Камера сгорания котла. Порядок расчета топочных камер

В курсовом проекте выполняется поверочный расчет топочной камеры. В этом случае известны объем топочной камеры, степень е экранирования, площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, конструктивные характеристики экранных и конвективных поверхностей нагрева (диаметр труб, расстояния между осями труб и т.д.).

В результате расчета определяется температура продуктов сгорания на выходе из топки , удельные тепловые нагрузки колосниковой решетки и топочного объема.

Поверочный расчет однокамерных топок выполняется в следующей последовательности.

1. По чертежу котельного агрегата составляется эскиз топочной камеры. Нижняя часть камерных топок ограничивается подом или холодной воронкой, а слоевых – колосниковой решеткой и слоем топлива. Средняя толщина слоя топлива и шлака принимается для каменных углей 150-200 мм, для бурых углей – 300 мм, для древесной щепы – 500 мм.

Полная поверхность стен топочной камеры F ст и объем топочной камеры вычисляется следующим путем. Поверхностью, ограничивающей топочный объем, считается поверхность, проходящая через оси экранных труб на экранированных стенах топки, через стены топки на неэкранированных участках и через под топочной камеры для газомазутных топок или через слой топлива для топок со слоевым сжиганием твердого топлива, как указано выше.

2. Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры . Для твердого топлива температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры принимается ориентировочно на 60 о С меньше температуры начала деформации золы, для жидкого топлива равной 950-1000 0 С, для природного газа 950-1050 0 С.

3. Для предварительно принятой температуры на выходе из топки по диаграмме определяют энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки .

4. Определяется полезное тепловыделение в топке, кДж/кг, кДж/м 3 . для промышленных котлов без воздухоподогревателя:

(5.1)

Потери теплоты q 3 , q 4 и q 6 принимаются из раздела 4.

5. Определяем коэффициент тепловой эффективности топочных экранов

Угловой коэффициент излучения x зависит от формы и расположения тел, находящимися в лучистом теплообмене друг с другом и определяется для однорядного гладкотрубного экрана по рис.5.1.

Рис.5.1. Угловой коэффициент однорядного гладкотрубного экрана.

1 – при расстоянии от стенки ; 2 - при ; 3 - при ; 4 - при ; 5 без учета излучения обмуровки при .

Коэффициент тепловой эффективности учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей вследствие их загрязнения наружными отложениями или покрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по таблице 5.1. При этом, если стены топочной камеры покрыты экранами с разными угловыми коэффициентами или имеют неэкранированные участки топки определяется средний коэффициент тепловой эффективности по выражению

, (5.3)

где - площадь поверхности стен, занятая экранами;

F ст – полная поверхность стен топочной камеры, вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих топочный объем, рис.5.2. При этом, для неэкранированных участков топки принимается равным нулю.

Рис.5.2.Определение активного объема характерных частей топки

Рис.5.3. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

Таблица 5.1.

Коэффициент загрязнения топочных экранов

Экраны	Топливо	Значение
Открытые гладкотрубные и плавниковые настенные	Газообразное	0,65
Мазут	0,55
АШ и ПА при , тощий уголь при , каменные и бурые угли, фрезерный торф	0,45
Экибастузский уголь при	0,35-0,40
Бурые угли с при газовой сушке и прямом вдувании	0,55
Сланцы северо-западных месторождений	0,25
Все виды топлива при слоевом сжигании	0,60
Ошипованные, покрытые огнеупорной массой, в топках с твердым шлакоудалением	Все виды топлива	0,20
Закрытые огнеупорным кирпичом	Все виды топлива	0,1

6.Определяется эффективная толщина излучающего слоя, м:

где V т и F ст – объем и площадь поверхности стен топочной камеры.

