Топливо и котельные установки

Понятие о выборе и расчете топочных устройств

При выборе системы топки нужно руководствоваться следую­щими соображениями:

А) топка должна полностью соответствовать сорту и качеству топлива, на котором будет работать установка;

Б) конструкция топки должна допускать возможность ее при­способления в случае необходимости применения другого сорта топлива;

В) мощность топки должна отвечать производительности котла, а также условиям его нагрузки и работы;

Г) работа топки должна обеспечить, по возможности, низкую величину суммы потерь от механической и химической неполноты сгорания (<7з + <74), а также способствовать уменьшению потерь с уходящими газами (^2), что ведет*к повышению коэффициента полезного действия котлоагрегата;

Д) обслуживание топки должно быть механизировано;

Е) топочные устройства должны быть простыми по конструк­ции, надежными в работе и недорогими в изготовлении.

Оценка достоинств и особенностей разных типов топок была дана при описании их конструкций. При выборе типа топки можно ориентироваться табл. 8.

Примечание. Для определения теплопроизводительности водогрейного котла в ккал^час нужно умножить соответствующую цифру таблицы на коэффициент 500 000 из расчета эквивалентности одной мгкал тепла 2 т пара.

Топки выносные » внешние » выносные » внешние

Дрова влажностью до 40% То же

Торф влажностью до 40%

То же, влажностью до 40% и выше

Б. П о л у м е х а н и ч е - ские шахтные

Топки #

Топки с наклонным зерка­лом горения Топки с. вертикальным зер­калом горения

В. Топки с механи­ческими забрасы­вателями

Г. Пневматические топки

Д. Цепные решетки (беспровальные)

Дрова влажностью до 45%

Торф кусковой влажностью до 50% . .

Дрова влажностью до 55%

Бурые угли Каменные угли

Бурые угли Каменные угли

Антрациты:

АС. ...

АСШ или АРШ (с размерами кусков не более 30 мм) ш . Каменные угли слабо и уме­ренно спекающиеся: сортированные рядовые Угольные отходы, отсевы и др. Бурые угли зольностью до 25% . .

Щепа влажностью до 50% с содержанием опилок до 15%

1—< 8

Тип

И характеристика топок

Е. Механические

Топки с шурую­щей планкой

Ж. Нак лонно-пере - тал кивающие ре­шетки

3. Камерные топки с шахтными мель­ницами

И. Специальные топ­ки для фрезерно­го торфа и слан­ца:

Шершнева

Макарьева

К. Топки для сжига­ния мазута и есте­ственного газа

Бурые угли

Подмосковный уголь: рядовой с мелочью мелочь с семечком

Бурые угли Сланцы

Фрезерный торф

Фрезерный торф.

Сланец (при дроблении с ос­татком 3% на сите 0,5 мм) Мазут 1

Естественный газ }

Цель расчета топочного устройства для слоевого сжигания топлива — определить две основные величины, а именно: пло­щадь колосниковой решетки (К м2) и объем топочного простран­ства (Ут мъ).

Площадь колосниковой решетки находится следующим обра­зом:

Ян

Где: <7^ — нормальное тепловое напряжение зеркала горения, ко­торое выбирается по данным табл. 9 (см. стр. 98— 100) в зависимости от сорта топлива и типа топки, в

Ккал/м2час.

Принимая по эксплуатационным и конструктивным соображе­ниям длину решетки (/ м), можно определить необходимую ши­рину решетки:

Ъ = —- м.

I

Объем топочного пространства определяется по выражению: I/я=ЛВ*м (65)

"V

Где: — нормальное тепловое напряжение топочного объема,

Определяемое также по данным табл. 9, в ккал! м3час. Подсчитанным значением Ям? и Утм3 соответствует высота топочного пространства Л м, которая не должна быть меньше ве­личины, рекомендуемой для данного типа топки и сорта топлива. Объем воздуха, подаваемого в топку, равен:

К = мЧчас, (66)

Где: У0 нм3/кг или нм3/нм3 находится по формулам (14) или (16); ат — оценивается по данным табл. 9.

Пример 1. Определить основные размеры ручной колосни­ковой решетки, предназначенной для сжигания антрацита марки АРШ, с теплотворной способностью 0.рн = 6350 ккал/кг, в коли­честве В = 550 кг/час.

Решение. * Согласно табл. 9, = 800 000 ккал/м2час;

Дгг = 300 000 ккал/м^час.

Тогда:

80! = 660^50 Яц 800,000

V/ 550-6350 _ .

Т~ я* — 300000 ’

По условиям обслуживания длина решетки должна быть не больше 2,05—2,1 м.

При I, равном’ 2,05 м, ширина решетки составит:

Ь = = ^ = 2,13 м.

I 2,05

На каждую загрузочную дверцу должна приходиться ширина решетки в 1,0-*-1,3 м. Поэтому нужно иметь две загрузочные дверцы из расчета ширины решетки на каждую из них:

4- = — = 1,065 м = 1065 мм.

Считая, что топочный объем имеет форму параллелепипеда, определяем высоту топки:

A = JЈl = M = 2,66 *.

R 4,36

Эта высота является приемлемой при сжигании на колоснико­вой решетке антрацита.

