Классификация котельных установок

После преобразования эту формулу можно представить

_т^’’= В_о^0.6 /Мam^0.6 - В_о^0.6;

В_о=В_р(V_псС_пс)_ср/ c₀ ψэFстТ_а³;

_т^’’= Т_т^’’ / Т_а –безразмерная температура на выходе из топки ;
М – параметр, характеризующий температурное поле в топке и зависящий от относительного положения зоны максимальных температур топки;
В развернутом виде эта формула записывается:

1. 
   Для определения температуры на выходе из топки
   

^’’_т= Т_т^’’-273=Т_а/

М[(5.67ψFстam Т_а³/10⁸В_р(V_псС_пс)_ср)^0.6₊1]-273;

2.При определении площади поверхности стен топочной камеры

Fст= В_рQ_л/5.6710^-8 amψ_ср М Т_а³1/ М²(Т_а/ Т_т^’’ –1)²;

Q_л=(Q_т -H_т^΄΄);

Определение величин входящих в эти формулы производится по методике приведенной в нормативном методе расчета котла.
Порядок расчёта топки.

1. 
   Определение геометрических характеристик топки. При поверочном расчёте топки по чертежам необходимо определить:
   
   1. 
      объёмы топочной камеры;
      
   2. 
      степень её экранирования;
      
   3. 
      площадь поверхности стен;
      
   4. 
      площадь лучевоспринимающей поверхности;
      
   5. 
      конструктивные характеристики труб, экранов (диаметр, шаг, взаимное расположение и т. д.).
      

Для определения геометрических характеристик топки составляют её эскиз. Активный объём топочной камеры складывается из объёма верхней, средней призматической и нижней частей топки. Для определения активного объёма топки её разбивают на ряд элементарных геометрических фигур, охватывающих весь её объём. При этом верхняя часть объёма топки ограничивается топочным перекрытием и выходным окном, перекрытым фестоном или первым рядом труб конвективной поверхности нагрева. Таким образом, при определении объёма в верхней части топки за его границы принимают потолочные перекрытия и плоскость, проходящую через ось первого ряда труб фестона или конвективные поверхности нагрева в выходном окне топки.
Границами средней призматической части объёма топки являются осевые плоскости экранных труб или стены топочной камеры. Нижняя часть камерных топок ограничивается подом или холодной воронкой. Соответственно, за границы нижней части принимаются под или условная горизонтальная плоскость, проходящая по середине холодной воронки.
Площадь поверхности стен топки F_ст вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объём топочной камеры в соответствии с вышеприведёнными условиями.

2. 
   Определение расчётного расхода топлива.
   

B_р=B(1-q_н/100) – для твёрдого топлива.
B_р=B – для жидкого и газообразного топлива.
B – расход топлива, определённый по уравнению теплового баланса котла.

3. 
   Определение количества теплоты, выделяемого в топке за счёт излучения: Q_л= φ[V_псc_псν_а - V_псc_псν_т^'']; Q_т= V_псc_псν_а; H_т^''= V_псc_псν_т^''.
   
4. 
   Расчёт коэффициента сохранения теплоты φ= 1-q₅/(η_бр+ q₅).
   
5. 
   Полезные тепловыделения в топке:
   

Q_т= Q_р^р(100-q₃-q₄-q₆)/(100-q₄)+Q_в-Q_фв
Q_в – теплота, вносимая в топку с воздухом и присосами.
Q_фв – теплота воздуха, подогретого вне котла.
Q_в= (α_т-Δα_т-Δα_пл)H⁰_гв+( α_т+Δα_пл)H⁰_хв
α_т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки.
Δα_т – присосы воздуха в топку.
Δα_пл – присосы воздуха в систему переприготовления.
H⁰_гв, H⁰_хв – энтальпия горячего (холодного) воздуха.

6. 
   Энтальпия продуктов сгорания на входе H_т^'' из топки. Определяется по Ht – диаграмме продуктов сгорания при заданном α_т и температуре на выходе t_т^'' из топки.
   