7. Определяется коэффициент ослабления лучей. При сжигании жидкого и газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициента ослабления лучей трехатомными газами (k г) и сажистыми частицами (k с), 1/(м МПа):

где r п – суммарная объемная доля трехатомных газов, берется из табл. 3.3.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами может определяться по номограмме (рис.5.4) или по формуле, 1/(м МПа)

, (5.6)

Где р п =r п р – парциальное давление трехатомных газов, МПа; р – давление в топочной камере котлоагрегата (для котлоагрегатов, работающих без наддува р=0,1 МПа; r Н2О – объемная доля водяных паров, принимается из таблицы 3.3; - абсолютная температура на выходе из топки, К (предварительно принятая).

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, 1/(м МПа),

k с = , (5.7)

где С р и Н р –содержание углерода и водорода в рабочей массе твердого или жидкого топлива.

При сжигании природного газа

, (5.8)

где С m H n – процентное содержание углеводородистых соединения в природном газе.

При сжигании твердого топлива коэффициент ослабления лучей определяется по формуле:

, (5.9)

где k зл – коэффициент ослабления лучей частицами летучей золы, определяется по графику (рис.5.4)

Рис.5.4. Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами.

1 – при сжигании пыли в циклонных топках; 2 – при сжигании углей, размолотых в шаровых барабанных мельницах; 3 – то же, размолотых в среднеходных и молотковых мельницах и в мельницах вентиляторах; 4 – при сжигании дробленки в циклонных топках и топлива в слоевых топках; 5 – при сжигании торфа в камерных топках.

k к – коэффициент ослабления лучей частицами кокса принимается: для топлив с малым выходом летучих (антрациты, полуантрациты, тощие угли) при сжигании в камерных топках k к = 1, а при сжигании в слоевых k к =0,3; для высокореакционных топлив (каменный и бурый уголь, торф) при сжигании в камерных топках k к =0,5, а в слоевых k к =0,15.

8. При сжигании твердого топлива определяется суммарная оптическая толщина среды kps. Коэффициент ослабления лучей подсчитывается по формуле (5.9).

9. Подсчитывается степень черноты факела . Для твердого топлива она равна степени черноты среды, заполняющей топку а. Эта величина может быть определена по графику 5.5 или подсчитана по формуле

где е основание натурального логарифма.

Рис.5.6. Степень черноты продуктов сгорания в зависимости от суммарной оптической толщины среды

Для котлов, работающих без наддува и с наддувом, на большим 0,105 МПА, принимается р=0,1 МПа

Для жидкого и газообразного топлива степень черноты факела

(5.11)

где - коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненную светящейся частью факела, при мается по табл. 5.2;

а св и а г – степень черноты светящейся и несветящейся части пламени, определяются по формулам

(5.12)лицтаблицепо таблицеризующий долю топочного объема, заполненную светящейся частью факелажет быть определена по графику

здесь k г и k с – коэффициенты ослабления лучей трехатомными газами и сажистыми частицами.

Таблица 5.2.

Доля топочного объема, заполненная светящейся частью факела

Примечание. При удельных нагрузках топочного объема больше 400 и меньше 1000 кВт/м 3 значение коэффициента m определяется линейной интерполяцией.

10. Определяется степень черноты топки:

для слоевых топок

, (5.14)

где R – площадь горения слоя топлива, расположенного на колосниковой решетке, м 2 ;

для камерных топок при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива

. (5.15)

11. Определяется параметр М, зависящий от относительного положения максимума температуры по высоте топки х т:

при сжигании газа и мазута

М=0,54-0,2х т; (5.16)

при сжигании высокореакционных топлив и слоевом сжигании всех видов топлива

М=0,59-0,5х т; (5.17)

При камерном сжигании малореакционных твердых топлив (антрацит и тощий уголь), а также каменных углей с повышенной зольностью (типа экибастузского)

М=0,56-0,5 т. (5.18)

Максимальное значение М для камерных топок принимается не более 0,5.

Относительное положение максимума температуры для большинства топок определяется как отношение высоты размещения горелок к высоте топки

где h г подсчитывается как расстояние от пода топки или от середины холодной воронки до оси горелок, а Н т – как расстояние от пода топки или от середины хододной воронки до середины выходного окна топки.

