
Размеры камеры охлаждения Приве
|
Щ 3805 |
|
1060 — |
|
Si |
|
П |
|
ІЇІ4 |
|
If* |
|
ІоП £ |
|
Дем СП со |
1235
£ II
|
TO |
|
Ms т1 |
|
4) T-N °o |
|
350 «=— |
1—і
5890х 20^28
Дены на рис. 4.2. Коэффициенты неравномерности освещенности ширм Z, UT и прилегающих к ним стен экранов тоПки Znp принять соответственно 0,702 и 0,700. Топка имеет три двусветных экрана и 24 ширмы. Экраны и Ширмы в гонке выполнены цельносварными.
Решение. 1. В соответствии с п. 4.1.2 и рис. 4.2 определяем геометрические характеристики камеры охлаждения (решения аналогично примеру 4.1). Поверхность стен камеры охлаждения: фронтовой стены F(]L= 356,6 м2; задней стены 241.5 м2; боко
Вой стены F6 = 96,И м2; двусветного экрана FnB = 2F6= 2-96,8= 193,6 м2; выходного окна камеры охлаждения F0KH = 5,985 • 20,428 — 122,3 м2; боковой стены переходного газохода F6 „=
Рис. 4.2. Топочная камера с ширмами в объеме топки
= 6,9 м2; -тготолка FnoT= 142,0 м2; топочных ширм Е FU1T = 0,5(16,43 + 14.903)х х (1,235 + 0,032) -2 -24 = 952,8 м2. В итоге полная поверхность стен и ширм Fcr = 356,6 + 241,5 + 96,8 • 2 + 193,6і■ 3 + 122,3 + 6,9 • 2 + 142,0 + 952,8 = 2610,3 м2.
2. Находим лучевоспринимающую поверхность камеры охлаждения.
Так как в рассматриваемом примере в камере охлаждения отсутствуют разводки под горелки, лазы, а другие участки, не закрытые экранными трубами, например отверстия гляделок, пренебрежимо малы, то принимаем
В Соответствии с рис. 4.2 прилегающая к ширмам поверхность экранов состоит из поверхности задней стены, части поверхности боковых стен, потолка и двусветного экрана:
F„ р. э=(1,993 + 0,4265 + 0,118 + 6,878 + 0,145 + 1,354) х х 20,428-228,9 м2; /•пр. б = ( 16,43 +14,186) 0,5 (1,235 + 0,35) = 24,3 м2;
^пр. дв = 24,3-2 = 48,6 м2; ^пр. пот =.(1,585+ 1,060)-20.428 = 54,0 м2;
] = F = Ш 3 м2-
Л пр. окн х оки 1
^пр. Пер = ^G.N = 6,9 м2.
В соответствии с этим
I Fnp = 228,9 + 24,32 + 48,6 + 54,0+ 122,3 + 6,92 = 613,4 м2.
Угловые коэффициенты настенных и двусветных экранов и топочных ширм х, = 1,0 ввиду их выполнения цельносварными.
Тогда в соответствии с п. 4.1.3
Fn., = (FCT —1 — Ї Fnp) x + X Fm.TZm^x+1 FnpZ„px = (2610,3 — 952,8 — — 613,4) 1,0 + 952,8 • 0,702 ■ 1,0 + 613,4 ■ 0,700 ■ 1,0 = 2142,3 м2.
В результате отношение Fa_T/FCT = 0,82, что меньше углового коэффициента экрана (хэ=1,0) за счет снижения интенсивности излучения в зоне ширм и прилегающих стен (Z,u , =0,702 и Znp = 0,700). Вместе с тем за счет ширм поверхность топки увеличилась в 2610,3/(2610,3—952,8)= = 1,575 раза.
Пример 4.4. Для одинаковых конструкций топок сопоставить оптические свойства факела при сжигании экибастузского, кузнецкого марки СС и назаровского углей (приложение, табл. П1, соответственно топлива № 9, 6 и 15). Типы мельниц принять: для экибастузского угля—молотковые мельницы (ММ) и шаровые барабанные мельницы (ШБМ); для кузнецкого угля — ШБМ; для назаровского угля—ММ. Эффективная толщина излучающего слоя топки 5=6,0 м, температура газов за ней 1100° С, яун = 0,95. Как
Изменится Єф при сжигании природного газа (приложение, табл. П2, топливо № 8) в газоплотном котле при избыточном давлении в топке рт = 0,103 МПа?
