Расчет теплообмена в топке
Расчет основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчетная формула связывает безразмерную температуру газов на выходе из топки θт” с критерием Больцмана Bo, степенью черноты топки aт и параметром М, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного положении максимума температур пламени, который определяется типом горелок и схемой их размещения.
Исходная формула при расчете теплообмена:
Где - абсолютная температура газов на выходе из топки, К;
– температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива, К;
- критерий Больцмана.
Температуру газов на выходе из топки определяем по формуле:
Где - коэффициент сохранения тепла;
– расчетный расход топлива, м3/ч;
- расчетная площадь стен топки, м2;
- средний коэффициент тепловой эффективности экранов;
4,9* - коэффициент излучения абсолютного черного тела, ккал/(м2*ч*К4);
(Vc)ср – средняя суммарная теплоемкость продуктов горения 1 м3 топлива в интервале температур газов от , ккал/(м3*оС).
Определяем полезное тепловыделение в топке Qт и соответствующую ей адиабатическую температуру горения Та:
Где - не учитываем, так рассчитывается только для высокосернистых мазутов;
Определяем по формуле
Где -энтальпия теоретического объема горячего воздуха, поступающего в топку, ккал/м3.
Найдем величину энтальпии горячего воздуха линейной интерполяцией по таблице 4 для ϑгв=2050С при =1,27:
, ккал/кг
Величина -энтальпия теоретически объема холодного воздуха, при t=30 оС, находится по формуле:
, ккал/кг
=1,1;
, т.к. система пылеприготовления отсутствует по заданию
, ккал/м3
, ккал/ м3
Полезное тепловыделение в топке Qт соответствует энтальпии газов Iа, которой располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.еIа = Qт = ккал/кг
Найдем величинуТа линейной интерполяцией по таблице 4 для Iа = , при =1,1
Та= +273=2232,35, К.
Параметр М, характеризующий температурное поле по высоте топки, определяем по формуле:
М=А-B×xт=0,54-0,2*0,38023=0,464
где А и В опытные коэффициенты, значения которых принимаем: А=0,54; В=0,2; (при камерном сжигании мазута).
Относительное положение максимума температур факела в топке определяем по формуле:
где хг – относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения осей горелок hг (от пода топки) к общей высоте топки Нт(от пода до середины выходного окна из топки, т.е. хг= hг/ Нт);
DХ – поправка на отклонение максимума температур от уровня горелок, принимаемая для газомазутных топок с производительностью <35т/ч, DХ=0,15;
При расположениигорелок в несколько ярусов и разном числе горелок в каждом ярусе средняя высота рассчитывается, как средневзвешенная, по выражению, м:
где
n1, n2– число горелок в первом и втором ярусах; h1г, h2г– высота расположения осей ярусов, м
Степень черноты топки зависит от искомой температуры газов на выходе .
Принимаем 0С:
Среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания 1 нм3 топлива в интервале температур газов от до , определяем по формуле, ккал/(м3*оС):
Степень черноты топки определяем по формуле:
Где – эффективная степень черноты факела:
где и – степень черноты, которой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трёхатомными газами; m – коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма и m=0,55 для жидкого топлива.
Величины и определяют по следующим формулам:
,
,
где Sт – эффективная толщина излучаемого слоя в топке; P – давление в топке, для паровых котлов, работающих без наддува Р = 1 кгс/см2 .
Коэффициент ослабления лучей kг топочной средой определяют по номограмме с использованием величин:
0С, , ,
м*кгс/см2 → по номограмме
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами определяем по формуле:
где - температура газов на выходе из топки ( К);
-соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива;
Определяем температуру газов на выходе из топки:
Полученная различается с от принятой ориентировочно , более чем на . Задаемся новым значением и производим перерасчет:
Среднюю суммарную теплоёмкость продуктов сгорания 1 нм3 топлива в интервале температур газов от до , определяем по формуле, ккал/(м3*оС):
Степень черноты топки определяем по формуле:
,
,
0С, , ,
м*кгс/см2 → по номограмме
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами определяем по формуле:
где - температура газов на выходе из топки ( К);
-соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива;
Определяем температуру газов на выходе из топки:
Полученная различается с от принятой ориентировочно , менее чем на . Вычисленная температура соответствует условию.
Найдем величину энтальпии газов на выходе из топки линейной интерполяцией по таблице 4 для ϑт=11140С при =1,1:
Определяем количество тепла, переданное излучением в топке:
Определим тепловые нагрузки топочной камеры. Удельное тепловое напряжение объёма топки:
Чтобы не вызывать увеличения потерь тепла и , принятых в расчете, не должно превышать 500 Мкал/м3×ч.
Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок:
Где - сечение топки, м2