4.3 Расчет теплообмена в топке

Целью расчета является определение температуры и энтальпии продуктов сгорания на выходе из топки и количества теплоты, отданной газами в топке.

Топка представляет собой сложную систему тел, участвующих в теплообмене. К ним относятся: сам факел, частицы сажи и золы, трехатомные газы, кирпичная кладка и детали топочного устройства, радиационные поверхности нагрева. Расчет лучистого теплообмена осложнен тем, что в топке образуются неравномерные поля температур и степени черноты. На основе теории подобия и экспериментальных данных выражены функциональные связи между параметрами, влияющими на теплообмен в топке, в следующем виде:

=

Критерий Больцмана определяется из выражения

=

где  – коэффициент сохранения теплоты

В – расход топлива, кг/с;

– радиационная поверхность нагрева топки, м²;

 – коэффициент загрязнения радиационной поверхности:  =0,9 при сжигании жидких топлив;

- средняя суммарная изобарная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кгК).

=

здесь I_а – энтальпия продуктов сгорания при адиабатной температуре

По значению I_а по диаграмме “I_г – ” определяется адиабатная температура (_а), а затем производится расчет средней суммарной изобарной теплоемкости продуктов сгорания по (5.26) и критерия Больцмана (5.25).

Степень черноты топки определяется из выражения

=

где a_ф – эффективная степень черноты факела.

Величина a_ф рассчитывается по формуле

а_ф = m а_св + (1 – m) а_г = 0.55*0,89 +(1-0.55) *0.08 = 0.52

где m – коэффициент, характеризующий соотношение объемов, занимаемых светящимся пламенем и несветящимися трехатомными газами; принимается в зависимости от теплового напряжения топочного объема: m = 0,55 при  407 кВт/м³.

Степень черноты светящегося пламени a_св и потока газов a_г определяются по следующим формулам:

=

=

где k_г – коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, 1/(мМПа)

=

k_c – коэффициент ослабления лучей частицами сажи, 1/(мМПа):

=

здесь и – объемные доли водяных паров и трехатомных газов

Р_г – давление в топке. Для котлов с вентиляторным дутьем Р_г = 0,1 МПа;

S_т – эффективная толщина излучающего слоя газов в топке, м

После определения значений Во и а_т определяется безразмерная температура _т и рассчитывается температура газов на выходе из топки, К

= 0,57 * 2123 = 1210К

= 1210 – 273 = 937 ºС.

Расчет теплообмена в топке завершается определением количества теплоты, передаваемой в топке излучением, кВт

= 0,94*0,08(40357 – 20000) = 1530 кВт

где – берется по полученному значению c диаграммы “I_г – ” ( ‌ - _т ‌≤ 50 ºС).

5 Компоновка и тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева.

5.1 Последовательность расчета

В соответствии с уравнением теплового баланса количество теплоты, отведенной от газов (продуктов сгорания) (Q_г), равно количеству теплоты, подведенной к нагреваемой среде – воде, пароводяной смеси, пару, воздуху (Q_н.с), кВт

Q_г = Q_н.с = Q

По газовой стороне:

Q_г = = Q

По пароводяной стороне, кВт:

Q_н.с = D·(i_вых – i_вх) = Q = 2518 кВт

где D – расход воды или пара, кг/с;

i_вых, i_вх – энтальпия воды или пара соответственно на выходе из участка поверхности нагрева и на входе в него, кДж/кг.

H=Q/( kt∙10^-3) = 35 кДж/кг