ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЛОВ

РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКЕ

Рлощадь стены, занятая экраном, Г1П, м2, определяется по расстоянию между осями крайних ^пуб данного экрана и освещенной длине экранных труб. Поверхность двусветных экранов Находится как удвоенное произведение расстояния между осями крайних труб на освещенную

[длину труб. _

Ь1: При включении в топочный обьем ширм поверхность стен топки определяется по формуле

+р z

Плпр*“пр ■

Здесь <рсвё. пр * угловой коэффициент облученности для прилегающего к ширмам экрана;

Фее«, ш ‘ угловой коэффициент облученности для ширм;

Сов. Я«*,* поглощательная способность (степень черноты) свободного и межширмового объемов топки.

Угловой коэффициент облученно - сти (р свЬ пр рассчитывается по

Формуле

=8б. пр

Где глубина ширмы / и шаг принимаются по рис. 6.2.

Угловой коэффициент облученно­сти Фсиб. ш определяется из зависимости

Фсвбш =1-ф«бпр - (6-056)

Величины <7,б6 и с„м рассчитываются по (7-65) при значениях эффективной толщины СЛОЯ ДЛЯ свободного ^„б и межширмового объемов топки,

Определяемых по (6-08а) и (6-086). Если по (6-03) получено Z>^. то в расчет принимается '2>=1.

Лучевоспринимающая поверхность топки, не имеющей ширм, включенных в ее активный объем

=Х^пл*- (6-063)

Где х - угловом коэффициент экрана, определяемый по п. 6-06. Для участков стен, не закрытых экранами (в том числе горелки, лазы, сопла), угловой коэффициент х = 0.

Если в обьем топки включаются ширмы, то формула (6-06а) имеет вид

6- 03. Эффективная толщина излучающего слоя толки

.г = 3,6 -. м.

Г„

Где V, и /гс, * объем и поверхность стен топки, м3, мг.

При включении в объем топки ширм входящая в формулу (6-07) величина Гс рассчитываемся по (6-02). а объем топочной камеры принимается равным

М3,

Где Усь и свободный и межширмовый объемы топочной камеры, м3.

Эффективная толщина излучающего слоя для свободного и межширмового объемов топки:

Р'

= з;б

(6-0Ва)

(6-086)

$ —

Где высота ширмы А принимается по рис. 6.2.

6- 04. Высота топочной камеры //,. м, определяется как расстояние от середины холодной воронки (пода топки) до середины выходного окна топочной камеры или до ширм с шагом

5, <700 мм в случае заполнения ими верхней части топки более чем на 50 % [рис. 6.3).

Чтг ] / и ¥Ь

Рис. 6.3. К определению относительного уровня горелок

6- 05. Средний уровень расположения настенных и угловых горелок в топках с верхним отводом газов при совместном сжигании разнородных топлив, когда в каждый ярус подаются разные виры топлива

Лг=—----------- . (6-09)

Ът:

Где т - число ярусов горелок;

П - число горелок б ярусе;

В и О,' - расход и теплота сгорания топлива, подаваемого в горелку яруса;

К - уровень расположения осей горелок в ярусе (рис. 6.3); определяется как расстояние от ^ середины холодной воронки (пода топки) до оси горелок в ярусе.

При сжигании одного вида топлива средний уровень расположения настенных и угловых пок

I'пВЬ,

- ь,= ——.м. (6.10)

Г ■ 2>

; Относительный уровень расположения горелок в топке характеризуется величиной

А,

[ё' Для толок с подовым расположением горелок и слоевых топок принимается хг=0.

6- 06. Угловой коэффициент гладкотрубных экранов определяется в зависимости от их конструкции:

Однорядный настенный экран - номограмма 1а, кривые 1-4; экран двустороннего облучения - номограмма 1а. кривая 5; двухрядный настенный экран - номограмма 16; экран из чередующихся труб разных диаметров:

Весь экран д‘ - номограмма 1в. график I; трубы малого диаметра А*1 - номограмма 1 в, график II. Лучевоспринимающая поверхность всего экрана из труб разных диаметров определяется как а лучевоспринимающая поверхность труб малого диаметра как ^1П-д-:.

Для ошипованных и плавниковых экранов, а также для экранов, закрытых чугунными плитами, д-1.

Угловой коэффициент плоскости, проходящей через оси первого ряда труб котельного пучка (фестона, ширм), расположенного в выходном окне топки, равен *.

При расчете последующих поверхностей нагрева следует учитывать, что угловой коэффициент самого котельного пучка (фестона, ширм) может быть меньше единицы (табл. 7-1 и 7-2) и часть падающего из топки тепла проходит сквозь пучок на расположенные за ним поверхности нагрева.

