Расчет температуры газов на выходе из топки

 

Адиабатическая температура горения , °С, определяется по полезному тепловыделению в топке , кДж/кг, при избытке воздуха в топке a_т=1,2.

1) Полезное тепловыделение в топке (для расчета  и V∙c_ср) складывается из располагаемой теплоты топлива за вычетом топочных потерь и теплоты внешнего подогрева топлива и воздуха, парового дутья и теплоты рециркулирующих газов. Q_т рассчитывается по формуле (4.17) [2]:

 

 

где – располагаемое тепло топлива, кДж/кг;

, ,  – потери тепла от химической и физической неполноты сгорания топлива и с теплом шлака;

– тепло вносимое в топку паровым дутьём, кДж/кг, ( );

– теплота, вносимая воздухом в топку, кДж/кг, определяется по (4.18) [2];

 – теплота рециркулирующих газов, кДж/кг, ( = 0).

 

 

где – энтальпия соответственно горячего воздуха и присосов холодного воздуха извне.

По рекомендациям, изложенным в [2] табл.1.6 принимаем t_г.в=350 °С. Энтальпию горячего воздуха определяем по данным табл. 2.2 настоящего расчета методом интерполяции:

 

 

 

Полезное тепловыделение в топке:

 

 

2) Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания  кДж/(кг∙^○С) определяем по формуле (7.7) [2]. Предварительно принимаем температуру газов на выходе из топки =1100°С (табл. 4.7. [2]).

Для твердых топлив температура газов на выходе из топки выбирается из условия предупреждения шлакования последующих поверхностей нагрева (см. табл. 4.7. [2]). Кроме того, для топок с твердым шлакоудалением должны быть сгранулированы расплавленные микрокапли шлака до встречи их с трубами на выходе из топки. Для этого температура топочных газов на выходе из топки должна быть ниже температуры t₂ начала размягчения золы (табл. II [1]. Для Анадырского бурого угля марки 3Бt₂= 1460 °С.

 

 

где – адиабатическая температура горения, °С, соответствует условию, когда все полезное тепловыделение воспринимается продуктами сгорания (при отсутствии теплопотерь топки), определяется по данным табл. 2.2 настоящего расчета по известному значению Q_т. Принимая H_г = Q_т=19962,2кДж/кг, получаем

 

 

– энтальпия продуктов сгорания при (определяется по табл. 2.2 настоящего расчета)

 

 

3) Коэффициент М расположения горелок определяем по формуле (4.26) [2] (коэффициент М учитывает относительное положение ядра факела по высоте топки, что влияет на ; М зависит от вида топлива и способа его сжигания см. стр. 39, 40 [2]).

При камерном сжигании твердых топлив, М=0,56 – 0,5∙Х_т,

где Х_т – коэффициент, характеризующий относительную высоту положения зоны максимума температур в топке, определяется по формуле (4.28) [2]:

 

 

где – высота размещения горелок, h_гор=3,5 м;

– расчетная высота заполняющего топку факела (от нижней части топки до середины выходного газового окна (см. рис. 4.2 [2]);

–поправка, при D_ном ≤ 110 кг/с принимаем Dх = 0,1;

 

 

Максимальное значение М не превышает 0,5.

4) Действительная температура газов на выходе из топки , °С, определяется по формуле (7.6) [2]:

 

 

где – абсолютная адиабатическая температура горения,

 

 

– средний коэффициент тепловой эффективности экранов;

– полная поверхность стен, включая площадь горелок; м²;

– коэффициент теплового излучения топки;

 – коэффициент сохранения теплоты, j =1− [q₅/(h_к+q₅)] = 0,99;

– расчетный расход топлива (с учётом механического недожога), кг/с.

 

Полученное значение =1142^○С сравниваем с предварительно принятым значением =1100 °С. Расхождение не превышает + 100 °С. Нормативное требование выполняется (стр. 157 [2]).

Принимаем температуру газов на выходе из топки =1142°С.

Рассчитываем энтальпию газов на выходе из топки:

 

 

6) Количество тепла воспринятого в топке:

 

 

Здесь коэффициент сохранения теплоты (см. п. 3.7 настоящего расчёта);

полезное тепловыделение в топке (см. п. 4.3 настоящего расчёта).

7) Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева:

 

 

Расчетное тепловое напряжение топочного объема (подсчитано ранее, см. п. 4.1 настоящего расчёта):

Расчет фестона

 

Общие сведения

 

Поверочный тепловой расчёт фестона сводится к определению количества тепла, воспринимаемого фестоном. Количество теплоты, воспринимаемое фестоном, рассчитывается по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи. Результаты расчётов сравниваются, если расхождение результатов расчётов по уравнению теплового баланса и по уравнению теплопередачи не превышает 5%, то расчёт считается выполненным.

Конструктивно фестон состоит из труб заднего экрана, но размещенных с увеличенным поперечным S₁=200÷300 мм и продольным S₂=250÷400 мм шагами. При этом трубы фестона разводятся в несколько рядов Z₂. Иногда фестон выполняется из труб большего диаметра (около 100 мм), расположенных в один ряд (S₁=400÷800 мм).

Из расчета топки для предыдущей поверхности нагрева известными являются температура и энтальпия газов перед фестоном. Температура газов за фестоном принимается с последующей проверкой и уточнением ее. Кроме этого, она должна быть увязана с условиями обеспечения надежной работы пароперегревателя. Согласно [2] охлаждение дымовых газов в фестоне  можно предварительно принять для однорядных фестонов (z₂=1) 7–10^○С, для двухрядных – 15–20 ^○С, для трехрядных фестонов – 30–40 ^○С и для четырехрядных – 50–60 ^○С (меньшее значение для влажного топлива, большее – для сухого). Количество рядов по ходу газов в фестоне Z₂ принимается из чертежа котла.

Температура обогреваемой среды постоянна и равна температуре кипения при давлении в барабане котла, температурный напор определяется по формуле:

 

 

где = 0,5( ) – средняя температура газов в фестоне, ^○С; t_н − температура кипения при давлении в барабане.

Средняя скорость газов в фестоне, величина, которая необходима для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией, определяется из выражения (6.7) [2]. Объем газов на единицу топлива V_г определяется по избытку воздуха на выходе из топки.

Площадь живого сечения для прохода газов определяется из чертежа с использованием рис. 5.1.

 

 

где ℓ_ф – высота газового окна, где размещен фестон, м; а – ширина котла по фронту, м; d– диаметр труб (определяется из чертежа); Z₁− число труб в одном ряду.

Если расстояние от крайней трубы фестона равно поперечному шагу S₁, то

 

Z₁ = а/S₁ − 1.

 

Если указанное расстояние равно S₁/2, то

 

Z₁ = а/S₁.

 

Коэффициент теплоотдачи конвекцией  при поперечном обтекании определяется в зависимости от формы пучка (коридорный или шахматный) по рис. 6.4, 6.5 [2]. При косом обтекании коридорных пучков с углом между направлением потока и осями труб < 80^○С полученная из номограммы величина  умножается на 1,07.

Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формулам (6.35), (6.37) [2] или номограмме 18 [1], см. рис. 6.14 [2].

Эффективная толщина излучающего слоя определяется по формуле:

 

 

Шаги труб определяются по действительному расстоянию между осями труб из чертежа. При конструкторском расчете согласно [1] рекомендуются следующие шаги труб фестона S₁ ≥ 300, S₂ ≥ 200 мм.

Излучение газовых объемов на фестон не учитывается. Температура загрязненной стенки вычисляется по формуле:

 

t₃ = t_н + ∆t,

 

где ∆t= 80 ^○С.

При расчете коэффициента теплопередачи для фестонов не учитывается коэффициент теплоотдачи от стенки к пароводяной смеси , так как он много больше , и поэтому термическим сопротивлением 1/ можно пренебречь.

Во всех случаях коэффициент теплоотдачи для фестона определяется по формуле:

 

 

где − коэффициент тепловой эффективности.

Для фестонов котлов большой мощности и развитых котельных пучков котлов малой мощности в зависимости от рода топлива  принимаются в диапазоне 0,5÷0,7 по таблице 7.4, 7.5 [1], табл. 6.4 [2].

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке  для фестона определяется по формуле:

 

 

где ξ − коэффициент использования поверхности.

Полная теплообменная поверхность фестона:

 

 

Для расчета количества теплоты, передаваемого от газов к фестону за счет конвективного теплообмена Q_т, по формуле (6.1) [2] в качестве расчетной поверхности нагрева принимается полная теплообменная поверхность фестона.

При поверочном расчете по уравнению теплопередачи определяется количество теплоты, переданное поверхности фестона Q_т, и сравнивается с величиной тепловосприятия фестона Q_ф, которая складывается из двух составляющих: теплоты, непосредственно отданной газами при их охлаждении от  до  теплоты, полученной фестоном излучением из топки.

Q =