Расчетные характеристики топочных камер. Геометрические и тепловые характеристики. Определение геометрических размеров камерных топок.

Геометрически топочная камера характери­зуется линейными размерами: шириной фрон­та а, глубиной bи вы­сотой h_T (рис. 7.1), рас­чет которых определя­ется количеством сжи­гаемого тл, его тепловыми и физико-химическими хар–ми.

Произведе­ние сече­ние ТК, ч/з которое с доста­точно большой ско­ростью (7—12 м/с) проходят раскаленные топочные газы. На уровне расположения горелок в сечении топ­ки выделяется огром­ное количество тепло­ты и резко á t топочной среды.

Основной тепловой характеристикой то­почных устройств паровых котлов является тепловая мощность топки, кВт,

характеризующая количество теплоты, выде­ляющейся в топке при сжигании расхода топ­лива В, кг/с, с теплотой сгорания кДж/кг. Если отнести все тепловыделение в зоне горения топлива к сечению топки, то получим важную расчетную характеристику — тепловое напряжение сечения топочной камеры

Максимально допустимые значения нор­мируются в зависимости от вида сжигаемого тл, расположения и типа горелок и со­ставляют от 3500 кВт/м² для шлакующих каменных и бурых углей до 6400 кВт/м². á ведет к á расхода газов и t в сечении топки, á тепловосприятия экранных поверхностей.

При многоярусном расположении горелок важной характеристикой топки является теп­ловое напряжение сечения на один ярус горелок

Где Q_яр— тепловыделение всех горелок одного яруса, кВт.

Для разных видов топлива составляет 1200—2300 кВт/м². á и выше предельных ведет к усиленному шла­кованию экранов, прежде всего в зоне распо­ложения горелок, и к опасному росту темпе­ратуры металла труб. Расчетные значения принимают несколько ниже максимально до­пустимых. Зная тепловую мощность ТК (7.1), определяют необходимое сече­ние топочной камеры

Глубина топочной камеры определяется размещением горелок (см. § 7.2) на стенах топочной камеры и обеспечением свободного развития факела в сечении топки так, чтобы высокотемпературные языки факе­ла не касались охлаждающих настенных экра­нов. Глубина топки возрастает до 8—10,5 м при использовании более мощных горелок с увеличенным диаметром амбразуры и при их расположении в несколько (два-три) яру­сов на стенах топки.

Ширина фронта топки м и зависит от вида сжигаемого топлива, тепловой мощности (паропроизводительности) котла и может быть получена из ранее принятых зна­чений С увеличением мощности паро­вого котла размер а растет, но не пропорцио­нально рост}⁷ мощности, характеризуя таким образом увеличение тепловых напряжений се­чения топки и скорости газов в ней. Ширину фронта можно определить по формуле

где D — паропроизводительность, т/ч.

Высота топочной камеры должна обеспечить практически полное сгора­ние топлива по длине факела в пределах ТК и размещение на ее стенах по­верхности экранов, необходимых для охлаж­дения продуктов сгорания до заданной температуры. По условиям сгорания топлива необходимая высота топки может быть уста­новлена из выражения

где — средняя скорость газов в сечении топ­ки, м/с; —время пребывания единичного объема газа в топке, с.

При этом необходимо, чтобы — время полного сгорания наиболее крупных фракций топлива, с (см. § 4.2).

Характеристикой, определяющей условия тепловой работы топочного объема, является допустимое тепловое напряжение, кВт/м³, или энерговыделение

где —объем топочной камеры, м³.

Зна­чение q_v определяет среднее время пребыва­ния газов в ТК. С á теплового напряжения q_v время пребывания тазов в ТК â. Условию соответствует максимально допустимое значение и согласно (7.6) при этом получается минимально допустимый объем топочной камеры

Как указано выше, экранные поверхности ТК должны обеспечить охлаж­дение продуктов сгорания до заданной t на выходе из топки что достига­ется выбором необходимых размеров стен и, следовательно, объема ТК.

Поэтому нужно сопоставить минимальный объем топки из условия сгорания топлива

и объем топки из условия охлаждения газов до заданной температуры Как правило, для всех твердых топлив поэтому высота ТК определяется условиями охлаждения газов до заданной тем­пературы Во многих случаях необходимая высота топки существенно превосходит ее ми­нимальное значение, найденное по объему (особенно при сжигании углей с повы­шенным внешним балластом), что ведет к утяжелению и удорожанию котла. В то же время с á производительности котла á объема топки происходит относительно быстрее, чем площади огражда­ющих стен. Следовательно, снижается удель­ная поверхность охлаждения, приходящаяся на 1 м³ объема топки, а это определяет повы­шение температуры с ростом производи­тельности котла.

Вопрос № 149

Особенности и конструктивное оформление котельных агрегатов - прямоточного, с естественной и принудительной циркуляцией.

В котлах с естественной циркуляцией образуется замкнутый циркуляционный контур, образованный подъёмными и опускными трубами, они обязательно расположены вертикально для обеспечения условий естественной циркуляции. Так же особенностью является то что опускные трубы не должны обогреваться для сохранения на достаточном высоком уровне плотность воды, подъемные трубы должны иметь такую трассу, чтобы по ходу образующейся в них пароводяной смеси нивелирные уровни их все время повышались из-за опасности образования паровых пробок, и третье – скорости воды и смеси во всех трубах должны быть умеренными для получения невысоких гидравлических сопротивлений, что достигается выбором труб поверхностей нагрева достаточно большого диаметра.

В котлах с многократно принудительной циркуляцией движение рабочего тела осуществляется в основном за счет работы циркуляционного насоса, включаемого в опускной поток рабочей жидкости. Кратность циркуляции поддерживается не высокой (К=4-8), поскольку циркуляционный контур насос гарантирует ее сохранение при всех колебаниях нагрузки. Котлы с многократной принудительной циркуляцией позволяют экономить металл для поверхностей нагрева, особенно на СВД, так как допускают повышение скорости воды и рабочей смеси и тем частично улучшают охлаждение стенки труб. Габариты агрегата при этом несколько снижаются, т.к. диаметры трубок можно выбирать меньшими, чем для котлов с естественной циркуляцией. Трубы могут быть расположены и не вертикально, но и горизонтально и наклонно. Особенностью конструкции котлов с многократной циркуляцией является наличие барабана - для отделения паровой и водяной фаз.

В прямоточных котлах нет барабана, через парообразующие трубы рабочее тело проходит один раз. Движение рабочего тела от входа в экономайзер и до выхода из агрегата перегретого пара принудительное, осуществляется питательным насосом. Дорогой элемент барабан отсутствует, повышаются требования к чистоте питательной воды. Гидравлическая схема разомкнутая, в экранах идёт безостановочное парообразование. Отличительной особенностью прямоточных котлов является отсутствие четкой фиксации экономайзерной, парообразующей и пароперегревательной зон.

Конструктивные различия также заключаются в компоновке. Барабанные котлы, как правило, имеют П-образную или Т-образную компоновку.

Вопрос № 150