6- Б. Радиационные свойства продуктов сгорания

6- 07. Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера)

Ви^А'/лг. (6-12)

Где к - коэффициент поглощения топочной среды, 1/(м-МПа), рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определении учитывается излучение трехатомных газов [К02, Н20) и взвешенных в их потоке частиц сажи, летучей золы и

Кокса;

Р - давление в топочной камере, МПа;

5- эффективная толщина излучающего слоя, м.

6- 08. Коэффициент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания [КО2, Н20)

7.8 + 16гн о 4

(1 -0,37 -10-3 т;')гг. 1/(м МПа). (6-13)

Ч, фо рг~з

Где гп с /р0 - гн 0 - суммарная объемная доля трехатомных газов Б продуктах сгорания (гл. 4);

Т" - температура газов на выходе из топки. К.

Величина к* определяется по номограмме 2.

6- 09. Коэффициент поглощении лучей частицами сажи

>0.4

(1,6-1 (Г3 Г/'-0,5). 1/(мМПа), (6-14)

Где а, - коэффициент избытка воздуха на выходе из топки;

С '/Н! - соотношение углерода и водорода в рабочей массе топлива. При сжигании газа

Ят=од2Х;|ся;. (в-«)

Где т ил - количества атомов углерода и водорода в соединении.

6- 10. Коэффициент поглощения лучей частицами золы

Где рол - концентрация золы в продуктах сгорания: определяется по формуле (4-11). Коэффициент Авл для топок с твердым шлакоудалением принимается по табл. 6-1.

Таблица 6-1

Для топок с жидким шлакоудалением А„ принимается на 0.10 выше приведенных в табл. 6-1.

6- 11. Коэффициент поглощения лучей частицами кокса принимается по табл. В-2.

‘ -6-12. При расчете критерия Ви принимается, что при сжигании мазута и газа основными излучающими компонентами являются газообразные продукты сгорания (ЯО& НгО) и взвешенные в их потоке сажевые частицы, при сжигании твердого топлива - газообразные

Продукты сгорания (КОг, ИгО) и-взвешенные в их потоке частицы золы и кокса.

При сжигании мазута или газа коэффициент поглощения топочной среды рассчитывается с учетом относительного заполнения топочной камеры светящимся пламенем (частицами сажи), характеризуемым коэффициентом т. Расчет проводится по формуле

К = кг +тке, 1/(мМПа). (6-17)

При сжигании мазута в газоплотных котлах л 1=0,3; для негазоплотных котлов т=0.6.

При сжигании природного газа т=0,1- Впредь, до уточнения, это же значение принимается и для других газов, кроме доменного, для которого/?!—0.

При сжигании твердых топлив коэффициент поглощения топочной среды

К = кг+ к„ц> л + Ь'коксИкохс. 1/(м-МПа). (6-18)

Для слоевых топок принимается Л'к0ксцк0„ =0.

0-13. При сжигании смеси топлив критерий Ви определяется по среднему коэффициенту ения к. рассчитываемому с учетом тепловой доли каждого из топлив.

,иент поглощения лучей газовой фазой продуктов сгорания рассчитывается по АД ДОЛЯМ ГВОг и ГНго , определяемым для смеси топлив ПО П. 4-12.

Средний эффективный коэффициент поглощения для смеси топлив рассчитывается ПВ Ч/Улам (6-19) * (6-22):

. _ При совместном сжигании газов (мазутов)

К = кт +т£кс, д1 . 1/(мМПа), (6-19)

К - ■ ■ ' '“1

^ - коэффициент поглощения лучей частицами сажи, 1/(мМПа); рассчитывается для £ каждого газа (мазута) по (6-14).

При сжигании природного (коксового) газа в смеси с доменным газом величина

'коэффициента т уменьшается пропорционально тепловой доле доменного газа q^l от /77=0,1

4яг =° Д° т~° ПРИ =1;

V ■ — при совместном сжигании мазута и газа

Рк = К + ”{К. иЯи + К.< 0 - & )]. 1/(м-МПа), (6-20)

•где А'слГИ ксх * коэффициенты поглощения лучей частицами сажи, 1/(м-МПа); рассчитываются по (6-14) соответственно для мазута и газа; коэффициент т при совместном сжигании мазута и газа определяется по формуле

Т = тиЧи +^0-?м). где ^иш,- значения т для мазута и газа:

Ди - доля мазута в суммарном тепловыделении;

- при совместном сжигании твердого топлива и мазута

К = /сг + тксци (А'злцзл + /^РкоксХ1 “&)’ ^м-МПа); (6-21)

- при совместном сжигании твердого топлива и газа

К = к, + ткА + (А^цзл + к^^\ -д,), 1/(м-МПа), (6-22а)

Где Ц: - доля газа в суммарном тепловыделении;

- при совместном сжигании твердого топлива, мазута и газа

К = к, + (1 - цч -)(Аалцэп + А'ксжсц, окс) + т(ксиды + ксХдг). 1/(мМГ1а) (6-226)

6- В. Расчет суммарного теплообмена в топке

6- 14. Методика расчета суммарного теплообмена в толке базируется на приложении теории подобия к топочному процессу. Основными параметрами, определяющими безразмерную температуру газов на выходе из топки 0" , являются критерий радиационного теплообмена

Больцмана (Во) и критерий поглощательной способности Бугера (Ви). Вид функциональной зависимости, связывающий между собой эти параметры, установлен на основании опытных данных по теплообмену в топках котлов.

