Расчет теплообмена излучения в топочной камере

Из уравнений теплового баланса количество тепла, воспринятое в топке излучением:

.

Здесь - коэффициент сохранения тепла (часть тепла покидает топку через обмуровку).

Полное количество тепла, которое передается в топке:

В этих двух уравнениях тепловыделение в топке определяется по следующему выражению:

- тепло с рециркулирующими газами.

- тепло, вносимое с воздухом в топку.

- внешний подогрев воздуха (в калорифере).

 

Основной определяющей величиной полезного тепловыделения в топке является располагаемое тепло.

При расчете К.У. используется понятие адиабатической температуры газов.

, ⁰С или Т_А= + 273, ⁰К

где - адиабатическая энтальпия.

- средняя теплоемкость при р=const.

V – объём газов.

Адиабатическая температура в топке и температура факела определяются, в основном, располагаемым теплом топлива (), а для твердого топлива и газа - его теплотой сгорания ().

При поверочном расчете топки, при заданной конструкции методом последовательных приближений определяется её тепловосприятие. Для этого задаются температурой газов за топкой () для определения степени черноты топки () и среднего значения . Далее рассчитывается температура газов за топкой по полуэмпирическому выражению.

,

где:

- абсолютная адиабатическая температура.

- коэффициент излучения абсолютно черного тепа

- средний коэффициент тепловой эффективности топочных экранов

- суммарная площадь стен топки

- расчетный расход топлива

M – коэффициент, учитывающий положение факела в топке.

M=A - B ,

где:

А, В- коэффициенты

= + -безразмерный параметр уровня расположения горелок

- поправка, учитывающая тип горелочного устройства.

- относительный уровень расположения горелок

При многоярусном расположении горелок, величина рассчитывается как средневзвешенное:

/H_T

Из уравнения для следует, что для повышения температуры газов за топкой можно увеличить расход топлива или сократить коэффициент М, за счет поднятия ядра факела.

Повышение данной температуры снижает долю тепла, переданного излучением и повышает долю конвективного тепла. Данная температура имеет ограничение по шлакованию поверхностей нагрева, расположенных за топкой ( < t₁).

 

Конвективный теплообмен

К конвективным относятся поверхности нагрева, расположенные в поворотном газоходе за фестоном или ширмами и в конвективной шахте котла.

Здесь сравнительно низкая температура газов и интенсивность радиационного теплообмена снижается.

Основными уравнениями конвективного теплообмена являются:

a) Уравнение теплопередачи.

.

б) Уравнение теплового баланса по греющей среде.

.

в) Уравнение теплового баланса по рабочей среде.

.

Для установившегося процесса тепловосприятия должны быть одинаковые:

,

где

k – коэффициент теплопередачи;

- температурный напор;

H – поверхность нагрева;

- расчетный расход топлива;

- коэффициент сохранения тепла;

I’ – энтальпия газов на входе в поверхность нагрева;

I” – энтальпия газов на выходе из поверхности нагрева;

- присос воздуха в газоход поверхности нагрева;

- энтальпия присоса;

h” – энтальпия сухого насыщенного пара на входе в пароперегреватель;

- энтальпия перегретого пара;

∆ h_по - съем тепла в пароохладителе.

При поверочном расчете конвективных поверхностей нагрева, по заданной конструкции, методом последовательных приближений определяется тепловосприятие.

При конструктивном расчете ПЕ, ЭК, ВП мы имеем тепловосприятие, которое определяется уравнением теплового баланса, и определяем поверхность, которая обеспечивает данное тепловосприятие.

Рассмотрим особенности расчета К:

.

Где: и - коэффициенты теплоотдачи от газов к наружным загрязнениям и от накипи к обогреваемой среде.

- толщина наружных загрязнений, металла и накипи.

- соответствующие коэффициенты теплопроводности.

Поскольку и (накипи не должно быть).

Термическое сопротивление наружных загрязнений оценивается величиной коэффициента загрязнения ().

.

К, при сжигании твердых топлив и поперечном омывании поверхности нагрева с шахматным расположением труб:

Для всех остальных случаев, кроме воздухоподогревателей:

, где ψ- коэффициент тепловой эффективности.

При расчете теплопередачи воздухоподогревателем для всех видов топлив К рассчитывается по формуле:

, где - коэффициент использования.

При расчете экономайзера и фестона, где тепло передается жидкости или пароводяной смеси >> и мы пренебрегаем термическим сопротивлением со стороны обогреваемой среды (воды п.в. смеси)

поэтому

Расчетная величина поверхности нагрева определяется со стороны наибольшего термического сопротивления. Для всех поверхностей нагрева кроме ВП наибольшее термическое сопротивление с газовой стороны . Поэтому поверхность рассчитывается по наружному диаметру:

При расчете ВП; где термические сопротивления близки , поверхность нагрева рассчитывается по среднему диаметру:

Температурный напор - средняя температура между греющей и обогреваемой средой.

Наиболее точное выражение: (средне-логарифмическое),

где и - большая и меньшая разницы температур на сторонах поверхности нагрева при прямотоке и противотоке.

Максимальный температурный напор () имеем при противотоке.

Если , то температурный напор рассчитывается как средне-арифметическое .

Для перекрестного омывания продуктами сгорания поверхностей нагрева, температурный напор рассчитывается по выражению ,

где - поправочный коэффициент, учитывающий особенности поверхности нагрева и определяется по номограммам.

Таким образом, определяющими параметрами конвективного теплообмена для существующей конструкции поверхности нагрева являются:

1. Скорость теплообменивающихся сред [особенно среды, теплоотдача от которой имеет наибольшее термическое сопротивление (чаще всего с газовой)].

2. Температурный напор (∆t).

ЛЕКЦИЯ № 21