Пример 2. Выбрать топочное устройство и определить его основные размеры, если заданы следующие условия работы кот - лоагрегата:

Паропроизводительность котла системы ДКВ: D=4000 кг/час. Ширина котла в свету — 2470 мм.

Давление насыщенного пара — Рк = 13 ати.

Температура питательной воды — tn „ = 50°

Температура уходящих газов — tyx = 305°

Температура воздуха — ta = 30°

Топливо: подмосковный бурый уголь состава: Ср = 32,8%; № = 2,4%; Ор= 9,9%; Np = 0,6%; ^ = 2,9%; Др=18,4%; №* = 33,0%.

Решение. Ориентируясь на сведения, приведенные в табл. 8, выбираем для данного котла полумеханическую колосниковую топку с механическими забрасывателями.

Согласно табл. 9, принимаем:

<7^=600 000 ккал/м2час; qv = 200 000 ккал/м9час Яз=^°/о'’ ^

Для определения размеров топки необходимо подсчитать рас­ход топлива по тепловому балансу котла.

По формуле (44) находим потерю тепла с уходящими га­зами— <72%.

Предварительно определяем теоретически необходимое коли­чество воздуха для сжигания 1 кг топлива согласно формуле (14):

1/0= 0,089 Кр + 0,265 Нр~ 0,033 Ор = 0,089.33,9 + 0,265-2,4 —

— 0,033*9,9 = 3,32 нм3/кг,

Vie

Кр = ср + 0,375 Sp= 32,8-f-0,375 • 2,9яе33,9%.

Часть топлива не участвует в горении вследствие механиче­ского недожога <74, поэтому теоретически необходимое количество воздуха будет меньше подсчитанной величины и составит:

V = ™LzЈt. у = t001-1-3 .3,32 = 2,89 нм3/кг.

0 100 0 100 1

Объем трехатомных газов (RO2 = С02 + S02) равен согласно формуле (26):

KRoa = ^p • 0,0185 • К11 = 0,87 • 0,0185 • 33,9 = 0,55 нм*/кг.

Объем двухатомных газов (R2 = 02-(-N2) находим по сле­дующему расчету: из объема V0 = 2,89 нм3/кг на горение пошло 21% кислорода, осталось 79% азота, т. е.:

0,79 I/ = 0,79-2,89 = 2,28 ни*{кг.

Коэффициент избытка воздуха в топке, как это приведено выше, составляет:

(х = 1 4

В газоходах котла через неплотности обмуровки и гарнитуры происходит присос воздуха; оценивая для данной конструкции котла присос воздуха Аак — 0,2, получим, что коэффициент из­бытка воздуха в уходящих газах будет:

V=1’6

И избыточное количество воздуха в уходящих газах равно:

(V - !) К = 0»6 - 1)• 2,89 = 1,74 нм? 1кг.

Таким образом, объем двухатомных газов составляет: l/Rj = 0,79 у; + (аух-1) V/ = 2,28 +1,74 - 4,02 нм*/кг.

Объемом, занимаемым в дымовых газах азотом топлива, в данном случае пренебрёгаем ввиду его незначительной вели­чины.

Объем водяных паров по формуле (27):

9HP - f - WP __ 9-2,4 + 33,0 Л АС,,

Теплосодержание уходящих газов:

(^г)ух:~ ( + ^в. п Св. п) ^ух

= (0,55 • 0,447 + 4,02 • 0,312 + 0,68 • 0,368) • 305 = 534 ккал/кг, где теплоемкости газов при температуре £^=305° равны: ско =0,447 ккал/нмэ град;

Ск =0,312 ккал/нм3 град;

Св п = 0,368 ккал/нм8 град.

Находим потерю тепла с уходящими газами:

За = [1г)уХ-1е = 534—а. ух У'сй = 534-1,6-2,89-0,31 -30 =

= 490,9 ккал/кг

1-100=4^'100=17''«' где — по формуле Д. И. Менделеева (6):

<3^ — 81 Сг’ + 246#р+ 26(5^- О")-6 = 81 - 32,8 + 246 • 2,4 +

+ 26 • (2,9 - 9,9) - 6 • 33,0 = 2870 ккал/кг.

По рис. 5 оцениваем потерю тепла в окружающую среду:

Я, = 2,5%.

Таким образом, к. п. д. котла, согласно тепловому балансу, будет равен:

Чк — Я= Ю0 — (^а+<73+^4+ <7бХ— 100 — (17,1 +1 + 13 + + 2,5) = 66,4% =0,664.

Часовой расход топлива по формуле (60):

= РЦ-и.) = 4000 (665.4 — 50) =

%С, Р 0,664-2870 '

Площадь колосниковой решетки:

П В<2 н 1290-2870 2

Н —------ =-------------- =6,17 м.

Яц 600000

При ширине решетки, равной ширине котла в свету

Ь ~ 2470 мм, ее длина будет:

/ = у - = -|^- = 2,5 м = 2500 мм.

Объем топочного пространства:

,г В(}н 1290-2870

=18,51 М3.

Чу 200 ООО

Средняя высота топочного пространства составляег:

И 18,51 „ „

Ь = —= 3,° м.

0,17