Учет влияния на теплообмен неизотермичности температурного поля топки и эффекта рассеяния излучения обеспечивается использованием эффективного значения критерия Ви, определяемого по п. 6-17.

6- 15. Безразмерная температура газов на выходе из топочной камеры

Ти Воо. е

7; “ м Bпп0-3+Во

Где Тя • адиабатическая температура горения топлива, К;

М -.параметр, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена относительного уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов.

Формула (6-23) справедлива в области значений в" < 0,9.

6*16. Критерий Во рассчитывается по формуле

Ф В„(Ус)гв

Во =------ (6-24)

^оУср^сг^

Где Вр - расчетный расход топлива, кг/с (м3/с); определяется по (5-24);

/Ц - поверхность стен топки, м2; определяется по п. 6-02;

(Ус)кр средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1кг (1 м3) топлива

■ в интервале температур (7~а - 7!"). кДж/(кгК) |кДж/(м3-К)і; определяется по п.6-19;

- среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов; определяется по п. 6-22;

■ф - коэффициент сохранения тепла; определяется по (5-11): с0 = 5.67-Ю'п кВт/(м2 К*) - коэффициент излучения абсолютно черного тела. 1 я

6- 17. Эффективное значение критерия Бугера ВЇЇ определяется По формуле ьс^--

Г,- Гі,4Ви2+Ви +2^

Ви = 1,6 ІП —г д---------- — .

41,4Ви - Ви +2)

По формуле (6-25) построена номограмма 3.

6- 18. Для камерных топок параметр М рассчитывается по формуле

М = М0( 1-0,4*,)^.

Для слоевых топок {.XV - 0)

М = М0( 1 + р)^.

Где р = Я / Гст - соотношение между поверхностью Я зеркала горения (слоя) и поверхностью стен ТОПКИ Яс - Мв - коэффициент, принимается:

Для пылеугсшьных топок с твердым шлакоудалением:

При тангенциальном и встречном расположении горелок Мс = 0,46.

При однофронтовом расположении горелок Мв = 0,42;

Для пылеугольных топок с жидким шлакоудалением Мс = 0.44;

Для слоевых топок мс = 0,46;

Для газомазутных топок при настенном расположении горелок Мс = 0,40;

Для газомазугных топок при подовом расположении горелок (х,=0) Мс ~ 0.36.

Для топок, оборудованных поворотными горелками, коэффициент Мс соответственно увеличивается или уменьшается на 0,01 на каждые 10° угла поворота горелок вниз или вверх.

При сжигании твердого топлива совместно с мазутом или газом коэффициент Мв принимается по его значению для твердого топлива.

При сжигании смеси природного, коксового и доменного газов в комбинированных многотопливных прямоточно-вихревых горелках коэффициент Мс зависит от тепловой доли доменного газа, в смеси <7Д„ уменьшаясь с ее увеличением.

При ступенчатом сжигании топлива[1] учитывается зависимость температуры газов на выходе из топки от доли третичного воздуха gт?_t

М = М0{] -0,4хг)(і -(6-26в)

Где к = 0.45 - при двухступенчатом сжигании газа и мазута;

К = 0,60 - при трехступенчатом сжигании угольной пыли и вводе

Дополнительного топлива воздухом; к = 0.20 - при трехступенчатом сжигании угольной пыли и вводе

Дополнительного топлива газами рециркуляции; гу - параметр забалластированности топочных газов

ГД>+') ,

^ ту и 1/и. м /м, . (6-27)

К0.М2 +^поа

Где г - коэффициент рециркуляции; определяется по (4-25); у* - объем газов на выходе из топки без учета рециркуляции, м3/кг (м3/м3).

' Наиболее сильное влияние параметр г¥ оказывает на теплообмен в топках с газовой сушкой

1, а 'также при вводе в топочную камеру рециркулирующих газов, отобранных из зоны с« ых поверхностей нагрева.

'6-19. Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг (1 м3) топлива

(Гс)ср = кДж/(кг-К)[кДж/(м5Ю],

Тдв /" - энтальпия продуктов сгорания 1 кг (1 м3) топлива при температуре 5" , избытке

^ ^ • воздуха на выходе из топки а, и объеме Угн:ри , рассчитанном по (4-26).

