Радиационные свойства продуктов сгорания

Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера):

 

 

Вu = kps, (4.11)

 

где k – коэффициент поглощения топочной среды, рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определении учитывается излучение трехатомных газов, паров воды (RO₂, H₂O) и взвешенных в их потоке частиц сажи, летучей золы и кокса;

p – давление в топочной камере, МПа; принимается 0,1 МПа, если не указано в задании.

s – эффективная толщина излучающего слоя;

Коэффициент поглощения лучей трехатомными газами и водяными парами (RO ₂, H ₂ O), 1/(м×МПа)

 

, (4.12)

 

где r_n – объемная суммарная доля трехатомных газов (см. табл. 2.4), ;

- температура газов на выходе из топки, К.

Величина определяется по номограмме 2 приложения П (обратить внимание, что размерность температуры ^оС).

Коэффициент поглощения лучей частицами сажи, 1/(м×МПа)

 

, (4.13)

 

где - соотношение углерода и водорода в рабочей массе топлива.

 

При сжигании газа

 

, (4.14)

 

где m и n – количества атомов углерода и водорода в соединении.

Коэффициент поглощения лучей частицами золы, 1/(м×МПа)

 

, (4.15)

 

где m _зл – концентрация золы в продуктах сгорания (см. табл. 2.4).

А _зл – коэффициент, принимается по таблице 4.1.

 

 

Таблица 4.1

 

Вид топлива	А зл
ТШУ	ЖШУ
АШ	1,00	1,10
Каменный и тощий угли	0,80	0,9
Бурый уголь	0,75	0,85
Сланец	0,75	0,85
Торф	0,60	0,70

 

 

Коэффициент поглощения лучей частицами кокса k _кокс m _кокс принимается по таблице 4.2.

 

Таблица 4.2

 

Вид топлива	k кокс m кокс, 1/(м×МПа)
АШ, тощий уголь	0,25
Каменный уголь	0,20
Бурый уголь, сланец, торф	0,10

 

Для расчета критерий Бугера принимается, что при сжигании мазута и газа основными излучающими компонентами являются газообразные продукты сгорания и взвешенные в их потоке сажевые частицы, а при сжигании твердого топлива – газообразные продукты сгорания и взвешенные в их потоке частицы золы и кокса. Поэтому коэффициент поглощения топочной среды, 1/(м×МПа):

При сжигании мазута или газа

, (4.16)

 

где m – коэффициент, учитывающий относительное заполнение топочной камеры светящимся пламенем. При сжигании мазута в газоплотных котлах m = 0,3;для негазоплотных котлов m = 0,6. При сжигании газов m = 0,1 (для доменного газа m = 0);

При сжигании твердых топлив

 

. (4.17)

 

При сжигании смеси топлив методику расчета см. в [1 или 2].

 

Расчет теплообмена в топке

Расчет теплообмена в топке котла основан на применении теории подобия к процессу теплообмена между топочной средой и поверхностями нагрева котла, которые ограничивают активный топочныйй объем устройства.

В качестве определяющего критерия теплообмена используют безразмерную температуру на выходе из топки , К, которая характеризует снижение температуры топочных газов на выходе из активного топочного объема, , К, в сравнении с теоретической температурой продуктов сгорания топлива , К.

 

Величина определяется по выражению

 

, (4.18)

 

где М – безразмерный параметр распределения температур по высоте топки, который зависит от вида сжигаемого топлива, способа его сжигания, типа горелочных устройств и размещения их в топочной камере;

Для камерных топок

 

М = М₀ (1 – 0,4 х _г) , (4.19)

 

где - параметр забалластированности топочных газов, м³/м³

 

, (4.20)

 

где r коэффициент рециркуляции, определяется по [2, п.4.10];

 

- объем газов на выходе из топки без учета рециркуляции, м³/кг (м³/м³).

М ₀ – коэффициент, который принимается:

для пылеугольных топок с твердым шлакоудалением:
при тангенциальном и встречном расположении горелок	0,46
при однофронтовом расположении горелок	0,42
для пылеугольных топок с жидким шлакоудалением	0,44
для газомазутных топок при настенном расположении горелок	0,40
для газомазутных топок при подовом расположении горелок	0,36

Для топок, оборудованных поворотными горелками, коэффициент М ₀ увеличивается на 0,01 на каждые 10^о угла поворота горелок вниз или уменьшается на такую же величину при повороте горелок вверх.

Во – безразмерный критерий Больцмана, характеризующий связь между количеством теплоты, переданной средой с оптическими свойствами абсолютно черного тела и геометрическими свойствами топочной камеры;

 

, (4.21)

 

где j - коэффициент сохранения теплоты, учитывающий долю теплоты газов, которую воспринимают поверхности нагрева котла; В_P – расчетный расход топлива, кг/с (м³/с).

Величины j, В_P определяют при выполнении теплового баланса котла.

Средняя суммарная теплоемкость топочных газов (продуктов сгорания), кДж/кг или кДж/м³ определяются по выражению

, (4.22)

 

где - полезное тепловыделение в топке, кДж/кг или кДж/м³;

- энтальпия продуктов сгорания 1 кг (1 м³) топлива на выходе из топки при температуре и избытке воздуха a_т;

- температура на выходе из топки, ^оС, (определяется по рекомендациям [1,2]).