|
Определяемая величина |
Расчетная формула |
|
|
Теоретический объем дымовых газов (по 2.7), м3/кг(м3) Объем газов и водяных паров |
V?=VR02+V%2+VZ20 yr=V°+1,0161 (а- |
|
|
При а= 1,2, м3/кг(м3) |
^=^0+0,0161 (а-1)КВ° |
|
|
Объемные доли трехатомных газов и водяных паров |
^02= ^ROz/^r^ гн20= І^Нго/^г |
|
|
Суммарная объемная доля |
Гц —ГЦ02-+ГН20 |
|
|
Масса дымовых газов, кг/кг |
||
|
Безразмерная концентрация золы в потоке газов |
И 100 Gr |
|
|
Произведение Pns, МПа — м Коэффициенты ослабления лучей, 1/(МПа-м): Газовой средой в топке |
Pas=0,lrns /0,78 + 1,6/н2о ґ R; ‘ ,3i6(pni)o, s Vv ‘ 1000; |
|
|
Эоловыми частицами |
43 000pr |
|
|
Сажистыми частицами |
Fcc=0,3(2—а) (1,6 ———0,5) C • 1000 / |
|
|
Топочной средой |
||
|
То же для природного газа |
||
|
Коэффициент излучения факела |
Єф=1-<Г*" |
|
|
То же для природного газа |
Єф=тєф+(1-»і)єг |
|
Таблица 4.3 Топливо и способ размола
|
|
Решение. I. Для указанных топлив необходимые теоретические объемы трехатомных газов, водяных паров, азота и воздуха для горения имеют следующие значения: —
|
2. Расчет оптических свойств факела при сжигании твердых топлив и природного газа сведены в табл. 4.3.
3. Определяем коэффициент излучения факела при размоле угля экибастузского СС в ШБМ:
Коэффициент ослабления лучей
|
= 81,8 1/(МПа м); |
|
|
43 ООО • 1,3
Кз" (1100+ 273)0,67 ■ 130,67
Коэффициент ослабления лучей топочной средой
= 3,362 0.229 + 81,8- 0-,0451 + 10 — 0,5 ■ 0,1 = 4,959 1 /(МПа • м);
Коэффициент излучения факела
Еф= 1-е-4.9590.16.0 = 0j949.
4. Основные выводы из проведенных расчетов: более тонкий размол экибастузского СС в ШБМ вместо ММ повышает интенсивность излучения топочной среды; заметное увеличение массы газов на 1 кг топлива при
Сжигании кузнецкого СС связано с су-
— >
Щественным уменьшением зольности топлива и увеличением горючей массы; высокая зольность топлива экибастузского СС обеспечивает повышенный коэффициент излучения факела по сравнению с другими видами топлива; при сжигании природного газа в связи с отсутствием золы коэффициент излучения факела значительно меньше, чем для твердого топлива.
Пример 4.5. Как изменится коэффициент излучения приз-
Рис. 4.3. Топочная камера коїла Е-670-13,8 К с твердым шлакоудале — нием и установкой ширм в верхней части топки
магической топки (рис. 4.3) при введении в объем топки одного двусветного экрана, если: а) сжигается твердое топливо — кузнецкий уголь марки.. СС (данные по примеру 4.4), а =1,20, мельницы—ШБМ, &" = 1100° С, аун = 0,95; б) сжигается природный газ (данные по примеру 4.4), ат= 1,20, наддув — 0,103 МПа.
Решение. Исходный вариант. 1. В соответствии с It. 4.1.2 определяем геометрические характеристики топочной камеры. Поверхность стен заднего экрана F3 = 293,9 м2; фронтового экрана JF4p = 355,9 м2; бокового экрана 198,0 м; потолка FoT = 72,0 м2; выходного окна FOKJI = 120,4 м ; пода Fno =63,4 м2; поверхность стен топки FCT = 293,9+ 355,0 +198,02+72,0+120,4+ +63,4= 1301,6 м2.
