Основные конструктивные размеры топочной камеры

Задача теплового расчета топочной камеры заключается в определении ее тепловосприятия, размеров необходимой лучевоспринимающей поверхности экранов и объема топки, обеспечивающих снижение температуры продуктов сгорания до заданного значения.

Рисунок 5.1. Топочная камера

Топочная камера полностью экранирована трубами Ø60х3 мм, расположенными с шагами 75 мм (фронтальный и задний экраны) и 90 мм (боковые экраны). Экраны разделены на 12 самостоятельных контуров (по числу блоков камеры).

Глубина топочной камеры a=7430 мм.

 

 

5.1.1 Площадь боковой поверхности топки:

1) Фигура 1:

2) Фигура 2:

3) Фигура 3:

4) Фигура 4:

5) Фигура 5:

5.1.2 Площадь одной боковой поверхности топки:

Найдем объем топочной камеры:

5.1.3 Определим тепловое напряжение топочного объема:

не превышает предельно допустимого значения , значит обеспечивается нормальный режим работы топки.

Определение геометрических характеристик топки

5.2.1 Площадь поверхности стен топки:

1) фронтальная + задняя + потолок:

2) холодная воронка:

3) полная площадь стен топки:

5.2.2 Определим площадь экранированной поверхности топочной камеры. Для этого исключим незащищенные трубами участки экранов:

1) Площадь амбразуры 2-х горелок:

d_гор=1,452 м.

2) Площадь экранированной поверхности:

5.2.3 Найдем относительный шаг экранных труб:

Для боковых экранов: S=90 мм;

Для фронтального и заднего: S=75 мм.

Расстояние между экраном и стенкой: e=0,5·d=30 мм.

1) Для боковых экранов:

По [2, стр. 39] найдем угловой коэффициент x, x_бок=0,94.

2) Для фронтального и заднего экранов:

x_фз=0,96.

5.2.4 Найдем площадь лучевоспринимающей поверхности нагрева настенных экранов:

1) Фестон:

x_ф=1,

2) Боковые поверхности:

3) Фронтальные и задние экраны:

4) Общая площадь лучевоспринимающей поверхности нагрева настенных экранов:

5.2.5 Степень экранирования топки:

Расчет теплообмена в топке

1) Задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топки:

2) Энтальпию уходящих газов на выходе из топки определим по таблице 4.9:

3) Полезное тепловыделение в топке:

где – теплота вносимая воздухом, кДж/кг; складывается из теплоты горячего и холодного воздуха присосанного в топку.

,

где – энтальпия подогретого до в воздухоподогревателе воздуха;

– теплота поступившая в агрегат с воздухом, предварительно подогретым в калорифере до t=50 °C.

4) Коэффициент тепловой эффективности экранов:

– средний коэффициент эффективности экранов.

– коэффициент тепловой эффективности для каждой поверхности;

– площадь этой поверхности.

где – угловой коэффициент;

– условный коэффициент загрязнения и закрытия экрана.

– [2, стр. 43].

Для выходного окна топки, отделяющего топку от расположенной за ним поверхности нагрева:

Экранные поверхности фронтальной и задней стен без учета фестона:

x_фз=0,96.

Выходное окно:

x_вых=x_ф=1.

Боковые экраны:

x_бок=0,94.

Тогда:

5) Эффективная толщина излучающего слоя:

6) Коэффициент поглощения топочной среды:

где – коэффициенты поглощения лучей трехатомными газами, золовыми и коксовыми частицами соответственно, (м·МПа)^-1.

r_п=0,305 – суммарная объемная доля трехатомных газов (таблица 4.7);

– средние массовые концентрации золы и кокса.

где p=0,1 МПа – давление в топочной камере;

– объемная доля водяных паров;

– абсолютная температура газов на выходе из топки.

A_зл=0,75 – для бурого угля [2, стр. 46].

– принимаем по [2, табл. 4.4].

7) Критерий Бугера:

,

8) Эффективное значение критерия Бугера:

9) Относительное положение максимума температуры:

где h_г=3,965 м – расстояние от середины холодной воронки до оси горелок;

H_т=12,510 м – расстояние от середины холодной воронки до выходного окна.

