Тепловой расчет котла Е-75-40ГМ (стр. 4 из 7)

Площадь стен топки:

F^тст= F^фст + F^ф’ст + 2*F^бст + F^зст + F^з’ст + Fок=

= 77,63 + 13,58 + 102,7 + 44,5 + 14,45 + 23,12 = 276 м².

Тогда среднее значение коэффициента тепловой эффективности для топки:

ψср = [0,6045*(77,63 – 2,625) + 0,2*13,58 + 2*0,6045*51,35 +

+0,6045*44,5 + 0,2*14,45 + 0,65*23,12] /276 = 0,507.

Активный объем топочной камеры определяют по формуле:

Vт = F^бст* bт = 51,35*5,78 = 297 м³ (5.2)

Эффективную толщину излучающего слоя в топке определяют по формуле:

Sт= 3,6 * Vт /F^тст = 3,6*297 / 276 = 3,874 м. (5.3)

5.3. Расчет теплообмена в топке.

5.3.1. Расчет основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Расчетная формула связывает безразмерную температуру газов на выходе из топки

с критерием Больцмана Bо, степенью черноты топки и параметром M, учитывающим характер распределения температур по высоте топки и зависящим от относительного местоположения максимума температур пламени, который определяется схемой размещения и типом горелок. При расчете используется в качестве исходной формулы:

, (5.4)

где θ_т^” - безразмерная температура на выходе из топки;

Т_т^” = v_т^”+273 – абсолютная температура газов на выходе из топки, K;

T_a= ν_a+273 – температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании топлива;

a_т – степень черноты топки;

М – параметр, учитывающий характер распределения температур по высоте топки;

Во – критерий Больцмана определяется по формуле:

(5.5)

Из формул (5.4) и (5.5) выводится расчетная формула для определения температуры газов на выходе их топки υ_т^”:

–

коэффициент сохранения тепла;

–

- расчетный расход топлива;

–

- расчетная площадь стен топки;

–

- средний коэффициент тепловой эффективности экранов;

–

- коэффициент излучения абсолютно черного тела, ;

–

- средняя суммарная теплоемкость продуктов горения 1 кг топлива в интервале температур газов от до , .

5.3.2. Определяется полезное тепловосприятие в топке Q_т и соответствующая ей адиабатическая температура горения Т_а.

(5.7)

где Q_p^p, q₃, q₄ – по данным пункта 3, q₆ – в данном случае не учитывается.

Количество тепла вносимое в топку с воздухом:

Q_в = Q_гв + Q_xв = (α_т'' - Δα_т - Δα_пл)∙I_гв^о + (Δα_т + Δα_пл)∙I_хв^о, (5.8)

где I_гв^о и I_хв^о – энтальпии теоретических объемов воздуха соответственно горячего и холодного:I⁰_гв = 636 ккал/кг; I⁰_хв = 95 ккал/кг. Присосы из табл. 1.1. α_пл = 0.05 – присос в топку (из [2, табл.2.3]).

Q_в = (1.1 - 0.05) · 636 + 0,05· 95 = 672,5 ккал/кг.

Подставляя все данные в (5.7) получаем:

Qт = 9548,44*(100 – 0,5)/100 + 672,5 = 9567,88 ккал/кг

Полезное тепловыделение в топке Qт соответствует энтальпии газов Iа, которой они располагали бы при адиабатическом сгорании топлива, т.е.

= , по значению которой из таблицы 2.2. находят адиабатическую температуру горения

при

Iт=9567,8 Vа=1991^oС

5.3.3. Параметр М, характеризующий температурное поле по высоте топки, определяется по формуле

М = А – В - x_т, (5.9)

где А = 0.54 и В = 0.2 – опытные коэффициенты.

Относительное положение максимума температур факела в топке определяется по формуле

x_т = x_г +Δх, (5.10)

где x_г = h_г/Н_г – относительный уровень расположения горелок, представляющий собой отношение высоты расположения горелок

(от пода топки) к общей высоте топки (от пода топки до середины выходного окна из топки); h_г=2,142м, x_г = 0.2279

X_г=0,54-0,2*0,2279=0,49

5.4.4. Степень черноты а_т и критерий Больцмана Во зависят от искомой температуры газов на выходе из топки υ_т''.

Ориентировочно примем υ_т'' = 1000°С; при этом I_т^'' = 4461 ккал/кг.

Среднюю суммарную теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива от υ_a до υ_т'' определяют по формуле

(Vc)ср = (Qт-I^’’т)/(υа-υ^’’т) = (9567,8–4461)/(1991–1000) = 5,21 ккал/(кг*°C), (5.11)

где

– энтальпия продуктов горения 1 кг топлива для принятой нами температуры газов , определяем по таблице 2.2 при

5.4.5. Степень черноты топки определяется по формуле

(5.12)

где а_ф- эффективная степень черноты факела.

При камерном сжигании жидкого топлива основными излучающими компонентами являются трехатомные газы (С0₂ и H₂O). В этом случае а_ф определяется по формуле

(5.13)

k_г = 0.5 (м∙кгс/см²)^-1 - коэффициент ослабления лучей топочной средой определяется по номограмме 3 [2, рис.2.4].

В зависимости от r_H2O= 0,182 произведение

Р_п∙S_т = 1.05 (м∙кгс/см²),

где P_п = P*r_п = r_п = 0,27 кгc/cм² (P = 1 кгс/см²).

Пo (5.13) aф = 1 – e^{–0,2377*1*3,746} = 0,5917.

По (5.12)

K_c – коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами

5.4.6. Подставляя М, а_ф, а_т, (Vc)_cp в формулу (5.6), получаем:

Так как полученная υ_т^'' = 1059°C менее чем на 100 градусов отличается от υ_т'' = 1000°C, принятой в начале расчетов, то принимаем υ_т’’ = 1059°С и I_т''=4720 ккал/кг.

5.4.7. Определяется количество тепла, переданное излучением топке по формуле

Q_л = φ(Q_т – I^’’_т) = 0,9919*(9567,8 – 4720) = 4807 ккал/кг (5.15)

5.4.8. Удельное тепловое напряжение объема топки рассчитывается по формуле

q_V = B_р*Q^р_р / V_т = 5923,8*8940 / 297 = 178,3 Мкал/(м²*ч) (5.16)

Удельное тепловое напряжение сечения топки в области горелок рассчитывается по формуле

(5.17)

где f = b^ф_ст*b^б_ст = 5,87*5,02 = 29,4674 м² – сечение топки.

6. Поверочный расчет фестона.

6.1. По чертежам и эскизу составляют таблицу 6.1. конструктивных размеров и характеристик фестона, определяем расчетную поверхность и площадь живого сечения для прохода газов. Конструктивные размеры определяем для каждого ряда труб фестона и для поверхности в целом.

6.2. Конструктивные размеры и характеристики фестона. Длина трубы l_i определяется по осевой линии трубы с учетом ее конфигурации. Поперечный шаг S₁ равен восьми шагам заднего экрана.

Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду определяется по формуле

F_i=a_i*b-z_1*l_inp*d, (6.1)