6- 20. Адиабатическая температура горения 8в °С. определяется по полезному Тепловыделению в топке 0,х при избытке воздуха а,.

■’ Полезное тепловыделение в топке

„ ЮО-л-л-л ^

(2т = бр------- оо^д------- + бф + + Лг}1.отв. кДж/кг{кДж/мэ). (6-28)

Где (Зр - располагаемое тепло топлива, кДж/кг (кДж/м3); вычисляется по п. 5-02; • д3, цл, <?6 - потери тепла от химической и механической неполноты сгорания топлива, с теплом шлака и охлаждающей воды, %;

- тепло, вносимое в топку паровым дутьем, кДж/кг; определяется по (5-21);

<2„ - тепло, вносимое в топку воздухом, кДж/кг (кДж/м^)

<2в = Рт^ав + (ла-т + ЛаплК. пре ■ КДж/кг (кДж/м3), (6-29)

Здесь Р' находится ПО формуле (4-43), величины присосов В топке ДССт и

В пылеприготовительной системе Да™ определяются по п. 4-14 и таблице XVII.

Энтальпии теоретически необходимого количества воздуха!^’в при температуре за

Воздухоподогревателем и присасываемого воздуха /0псс для типовых топлив принимаются по табл. XV и XVI.

* тепло рециркулирующих газов, кДж/кг (кДж/м3). Учитывается в случае возврата в топку части газов, отобранных из газоходов котла, за котлом или из верхней части топки (п. 4-10).

Если рециркулирующие газы вводятся перед выходным сечением топки, то при тепловом расчете топочной камеры они не учитываются, а температура газов на входе в последующую поверхность нагрева $Г4>Ц определяется по (4-28).

6- 21. Количество тепла, воспринятого в топке на 1кг (1 м3) топлива

Ол = ф({2т - / "). кДж/кг (кДж/м3). (6-30)

6- 22. Коэффициент тепловой эффективности экранов равен произведению углового коэффициента экрана х на коэффициент С,, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытие изоляцией

У=д-<£. (6-31)

Если стены топки закрыты экранами с разными значениями коэффициента тепловой эффективности •ф или экраны покрывают часть поверхности стен, среднее значение коэффициента тепловой эффективности

Ч/ср=—=-------- . (6-32)

СТ

Для неэкранированных участков топочных стен принимается = 0.

Угловой коэффициент экранов х определяется по п. 6-06.

Приведенные в табл. Б-3 значения £ при сжигании пыли твердых топлив относятся к топочным камерам, оборудованным эффективно работающими средствами очистки экранов.

Для ошипованных экранов, покрытых огнеупорной массой, в топках с жидким шлакоудалением величина С, рассчитывается в зависимости от температуры плавления шлака

^ШГИ С

С = 0,53- 0,25 •КГ,/ШП. (б-зз)

При отсутствии данных о температуре плавления шлака ее значение принимается на 50 °С ниже температуры жидкоплавкого состояния золы 1с-

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

При попеременной работе котла на разных топливах или при сжигании смеси топлив коэффициент принимается по топливу, вызывающему большее загрязнение.

Для выходного окна топки, отделяющего топку от расположенной за ним поверхности нагрева, коэффициент ^ определяется по формуле

(б-зо)

Где С, - коэффициент, принимается по табл. 6-3 таким же, как для настенных экранов;

Р • коэффициент, учитывающий взаимный теплообмен между топкой и поверхностью Нагрева. При размещении за окном топки ширм коэффициент р принимается равным 0,6 при сжигании твердых топлив и 0,8 при сжигании мазута и газа. При размещении за окном фестона - Р=0,9, котельного пучка - р=1,0.

При отсутствии непосредственно за окном поверхности нагрева ^*"0,5 .

Гб-23. Для расчета температуры газов в конце топки или для определения площади ввсхности стен топочной камеры используются формулы: "х

Расчете температуры газов в конце топки

Г" /• • •■••8': =--------------------------------- ^ ^г-273.°С;

(6-35)

5,67-10'“

I + Л/ Вії

Ф£р(^)ср

Определении площади поверхности стен топочной камеры

(Л

(6-36)

6[2]24. Распределение тепловоспривтия по высоте топочной камеры определяется «позонным» [ли »зональным»' расчетом топки. В случаях, когда такой расчет не производится, удельное Ётепловосприятие отдельной зоны можно оценить по следующей зависимости

Г

ВР <2л V

Чл = У.

^ст^ср

Ориентировочные значения коэффициента распределения тепловосприятия по высоте топки у, определяются в зависимости от относительной высоты Ъ1Н, зоны по табл. В-3 или 8-4. Разброс данных, использованных для формирования этих таблиц, составлял до ± 20%.

Сумма тепловосприятий отдельных зон топки должна совпадать с величиной тепловослриятия топочной камеры по формуле (€-30).