10) Параметр М:

где M₀=0,42 – для пылеугольных топок с твердым шлакоудалением при фронтальном расположении горелок;

– параметр забалластирования топочных газов.

V_г=4,622 м³/кг – объем уходящих газов на выходе из топки (по таблице 4.7).

11) Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого топлива при нормальных условиях:

где – адиабатная температура горения, К, определяемая по таблице 4.9 по значению , равному энтальпии продуктов сгорания H_a;

– энтальпия газов на выходе из топки для принятой температуры.

12) Действительная температура на выходе из топки:

Полученная температура отличается от принятой ранее менее, чем на . Таким образом, действительная температура продуктов сгорания на выходе из топки

13) Удельное тепловосприятие топки:

14) Среднее тепловое напряжение поверхности нагрева топки:

Расчет фестона

Фестон конструктивно представляет собой разреженный трубный пучок из труб заднего экрана. Фестон располагается перед пакетами конвективного пароперегревателя. В моем случае фестон четырехрядный.

Рисунок 6.1. Фестон четырехрядный

6.1 Конструктивные характеристики фестона

Таблица 6.1 Конструктивные характеристики фестона

Показатель	Обозначение	Ед.измерения	Значение
Диаметр труб наружный	d	м	0,06
Количество труб в ряду	z1	шт
Количество рядов труб	z2	шт
Общее количество труб	z	шт
Угловой коэффициент	x	–	0,5
Средняя длина труб	lср	м	5,312
Высота выходного окна	hф	м	3,910
Расположение труб	–	–	шахматное
Шаг труб:
– поперечный		м	0,743
– продольный	S2	м	0,25
Относительный шаг труб
– поперечный	ϭ1	–	12,383
– продольный	ϭ2	–	4,167
Размеры поперечного сечения газохода	a	м	7,43
b=hф	м	3,910

 

2) Площадь поверхности нагрева:

3) Площадь лучевоспринимающей поверхности:

4) Теплота, получаемая излучением:

– коэффициент неравномерности тепловосприятия по высоте топки [2, табл. 6.1];

– при размещении за окном фестона [2, стр. 44].

5) Примем понижение температуры в фестоне Температура газов на входе в фестон Температура газов за фестоном

6) Энтальпия газов на выходе из фестона:

7) Количество теплоты, отданной газами в фестоне:

8) Живое сечение для прохода газов:

где – проекция длины труб на плоскость, перпендикулярную направлению движения газов.

9) Средняя температура газов в поверхности:

10) Температурный напор:

где – большая и меньшая разности температур теплообменивающихся сред на границах поверхности, °C.

– температура насыщения при давлении в барабане P_б.

11) Средний расход дымовых газов:

 

12) Средняя скорость газов в поверхности:

13) Коэффициент теплопередачи:

– коэффициент теплоотдачи от газов к стенке.

– коэффициент тепловой эффективности [2, табл. 5.5];

– коэффициент использования.

– коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности конвекцией [2, рис. 5.5].

– поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов.

– поправка на компоновку пучка,

– средний относительный диагональный шаг труб.

Параметр :

– поправка, учитывающая влияние изменения физических параметров потока.

– коэффициент теплоотдачи при поперечном омывании шахматного пучка газами, определенный по номограмме.

– коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности излучением.

a – степень черноты газового потока при температуре дымовых газов;

a_з – степень черноты теплообменных поверхностей котлоагрегата, с учетом загрязнений принимается a_з=0,8.

Эффективная толщина излучающего слоя:

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами:

где – плотность дымовых газов;

– концентрация золовых частиц;

d_зл=16 мкм – эффективный диаметр золовых частиц;

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания:

Найдем степень черноты газового потока:

Температура золовых отложений на фестоне:

где – для фестонов, расположенных на выходе из топки.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

Коэффициент теплопередачи:

14) Тепловосприятие фестона:

15) Несходимость тепловосприятия фестона:

, расчет выполнен верно.