7. 
   Определяется коэффициент тепловой эффективности экрана φ_ср. Этот коэффициент вводится для оценки влияния на теплообмен, труб экранов слоя отложений продуктов сгорания. Падающий тепловой поток частично поглощается, а частично отражается трубами экранов. Отражённый тепловой поток называется эффективным. Он состоит из собственного излучения слоя отложений и отражённого потока.
   

q_эф= q_с+q_отр.
В зависимости от вида топлива и конструкции экранов эффективный поток составляет от 35 до 90 процентов велечины падающего потока. Разность между величиной падающего и отражённого потока называют воспринятым тепловым потоком. q_л= q_п-q_эф.
В свою очередь коэффициент тепловой эффективности экрана является отношением воспринятого потока к падающему. Ψ= q_л/q_п.
Величина Ψ рассчитывается по формуле Ψ= ζx.
ζ- коэффициент, учитывающий наличие отложений, который принимается по таблице в зависимости от вида топки и от вида топлива;
x – угловой коэффициент экрана. Он показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел.
S – шаг труб экранов;
d – диаметр труб;
e – расстояние до обмуровки.
Если экраны имеют разный угловой коэффициент или ими покрыта только часть стен топки, то средний коэффициент тепловой эффективности рассчитывается по формуле: Ψ_ср= ∑ Ψ_iF_стi/F_ст.
То есть суммирование ведётся по участкам, в пределах которых Ψ= const. Для неэкранированных участков стен (горелки, лазы, лючки, гляделки) коэффициент Ψ= 0.

8. 
   Средняя полная теплоёмкость продуктов сгорания:
   

(V_псc_пс)_ср= (Q_т-H_т'')/(T_а-T_т^'').

9. 
   Параметр M. Этот параметр учитывает положение максимальных температур (ядра факела) по высоте топки: M= A-Bx_т.
   

A и B – коэффициенты, зависящие от вида топлива и способа сжигания. При сжигании газа и мазута в камерных топки коэффициент M рассчитывается по формуле: M= 0,54-0,2x_т.
При подовом расположении горелок, M=0,4. Независимо от величины x_т – относительного положения максимума температур, для камерных топок M принимается не более 0,5. Относительное положение максимума температуры практически совпадает с уровнем расположения горелок. Поэтому x_т рассчитывают по формуле:
x_т= h_г/H_т, где h_г – высота размещения горелок, определяемая от пода или от середины холодной воронки до оси горелок; H_т – расчётная высота заполняющего топку факела, определяемое как расстояние от пода или от середины холодной воронки до середины выходного окна топки.

10. 
    Степень черноты топки: a_т. Определяется для камерных топок при сжигании газа и жидкого топлива по формуле: a_т= a_ф/(a_ф+(1- a_ф)φ_ср);
    

a_ф – степень черноты факела. Для жидкого и газообразного топлива a_ф= a_свm(1-m)a_г.
m – коэффициент, характеризующий долю топочного объёма, заполненной светящейся частью факела. Он принимается по таблице в зависимости от вида топлива или теплонапряжения топочного объёма: q_v= B_рQ_р^р/V_т.
V_т - объём топки;
a_св – степень черноты светящейся части факела;
a_г – степень черноты несветящихся трёхатомных газов;
a_св= 1-e^-(k_г^r_п^+k_с^)pS;
a_г= 1-e^-k_г^r_п^pS;
k_г, k_с – коэффициенты ослабления лучей трёхатомными газами и сажестыми частицами;
r_п – суммарная доля трёхатомных газов;
p – давление в топочной камере;
S – эффективная толщина излучающего слоя в топке;
S= 3,6 V_т/F_ст.

Расчет конвективных поверхностей

При расчете конвективных поверхностей используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса.
Расчет выполняется на 1м³ или 1кг сжимаемого топлива.
1.Уравнение теплопередачи:
Q=(kFt)В_р
2.Уравнение теплового баланса:
Q=(H - H + _прH⁰_х.в.)
Н и Н -энтальпия продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее (кДж/кг;кДж/м³);
Н⁰_х.в. - энтальпия, приносимая присасываемым в газоход воздухом;
_пр – величина присоса воздуха.
Из уравнения теплопередачи видно, что количество теплоты, переданное через поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и температурный напор.
Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей тепло среды.
По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхности нагрева (экономайзер, воздухоподогреватель) работают при меньшей разности температур.
Поэтому, чем дальше расположена поверхность нагрева от точки, тем большие размеры она должна иметь.
При выборе последовательности размещения конвективных поверхностей в котельном агрегате стремятся так разместить эти поверхности, чтобы температурный напор t был наибольшим.
Уравнение теплового баланса показывает, какое количество теплоты отдают продукты сгорания воде или пару через конвективную поверхность нагрева.
Количество теплоты, отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой водой или паром с учетом потерь в окружающую среду.
Для расчета задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности, а затем уточняют ее путем последовательных приближений. Также, чтобы избежать повторяющихся расчетов, задают две температуры продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности и расчет производят параллельно для двух температур. Затем с помощью графоаналитического анализа по полученным результатам определяют действительную температуру после рассчитываемой поверхности.