Объем топки Vr = 198,0 -12,88 = 2550 м3. Эффективная толщина излучающего слоя
2550 -7 л<
S=3,6 Тзойб ‘ м-
2. Оптические свойства факела при сжигании твердого топлива в соответствии с примером 4.4:
Объемная доля водяных паров гЙ20 = 0,065, суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паров гп = 0,213, безразмерная концентрация золы |д. зл = 0,0109;
Произведение Д, s = 0,l -0,213 -7,05 = 0,1502 МПа м; коэффициент [формула (4.14)]
. і0" _ іVi -0,371 шо+
0,316- 0,15020-5 J ‘ 1000 J = 3,059 1/(МПа • м);
Коэффициент кзл = 43 000 М ___ _ g j g j /(МПа • м);
^/(1100 + 273)2 • ІЗ2
Коэффициент Ослабления лучей топочной средой
* = 059-0,213 + 81,8-0,0109+10,0-0,5-0,1 =2,043 1/(МПа м);
Коэффициент излучения факела [формула (4.11)]
Еф= 1 _ <,-2.043-0.1-7.05 — flj^
3. Оптические свойства факела при сжигании природного газа по данным примера 4.4: гн о = 0,171; гп = 0,252; отношение Ср/Нр = 3,019; m = 0,1.
|
/ол!±1л=о£1_1/ 0>37 0,316^/0,1830 /V |
В соответствии с приведенными в примере 4.4 формулами
1100+273
1000 J = 3,343 ІДМПа м);
|
( |
11 00 -I— 273 1,6 —1000——————— °’5)3’019=1’229 1/(МПа-м);
G -{3,343-0,252+ 1,229) 7,05-0,103 _ Q yyg.
£ _ — J __е -3,343-0,2 52-7,05-0,1 03 _Q ^ijg.
Єф = 0Д ■ 0,778 + (1 — 0,1) 0,458 = 0,490.
Вариант с двусветным экраном. 4. Геометрические характеристики топки:
В соответствии с (4.2) поверхность стен топки равна сумме ограждающих поверхностей стен и поверхности двусветного экрана. Так как ГЯВ Э = Г6 ■ 2= 198,0 ■ 2 = 396,0 м2, то FCT = 1301,6 + + 396,0=1697,6 м2;’ —
Объем топки остается без изменений: Vt =2550 м3, при этом J = 3,6 (2550/1697,6) = 5,41 м.
5. Оптические свойства факела при сжигании твердого топлива:
Pns=^rns = 0,l -0,213-5,41 =0,115 МПа-м; коэффициент [по формуле (4.14)]
‘0,78 + 1,6-0,065 Л_0 37 И00 + 273s
0,316^0/^5 А ‘ юоо = 3,563 1/(МПа-м);
Значения кзл, KKOKC, кг и х2 сохраняются такими же, как и в исходном расчете топки;
Коэффициент ослабления лучей топочной средой
/с = 3,563 -0,213 + 81,8 -0,019+ 10,0 -0,5 -0,1 —2,150 1/(МПа-м); коэффициент излучения факела
Таким образом, введение двусветного экрана в топку уменьшает среднюю эффективную толщину излучающего слоя с 7,05 до 5,41 м и коэффициента излучения факела на экраны с 0,763 до 0,688 (в данном случае на 9,8%), при этом размер тепловоспринимающих экранов топки увеличивается в 1697,6/1301,6= 1,304 раза.
6. Оптические свойства факела при сжигании природного газа:
Произведение =0,103-0,252 -5,41 =0,1404 МПа-м; коэффициент [по формуле (4.14)]
0,316^0/1404 ) 1000 J
= 3,886 1/(МПа-м); коэффициент кс сохраняет свое значение 1,229 .1/(МПа-м).
В соответствии с полученными величинами определяем по (4.13):
G _ ] _______________ g — (3,886-0,252 + 1,229) 5,41 -0,10 3 _ Q ^Qg-
" Є,. = 1 -3,886-0.252-5,41-0,103 = Q,4206;
Коэффициент излучения факела в топке
Єф = 0,1 -0,708 + (1-0,1)-0,4206 = 0,449.
Таким образом, при введении двусветного экрана коэффициент излучения уменьшился с 0,490 до 0,449. Это на 8,4% меньше исходного, т. е. имеет место примерно такое же хменьшение излучения, как при сжигании твердого топлива.
Пример 4.6. Определить коэффициент излучения газовой среды В свободном объеме топки и в объеме, заключенном между ширмами при сжигании воркутинского угля марки ЖР, отсев (приложение, табл. П1, топливо № 11). Геометрические размеры топки соответствуют примеру 4.5 и приведены на рис. 4,3; S; = 1100 С, а, = 1,20, аун=0,95, количество топочных ширм 12 шт., котел работает с уравновешенной тягой, тип мельниц ШБМ.
Решение. 1. Определяем геометрические характеристики топочной камеры, необходимые для расчета коэффициентов излучения свободного газового объема и объема газов, заключенного между ширмами (на рис. 4.3 показаны штриховой линией). Они находятся по п. 4.1.8 соответственно длг. каждого из этих объемов. Причем в поверхность ограждающих стен объема включаются также площади разделяющих их сечений.
