Энергия древесины

РАСЧЕТ ТОПОЧНЫХ УСТРОЙСТВ СЛОЕВОГО ТИПА

Расчет топочных устройств необходим для обоснования раз­меров топок, их сборочных единиц и деталей при конструиро­вании, модернизации этих устройств, а также для принятия тех­нических решений при наладочных, доводочных работах и про­ведении испытаний.

Приведем методы расчета топочных устройств, предназна­ченных для сжигания древесной биомассы, имеющие определен­ную специфичность по сравнению с расчетом топок для других видов топлива.

Исходныеданные для расчета. Исходными данными для расчета топок котлоагрегатов, работающих на дре­весной биомассе, являются: мощность котлоагрегата, МВт; вид древесной биомассы (древесина, кора, гниль и т. п.); влажность Wp, %; зольность, Ар, %.

Мощность котлоагрегата определяется общими расчетами по технологии производства и системе теплоснабжения предприя­тия и дается в тоннах пара в час для паровых котлов и в гиго - калориях в час для водогрейных котлов.

Пересчет мощности котла в единицы СИ при этом произво­дится по формулам: паровые котлы

10-3

N Din, (4.1)

3,6

Где Р — мощность котлоагрегата, МВт; D — часовая выработка пара, т/ч; in — энтальпия вырабатываемого пара, кДж/кг; водогрейные котлы

Р= 1.163Q, (4.2)

Где Q — часовая выработка тепла котлоагрегата, Гкал/ч.

Котлоагрегати обычно разрабатываются либо для сжигания стволовой древесины, либо для сжигания коры. Использование в качестве топлива элементов кроны, гнили, древесины корней и т. п. носит пока эпизодический характер.

Влажность и зольность древесной биомассы при расчете то­почного устройства принимают максимальные для данных кон­кретных условий.

При расчете топочного устройства определяются следующие показатели: состав рабочего топлива; теплота сгорания рабо­чего топлива; объемы образующихся продуктов горения; эн­тальпия воздуха и продуктов горения; площадь колосниковой решетки; объем топочного пространства; часовой расход топ­лива.

Состав рабочего топлива. Состав рабочего топ­лива определяется исходя из элементарного состава древесной биомассы на горячую массу по следующим формулам:

Для стволовой древесины: Сг = 51 %; Нг=6,1; Ог=42,3; № = = 0,6 %. Для коры в соответствии с породой см. гл. 2.

Теплота сгорания рабочего топлива оп­ределяется по формуле:

Для стволовой древесины

Qh= 18 880—2141FP-— 189ЛР,

Где Qhр — теплота сгорания, кДж/кг.

Объемы образующихся продуктов горе­ния. Теоретическое количество сухого воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг рабочего топлива, определяется по формуле

Vа = 0,0889 Ср + 0,265 Нр — 0,0333 Ор; (4.4)

L0 = 0,115 Ср + 0,342 Нр—0,0431 Ор, (4.5)

Где V0 — теоретическое количество воздуха, м3/кг[2]; L0 — теоре­тическое количество воздуха, кг/кг.

Для стволовой древесины теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, может быть подсчитано по формуле:

V0 = 4,742—0,04742 (№р + Л р). (4.6)

Теоретический объем азота рассчитывается по формуле

Где V%2 — теоретический объем азота, м3/кг.

Для стволовой древесины теоретический объем азота под­считывается по формуле

= 3,751 — 0,03751 (IFP + Лр). (4.8)

Объем углекислого газа определяется формулой

Усо'= 1,866 "S"' (4.9)

Где Усо — объем углекислого газа, образовавшийся при сгора­нии 1 кг рабочего топлива, м3/кг.

Для стволовой древесины можно применять формулу

VCo2 = 0,9517—0,009517 (Wр + Лр). (4.10)

Теоретический объем водяных паров[3]

У°Нго = 0,111НР + 0,0124№р + 0,01611/°, (4.11)

Где Vh2o — объем водяных паров, образовавшихся при сжига­нии 1 кг рабочего топлива, м3/кг.

Для стволовой древесины эта величина может быть подсчи­тана по формуле

Ун,0 = 0,7534 + 0,00486ГР — 0,007533Л р. (4.12)

Коэффициентом избытка воздуха а называется отношение объема воздуха, действительно израсходованного на сжигание 1 кг рабочего топлива, к теоретически необходимому, т. е.

A = VjV°. (4.13)

С учетом этого коэффициента действительный объем паров, приходящийся на 1 кг рабочего топлива Vhjo, составит

Ун2о = У°нао+ 0,0161 (a - 1)V°. (4.14)

Объем дымовых влажных газов, образовавшийся при сго­рании 1 кг рабочего топлива V®, равен

V? =VcoJ + V°N,+ VH>o + (a-l)V0. (4.15)

Объем сухих газов, образовавшихся при сжигании 1 кг ра­бочего топлива, равен

Vrc = Vco2 + V°N2 + (a-l)V0.