- теоретическая (адиабатная) температура горения, ^оС. Определяется по полезному тепловыделению в топке (табл. 2.8.).

 

, (4.23)

 

где - соответственно располагаемая теплота топлива, кДж/кг или кДж/м³ и потери теплоты с химическим и механическим недожогом, а также с теплотой шлака, % (определены при расчете теплового баланса котла, );

Q_Ф – теплота вносимая в топку паровым дутьем, определена при расчете теплового баланса котла;

- теплота, внесенная с воздухом в топку, кДж/кг или кДж/м³

 

(4.24)

 

где - коэффициент избытка воздуха на выходе из топки;

и - присосы холодного воздуха в топке и системе пылеприготовления;

- коэффициент избытка воздуха в месте отбора газов на рециркуляцию;

r _т– коэффициент рециркуляции газов в низ топки или горелки;

и соответственно энтальпия теоретически необходимого количества горячего воздуха при температуре за воздухоподогревателем t _г.в и холодного присасываемого воздуха при t _х.в.

Значения , и принимают в соответствии с рекомендациями [1,2]; и определяются по табл. 2.8 (таблица I - J) для заданного топлива;

- теплота рециркулирующих газов, кДж/кг (кДж/м³). Учитывается, если газы на рециркуляцию отбираются из газохода котла или из верхней части топки. Если рециркулирующие газы вводяться перед выходным сечением топки, то при тепловом расчете топочной камеры они не учитываются.

s_о – коэффициент излучения абсолютно черного тела; s_о = 5,67×10^-11 кВт/(м²×К⁴) или 4,9×10 ⁸ ккал/(м²×ч×К⁴);

y_ср – средний коэффициент тепловой эффективности экранов топки, характеризует долю теплоты, которую они воспринимают.

, (4.25)

 

где - площадь поверхности, воспринимающей теплоту, м²;

- угловой коэффициент участка стены топки.

- коэффициент загрязнения i- тогоучастка ограждений топочного объема зависит от типа поверхности ограждения и вида топлива, принимается по табл. 4.3.

 

 

Таблица 4.3 – Коэффициенты загрязнения

Тип экрана	Топливо
Настенные гладкотрубные и мембранные цельносварные экраны в камерных топках	Газообразное	0,65
Мазут	0,55
Пыль твердых топлив:
антрацитовый штыб, тощий уголь	0,45
каменные^1 и бурые угли средней шлакующей способности (например, кузнецкий ГСШ)	0,45
каменный и бурые угли высокой шлакующей способности (например, назаровский, березовский Канско-Ачинского месторождения)	0,35 – 0,40^2
фрезерный торф	0,45
сланцы	0,25
Ошипованные экраны, покрытые огнеупорной массой	Все топлива	0,20
Экраны, покрытые шамотным кирпичом	Все топлива	0,10

___________________

¹При сжигании экибастузского угля с тонким размолом (R ₉₀ £15 %) в котлах с q_F ³ 3 МВт/м² z = 0,40.

²Меньшее значение – для березовского угля.

 

Для ошипованных экранов, покрытых огнеупорной массой в топках с жидким шлакоудалением величина z рассчитывается в зависимости от температуры плавления шлака t _шл, ^оС

 

. (4.26)

 

При отсутствии данных о температуре плавления шлака ее значение принимается на 50 ^оС ниже температуры жидкоплавкого состояния золы t _с.

Для гладкотрубных двусветных экранов и ширм (кроме ширм типа «щек»), расположенных в объеме топки, при сжигании твердых топлив величина z уменьшается на 0,1, а для цельносварных экранов и ширм – на 0,05 по сравнению с ее значением для настенных экранов.

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

 

z_вых = z×b, (4.27)

 

где z принимается по табл. 4.3 таким же, как для настенных экранов;

b - коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и поверхностью нагрева, расположенной за выходным окном:

- для ширм b = 0,6 при сжигании твердых топлив;

b = 0,8 при сжигании мазута и газа;

- для фестона b = 0,9;

- для котельного пучка b = 1,0.

При отсутствии непосредственно за выходным окном поверхности нагрева z_вых = 0,5.

Температуру газов на выходе из топки можно определить из формулы, ^оС

 

. (4.28)

 

Полученную температуру дымовых газов на выходе из топки необходимо сравнить с ранее принятой. Если разность между ними составляет более 100 ^оС, следует уточнить величины Bu и (VС)_ср по найденной температуре и повторить расчет.

При выполнении конструктивного расчета определяют площадь поверхности стен топочной камеры используя зависимость, м²

 

, (4.29)

 

где Q _Л – количество теплоты, воспринятой в топке на 1 кг (1 м³) топлива, кДж/кг (кДж/м³)

 

Q _Л = j×(Q _T - ). (4.30)

 

После расчета поверхности стен и уточнения размеров топки необходимо проверить соответствие принятого и полученного в результате расчета значения коэффициента тепловой эффективности; их расхождение не должно превышать ± 5 % величины y.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А