Поверхность сген примыкающего объема зоны ширм:
Фронтового экрана 11р = 17,0 • 12,88 = 219 м2;
Бокового экрана F6 =1,435 • 17,0 = 24,4 м2;
Потолка Fnoj =1,435-12,88 = 18,5 м2;
Топочные ширмы т = (1,235 • 17,0 + 0,2 • 1,235) 12 — 2 —
= 509,8 м2;
Суммарная поверхность примыкающего объема Ft =219,0 + + 24,4-2 + 18,5 + 509,8 = 796,1 м2.
Площадь разделительной поверхности ширм и свободного объема
Fp = (1,435 + 17,0) 12,88 = 237,4 м2.
Суммарная ограничивающая поверхность зоны ширм ^гр = ^пр + ^р = 796,1 + 237,4 = 1033,5 м2.
Примыкающий объем
Vup = F6B = 24,4- 12,88 = 314,3 м2.
Эффективная толщина излучающего слоя примыкающего объема
Snp = 3,6(314,3/1033,5)= 1,095 м.
3-2065
Определяем поверхность стен свободного объема тонки: заднего экрана F. t = = 293,9 м2;
Фронтового экрана = =355,9-219.0- 136.,9 vr;
Бокового экрана Fb Св = F6 — = 198,0 — 24,4 = і 73,6 м ; потолка FnOT CB = Fll0T—Fn0I_Np -72,0- 18,5 53.5 м2; выходного окна fOKH св = /,кн = 120,4 м~; пода Код. еа~Рпод = ЬЗА м2;
Суммарная поверхность свободного объема — 293.1; + 136,9+ 173,6-2 +53,5+ 120,4+ 63.4 = 1015,3 м2. Суммарішя ограничивающая поверхность
Forp— 1015,3 + 237,4 = 1252,7 м2.
Свободный объем
Гсн= 173,6-12,88 = 2236,0
Эффективная толщина излучающего слоя свободного объема
*св = 3,6(2236,0/1252;7) = 6,43 м.
2. Определяем состав продуктов сгорания. В соответствии с табл. ПЗ приложения, топливо № II:
Кяо2 = 1,04 м3/кг, Kn2 = 4,57 м3/кг. Г,’;.(> О м* ні;
1/0 = 5,77 м3/кг, t’,° =6.17 м3/кі.
При избытке воздуха а, -1,20 объем ti{■ чукюв аорания и водяных паров соответственно по (2.15) и (2.14) равны
І, -‘ 6,17+1,0161(1,2 -1)5.77 — 7.34. м’/кг;
FH20 = 0,56 + 0,0161 (1,2- 1)5,77 = 0,58 м>т.
Объемные доли трехатомных газов и водяных паров соответственно равны: rROa = 1,04/7,34 = 0,142; 0,58/7,34=0,079.
Суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паров
ГП = 0,142 + 0,079 = 0,221.
Масса дымовых газов [по (2.16)] при Л» = 28,4% (по табл. П1)
Gr = 1 —(28,4/100)+ 1,306 1,2 • 5,77 = 9,76 кг/кг.
Безразмерная концентрация золы [по (2.21)]
?в 4-095 щл — ——— = 0.0276. 100-9,76
3. Оптические свойства факела дня свободного объема: произведение /v?=prn. vce —0,1 ‘0,221 -6,43 = 0,142 МПа-м; коэффициент [по (4.14)]
0,78+ 1.6-0,079 j ^1100 + 273
‘ V 0.3 16 >,142 ) J V " 1000 -3,252 І/(МПа — м):
Коэффициент Л,, — ——" — 81,8 1 /(МПа • м);
У (1100 + 273)2 • 132 ко >ффициент ослабления лучей топочной средой [по (4.17)]
К = 3.252 • 0,221+81,8- 0,0276 + 10,0 • 0,5 -0,1= 3,476 1 /(МПа ■ м);
Коэффициент излучения факела [по (4.11)]
£ф.«=1-*~ 3-476’0,1’6-43 =0,893.
4. Определяем оптические свойства факела для примыкавшего объема:
Произведение рпs——0,1 -0,221 -1,095 = 0,0242 МПам;
(0,78 + 1,6 • 0,079 ( 1100 + 273
Коэффициент А =———— ^ — 11 —0,37—— =
‘ V 0,316^0242 ) 1000 )
• S.5K 1 /(МПа • м);
Коэффициент ослабления лучей топочной средой
8,58 -0,221 +81,8-0,0276+10,0-0,5-0,1 =4,654 1/(МПа-м); коэффициент излучения факела [по (4.11)]
Г,„.щ, —!■ 4’654-0’1-1"095 = 0,399.
