Расчет теплообмена в топке

Расчет основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчетная формула связывает безразмерную температуру газов на выходе из топки θ_т^” с критерием Больцмана Bo, степенью черноты топки a_т и параметром М, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного положении максимума температур пламени, который определяется типом горелок и схемой их размещения.

Исходная формула при расчете теплообмена:

Где - абсолютная температура газов на выходе из топки, К;

– температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, К;

- критерий Больцмана.

Температуру газов на выходе из топки определяем по формуле:

Где - коэффициент сохранения тепла;

– расчетный расход топлива, м³/ч;

- расчетная площадь стен топки, м²;

- средний коэффициент тепловой эффективности экранов;

4,9* - коэффициент излучения абсолютного черного тела, ккал/(м²*ч*К⁴);

(V_c)_ср – средняя суммарная теплоемкость продуктов горения 1 м³ топлива в интервале температур газов от , ккал/(м³*^оС).

 

Определяем полезное тепловыделение в топке Q_т и соответствующую ей адиабатическую температуру горения Т_а:

Где - не учитываем, так рассчитывается только для высокосернистых мазутов;

 

Определяем по формуле

Где -энтальпия теоретического объема горячего воздуха, поступающего в топку, ккал/м³.

Найдем величину энтальпии горячего воздуха линейной интерполяцией по таблице 4 для ϑ_гв=205⁰С при =1,27:

, ккал/кг

Величина -энтальпия теоретически объема холодного воздуха, при t=30 ^оС, находится по формуле:

, ккал/кг

=1,1;

, т.к. система пылеприготовления отсутствует по заданию

, ккал/м³

, ккал/ м³

Полезное тепловыделение в топке Q_т соответствует энтальпии газов I_а, которой располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.еI_а = Q_т = ккал/кг

Найдем величинуТ_а линейной интерполяцией по таблице 4 для I_а = , при =1,1

Т_а= +273=2232,35, К.

Параметр М, характеризующий температурное поле по высоте топки, определяем по формуле:

М=А-B×x_т=0,54-0,2*0,38023=0,464

где А и В опытные коэффициенты, значения которых принимаем: А=0,54; В=0,2; (при камерном сжигании мазута).

Относительное положение максимума температур факела в топке определяем по формуле:

где х_г – относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения осей горелок h_г (от пода топки) к общей высоте топки Н_т(от пода до середины выходного окна из топки, т.е. х_г= h_г/ Н_т);

DХ – поправка на отклонение максимума температур от уровня горелок, принимаемая для газомазутных топок с производительностью <35т/ч, DХ=0,15;

При расположениигорелок в несколько ярусов и разном числе горелок в каждом ярусе средняя высота рассчитывается, как средневзвешенная, по выражению, м:

где
n₁, n₂– число горелок в первом и втором ярусах; h_1г, h_2г– высота расположения осей ярусов, м

Степень черноты топки зависит от искомой температуры газов на выходе .

Принимаем ⁰С:

 

Среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания 1 нм³ топлива в интервале температур газов от до , определяем по формуле, ккал/(м³*^оС):

 

Степень черноты топки определяем по формуле:

 

 

Где – эффективная степень черноты факела:

 

где и – степень черноты, которой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трёхатомными газами; m – коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма и m=0,55 для жидкого топлива.

Величины и определяют по следующим формулам:

 

,

 

,

 

где S_т – эффективная толщина излучаемого слоя в топке; P – давление в топке, для паровых котлов, работающих без наддува Р = 1 кгс/см² .

Коэффициент ослабления лучей k_г топочной средой определяют по номограмме с использованием величин:

⁰С, , ,

м*кгс/см² → по номограмме

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами определяем по формуле:

где - температура газов на выходе из топки ( К);

-соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива;

Определяем температуру газов на выходе из топки:

 

Полученная различается с от принятой ориентировочно , более чем на . Задаемся новым значением и производим перерасчет:

Среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания 1 нм³ топлива в интервале температур газов от до , определяем по формуле, ккал/(м³*^оС):

Степень черноты топки определяем по формуле:

 

 

 

,

 

,

 

⁰С, , ,

м*кгс/см² → по номограмме

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами определяем по формуле:

где - температура газов на выходе из топки ( К);

-соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива;

Определяем температуру газов на выходе из топки:

Полученная различается с от принятой ориентировочно , менее чем на . Вычисленная температура соответствует условию.

Найдем величину энтальпии газов на выходе из топки линейной интерполяцией по таблице 4 для ϑ_т=1114⁰С при =1,1:

Определяем количество тепла, переданное излучением в топке:

Определим тепловые нагрузки топочной камеры. Удельное тепловое напряжение объёма топки:

Чтобы не вызывать увеличения потерь тепла и , принятых в расчете, не должно превышать 500 Мкал/м³×ч.

Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок:

Где - сечение топки, м²