Теплообмен в топке котла и ее тепловой расчет

Топка котельной установки служит для сжигания топлива и получения продуктов сгорания с высокой температурой, а также для организации теплообмена между высокотемпературной средой и поверхностями нагрева, расположенными в топке. Теплообмен в топке — это сложный процесс, который осложняется еще и тем, что в топке происходят одновременно горение и движение топлива. Источником излучения в топке является горящее топливо. Процесс излучения складывается из излучений топлива, газов и обратного излучения тепловоспринимающих и других ограждающих поверхностей.

Заметим, что твердые тела излучают энергию с поверхности, а газообразные со всего объема. Так как энергия излучения газов С02, S02 и водяных паров Н20 значительна, а азота и кислорода — ничтожно мала, то считают, что в топках энергию излучают в основном трехатомные газы (С02, S02) и водяной пар (Н20).

В топочном объеме наблюдается пространственное, несимметричное поле температур излучающей среды; максимальная температура, близкая к теоретической, располагается в зоне ядра факела, а минимальная — на выходе из топки.

Современный метод расчета теплообмена в топке, разработанный советскими учеными, основывается на приложении теории подобия к топочным процессам. Исходным выражением для расчета является формула, предложенная ЦКТИ:

 

Суммарная площадь поверхностей стен топки Fст равна сумме площадей всех поверхностей, ограничивающих ее активный объем; экранированных и неэкранированных стен, свода, выходного окна, пода или верхней половины холодной воронки, а если топка слоевая, то еще и площади зеркала горения.

Лучевоспринимающая площадь поверхности топочного объема равна сумме лучевоспринимающим площадей поверхности Fn отдельных ее участков: /г=2/гл, м2 (л—это площадь непрерывной плоскости, которая по тепловосприятию эквивалентна действительной, незакрытой огнеупорными материалами и незагрязненной площади экрана.

Площадь элемента стен топки, занятую экранами, определяют по расстоянию между осями крайних труб экрана Ь, м, и по освещенной длине труб экрана м; Fn.n = bl. Лучевоспринимающие поверхности, расположенные в выходном окне топочного объема и за ним (фестон, пароперегреватель, испарительные пучки труб), полностью поглощают падающий на выходное окно лучистый тепловой поток, поэтому в этом случае хф=1Д Отношение площади стен топочной камеры, занятой лучевоспринимающими поверхностями F, к полной площади ее стен FCT называется степенью экранирования топки:

В процессе эксплуатации экраны топки.загрязняются, что приводит к уменьшению тепловосприятия экранов. В ряде случаев часть экранов ошиповывают и закрывают огнеупорной массой, что также приводит к уменьшению их эффективности. Это снижение эффективности работы экранов учитывают при расчете вводом коэффициента загрязнения и закрывания экранов?. Значение коэффициента? зависит от типа экранов и вида сжигаемого топлива и может изменяться от 0,65 для гладкотрубных экранов при сжигании газообразного топлива до 0,10 для экранов, закрытых шамотным кирпичом при сжигании всех видов топлива.

Отношение количества лучистой теплоты, воспринятой лучевоспринимающей поверхностью определенного участка i стен топки к падающему на участок тепловому потоку, называют коэффициентом тепловой эффективности лучевоспринимающей поверхности VF;

Для большинства топлив максимум температур по высоте топки практически совпадает с уровнем расположения горелок. Б котельных установках с камерными топками основная масса топлива выгорает на уровне расположения горелочных устройств, поэтому хт—хг, где хг=Хг/Н—величина, представляющая собой отношение высоты расположения осей горелок Хг (от пода топки или середины холодной воронки) к высоте топки Я. Влияние качества перемешивания топлива с воздухом, наклона горелок, характеристик топлива, качества распыливания жидкого топлива (от которого зависит положение максимума температур в топке) учитывается поправкой Ал.