В межширмовом объеме интенсивность излучения газовой среды в данном примере в 2,24 раза слабее, чем в свободном объеме топки.
Пример 4.7. Сопоставит},, насколько изменится коэффициент излучения факела $;ф при сжигании природного газа (приложение, табл. Г12, топливо №8) в топке обычного (р—0,1 МПа) и высоконапорного парового коїла при р = 1 МПа, имеющего одинаковую эффективную толщину излучающего слоя в топке
*= 1 м. Принять температуру продуктов сгорания за топкой 1350° С, избыток воздуха 1,03.
Решение. 1. Определяем доли трехатомных газов и водяных паров. Состав топлива и теоретические объемы соответствуют примеру 4.5.
При избытке воздуха а, = 1,03:
У, = 11,12 + 1.0161 (1,03……………………….. 1)9,91 = 11,42 м3/мэ;
Vlho = 2,2 +0,0161 (1,03-1)9,91 =2,215 м3/м3.
Объемные доли трехатомных газов:
RROl= 1,07/11,42 = 0,094; гНго -2,215/11,42 = 0,194.
Суммарная объемная доля трехатомных газов и водяных паров
Гп = 0,094+0,194 = 0,288.
2. Определяем оптические свойства факела топки обычного парового котла:
Произведение Pas = 0,06048 МПа • м; коэффициент кг = 5,206 1/МПа-м;
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами при значении СР/Нр = 3,019 (по примеру 4.4) кс = 1,842 1/(МПа — м);
Коэффициенты излучения светящегося и несветящегося факела:
Єсв = 0,504; єг = 0,270.
Коэффициент излучения факела в топке обычного котла єф=0,1 — 0,504+(1 — 0,1) 0,270 = 0,293.
3. Определяем оптические свойства факела в топке высоконапорного котла:
Произведение РпS —Prns = 1,0 ■ 0,288 • 2,1 = 0,6048 МПа — м;
Коэффициент ^ /0^8+1,6 0,194_ | J | | _0j37 135^"1" 273 ) =
0,316^/0,6048 / 273 /
= 1,373 МПа-м;
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами принимаем таким же: Агс = 1,842 1/(МПа-м);
Коэффициенты излучения светящегося и несветящегося факела:
£ = 1 373-0,288+ 1,842) 1,0 2,1 _Q 99J.
СВ ^г==1_е-1,373-0,288-1,0-2,1 =0 564;
Коэффициент излучений факела в топке высоконапорного котла
Єф = 0,1 0,991+(1-0,1)0,564 = 0,607.
Интенсивность газового излучения в топке высоконапорного котла в данном примере в 2,054 раза выше, чем в обычной топке.
ЗАДАЧИ
Задача 4.1. Определить геометрические характеристики топочной камеры котла Е-500-13,8 ГМ с fne=545°C, имеющего такой же профиль топочной камеры, как в примере 4.1, и отличающийся только шириной топки, составляющей по осям труб 13 520 мм. Количество горелок 8, лазов 4.
Задача 4.2. Определить лучевоспринимающую поверхность экрана стены топки, имеющей ширину 13 и высоту. 21 м. Экран выполнен из гладких
52′ Труб наружным диаметром 42 мм с шагом 46 мм; в нижней части экрана имеется четыре амбразуры горелок диаметром устья 1,2 м и два лаза диаметром 0,45 м, в верхней части экрана — восемь сопл для рециркуляции газов размером каждое 0,2 х 0,45 м. В нижней части экран ошипован на высоту 2м по всей ширине.
Задача 4.3. Определить коэффициент излучения факела єф при сжигании березовского бурого угля (приложение, табл. П1, топливо № 14). Избыток воздуха за топкой ^принять ат=1,2, температуру продуктов сгорания за ней 1050° С, эффективную толщину излучающего слоя топки 5 м, мельницы — молотковые, ауи = 0,75.
Задача 4.4. Определить коэффициент излучения топочной камеры ет при сжигании нерюнгринского угля (приложение, табл. П1, топливо № 16). Принять избыток воздуха за топкой ат=1,2, температуру газов за топкой 1200° С, эффективную толщину излучающего слоя топки S=7,0M, мельницы — сред — неходные, средний коэффициент эффективности экранов |/ср=0,41, аун —0,95, топка—с уравновешенной тягой, т. е. рт=0,1 МПа.