Состав сухих газов следующий: азот

N2 = yN,+ («-!) 0.79 V, ї00.

Углекислый газ

С02=-~-.100; (4.16)

Кислород

V?

Где N2, СОг, Ог — расчетное содержание в сухих дымовых газах соответственно азота, углекислого газа и кислорода по объ­ему, %.

Содержание влаги во влажных дымовых газах по объему в процентах составит

H20=J^-100. (4.17)

* г

Энтальпия продуктов горения. Энтальпия дымовых газов на 1 кг сжигаемого рабочего топлива подсчи - тывается по формуле

/ = /? + («—1) /в, (4.18)

Где — энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха а= 1 и температуре газов Ф, °С;

/г = Усо2 И)со2 + V°k2 (cb) щ + Vhs> (сЩИ]0,

Где (сФ) —энтальпия данного компонента по табл. 20, кДж/м3; 1°в — энтальпия теоретически необходимого объема воздуха, кДж/м3, определяется по формуле

/°В = К°И)В. (4.19)

При сжигании многозольных топлив, для которых справед­ливо неравенство 1000 аун/*Р >6, к энтальпии дымовых газов

По формуле (4.18) необходимо добавить энтальпию золы, кото­рая определяется по уравнению

/з = И)з-^аун, (4.20)

Где (с0)з — энтальпия 1 кг золы, кДж/кг, по данным табл. 30; аун — доля золы топлива, уносимая газами, принимаемая для слоевых топок в пределах от 0,2 до 0,3.

Определение площади зеркала горения и площади колосниковой решетки. Зеркалом горения называют верхнее сечение слоя, в котором проис­ходит горение топлива. Для слоевых топок с горизонтальным и наклонным слоем топлива площадь зеркала горения прини­мают равной площади колосниковой решетки. В топках с вер­

Тикальным слоем К. В. Кирша площадь зеркала горения при­нимают равной площади окна в задней стенке топки, через ко­торое выходят в топочный объем продукты сгорания.

В топках с зажатым слоем за площадь зеркала горения при­нимают активную площадь зажимающей решетки, через кото­рую выходят в топочную камеру продукты сгорания.

Теплонапряжением колосниковой решетки или зер­кала горения называют количество тепловой энергии, выделяю­щееся в единицу времени на 1 м2 площади.

Теплонапряжение колосниковой решетки или зеркала горе­ния является основным нормативным показателем при расчете топочных устройств слоевого процесса сгорания. На основании нормативного значения этого показателя определяется площадь колосниковой решетки или зеркала горения по формуле

# = —, (4.21)

Где R — площадь колосниковой решетки или зеркала горения, м2; т]ка — КПД котлоагрегата в долях единицы: qR — теплона­пряжение колосниковой решетки или зеркала горения, кВт/м2; Р — мощность котлоагрегата, кВт.

Значения теплонапряжения колосниковой решетки и зеркала горения приводятся в табл. 21.

Определение объема топочного простран­ства. Объемом топочного пространства VT в слоевых топках называют пространство, ограниченное слоем топлива, трубами

Экранов котла и стенками обмуровки, т. е. замкнутый объем над слоем горящего топлива.

Теплонапряжением топочного пространства qv назы­вают отношение количества тепловой энергии, выделяющееся в топке в единицу времени, к объему топочного пространства. Теплонапряженне топочного пространства является основным нормативным показателем для расчета топочных устройств. Объем топочного пространства VT определяют по формуле

Ут= —------- (4.22)

<?уТ)ка

Значение qv приведено для различных топок и видов топ­лива в табл. 31.

Определение часового расхода топлива.

Часовой расход топлива выражается в различных единицах, а именно: в килограммах условного топлива, в килограммах ра­бочего топлива, в плотных кубометрах древесной биомассы и в насыпных кубометрах данного конкретного вида древесной биомассы.

Часовой расход топлива в килограммах условного топлива ■бусл. т подсчитывается по формуле

Вусл. т=Л(4.23)

Лка

Часовой расход рабочего топлива Вр. т в тоннах определяется по формуле

(4.24)

<?Ха

Где QS — теплота сгорания рабочего топлива, кДж/кг.

При сжигании древесной биомассы для выполнения техноло­гических расчетов по топливоподаче, буферному и межсезон­ному хранению древесных отходов часто требуется знать расход топлива в плотных и складочных кубометрах.

Часовой расход топлива в плотных кубометрах Вв. к опреде­ляется по формуле

В„ к= °'*228Р -Ю-3, (4.25)

•Эт)ка

Где Э — калорийный эквивалент (см. рис. 1 и 2), т усл. топл/пл. м3.

Часовой расход топлива в складочных кубометрах Вскл можно подсчитать по формуле

Вскл = 0ЛШР • Ю-3 . (4.26)

ЭП Т)ка

Где П — коэффициент полнодревесности (см. с. 32).

Наиболее характерные показатели работы слоевых топок при сжигании древесной биомассы приводятся в табл. 22.