Расчет топочной камеры

 

Расчёт топки производим по формулам в соответствии с источником [2] в следующей последовательности.

Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры 1035⁰С. Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 2 – Энтальпии продуктов сгорания Н = ƒ (J), кДж/м³.

Подсчитываем полезное тепловыделение в топке Q_т, кДж/м³

 

            (25)

 

где Q_в – теплота вносимая в топку с воздухом, кДж/м³

 

Q_{т =}38380 (100-0,5)/100+419,6=38607,6

 

Для паровых котлов, не имеющих воздухоподогревателя, теплоту Q_в, кДж/м³, определяем

 

Q_в =α˝_т * H⁰_х.в.         (26)

Q_в =1,05*399,2=419,16

 

Определяю коэффициент ψ тепловой эффективности экранов

 

ψ = χ * ξ,                              (27)

где χ – угловой коэффициент, т.е. отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. Значение χ определяется из рисунка 5.3 [2]; χ=0,97;

ξ – коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по таблице 5.1 [2]: ξ=0,67.

 

ψ = 0, 97*0, 67=0, 65

 

Определяем эффективную толщину S, м, излучающего слоя

 

S=3,6V_т/F_ст                          (28)

 

где V_т – объем топочной камеры, м³;

F_ст – поверхность стен топочной камеры, м².

 

S=3, 6*11, 2/29, 97=1, 35

 

Определяем коэффициент k, (м·МПа)^–1 , ослабления лучей. При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами k_г и сажистыми частицами k_с

 

k = k_г r_п + k_с                         (29)

где k_г – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, (м·МПа)^–1;

r_п – суммарная объёмная доля трёхатомных газов; принимаю по таблице 1;

k_с –коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м·МПа)^–1.

Коэффициент k_г, (м·МПа)^–1 , ослабления лучей трехатомными газами определяю по формуле

 

      (30)

 

где р_п = r_п р – парциальное давление трёхатомных газов, МПа;

р – давление в топочной камере котлоагрегата, для агрегатов, работающих без наддува принимаю р = 0,1 МПа;

T˝_т – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).

 

 

Коэффициент k_с , (м·МПа)^–1, ослабления лучей сажистыми частицами

 

k_с            (31)

 

где С^р, Н^р–содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива, %.

При сжигании природного газа

 

                         (32)

 

где С_mН_n – процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений, %

 

k=8,75*0,257+1,147=3,43

 

Определяем степень черноты факела а_ф.

Для газообразного топлива степень черноты а_ф факела

 

а_ф =mа_св +(1– m) а_г              (33)

 

где m –коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела; принимаю по таблице 5.2 [2] m=0,12 при q_V=421 кВт/м³;

а_св – степень черноты светящейся части факела;

а_г – степень черноты несветящихся трёхатомных газов.

Значения а_св и а_г определяю по формулам

 

а_св=1 – е^{-( kг rп + kс) р s}                    (34)

а_г=1 – е ^{–kг rп р s}                             (35)

а_св=1 – е^{-(3,43*0,1*1,35)}=0,37

а_г=1 – е ^{–8,75*0,257*0,1*1,35}=0,259

а_ф =0,12*0,37+(1-0,12)*0,257=0,274.

Определяем степень черноты топки а_т для камерной топки при сжигании газа

 

                   (36)

а_т=0,274/(0,274+(1-0,274)*0,65)=0,36

 

Параметр М зависит от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании газа М=0,48 [источник 2, стр. 67].

Определяем среднюю суммарную теплоёмкость V_с.ср, кДж/м³·К, продуктов сгорания на 1 м^{3 газ}а при нормальных условиях

 

V_с.ср=(Q_т – H^″_т) / (Т_а –Т^″_т)        (37)

 

где Т_а – теоретическая (адиабатная) температура горения, К; определяем по таблице 4 по значению Q_т, равному энтальпии продуктов сгорания Н_а; Т_а=2254, К.

Т^″_т –температура (абсолютная) на выходе из топки, К;

H^″_т – энтальпия продуктов сгорания, кДж/м³; определяем по таблице 4 при принятой на выходе из топки температуре;

Q_т – полезное тепловыделение в топке, кДж/м³.

 

V_ср

 

Определяю действительную температуру υ^″_т, ⁰С, на выходе из топки

 

υ″т =     (38)

 

Полученная температура на выходе из топки υ^″_т = 1033⁰С сравнивается с температурой, принятой ранее, 1035⁰С. Расхождение между полученной температурой υ^″_т, ⁰С, и ранее принятой на выходе из топки не превышает ±100⁰С, расчет считается оконченным.

Определяем удельную нагрузку топочного объема q_V, кВт/м³

 

q_V= В_рQ^р_н/V_т.                         (39)

q_V=0,123*38380/11,2=421