Диаграмме по предварительно принятой температуре на выходе из топки; - полезное тепловыделение в топке (5.1).

13. Определяется действительная температура продуктов сгорания на выходе из топки, о С, по формуле

(5.20)

Полученная температура на выходе из топки сравнивается с предварительно принятой температурой. Если расхождение между полученной температурой и ранее принятой на выходе из топки не превышает 100 о С, то расчет считается оконченным. В противном случае задаются новым, уточненным значением температуры на выходе из топки и весь расчет повторяют.

14. Определяются тепловые напряжения колосниковой решетки и топочного объема, кВт/м 2 , кВт/м 3

и сравниваются с допустимыми значения, приведенными в таблице характеристик принятого типа топки.

При поверочном расчете топки по чертежам необходимо определить: объем топочной камеры, степень ее экранирования, пло-щадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр труб, расстояние между осями труб).

Для определения геометрических характеристик топки составляется ее эскиз. Активный объем топочной камеры складывается из объема верхней, средней (призматической) и нижней частей топки. Для определения активного объема топки ее следует разбить на ряд элементарных геометрических фигур. Верхняя часть объема топки ограничивается потолочным пере-крытием и выходным окном, перекрытым фестоном или первым рядом труб конвективной поверхности нагрева. При определении объема верхней части топки за его границы принимают потолочное перекрытие и плоскость, проходящую через оси первого ряда труб фестона или конвективной поверхности нагрева в выходном окне топки.

Нижняя часть камерных топок ограничивается подом или холодной воронкой, а слоевых -- колосниковой решеткой со слоем топлива. За границы ниж-ней части объема камерных то-пок принимается под или услов-ная горизонтальная плоскость, проходящая посередине высоты холодной воронки.

Полная площадь поверхности стен топки (FCT) вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры. Для этого все поверхности, ограничивающие объем топки, разбиваются на эле-ментарные геометрические фигуры. Площадь поверхности стен двухсветных экранов и ширм определяется как удвоенное произведение расстояния между осями крайних труб этих экранов и освещенной длины труб.

1. Определение площади ограждающих поверхностей топки

В соответствии с типовой обмуровкой топки котла ДКВР-10-13, которая показана на рисунке 4, подсчитаем площади ограждающих её поверхностей, включая поворотную камеру. Внутренняя ширина котла равна 2810 мм .

Рисунок 4. Схема топки котла ДКВР-10 и её основные размеры

где - расстояние между осями крайних труб данного экрана, м;

Освещенная длина экранных труб, м.

Боковые стены,

Передняя стена;

Задняя стена;

Две стены поворотной камеры;

Под топки и поворотной камеры

Общая площадь ограждающих поверхностей

2. Определение лучевоспринимающей поверхности нагрева топки

Таблица 4 - Основные данные по определению лучевоспринимающей поверхности нагрева

Освещенная длина труб экрана l, мм

Расстояние между осями крайних труб экрана b, мм

Площадь стены покрытая экраном, Fпл, м2

Диаметр экранных труб d, мм

Шаг экранных труб S, мм

Расстояние от оси трубы до стены е, мм

Относительный шаг экранных труб S/d

Относительное расстояние от оси трубы до стены e/d

Угловой коэффициент экрана

Лучевоспринимающая поверхность нагрева Нл, м2

Передние

Первый ряд котельного пучка

2600х2

Общую лучевоспринимающую поверхность нагрева топки определяют как сумму отдельных составляющих

Выбор котельного оборудования - важный и ответственный момент в инженерном обеспечении любого дома.

В настоящее время рынок водогрейных котлов промышленного назначения расширяется.

Многие хотят купить котёл дешевле, ставят один котёл большой мощности, вместо двух.

Для примера: При работе котла с ручной загрузкой топлива мощностью 1,5 Гкал./ч., топливо уголь. При загрузке котла открывается дверца, тяга из поддувала прекращается, через котёл проходит холодный воздух с топочной дверцы, плюс холодное топливо, результатом выше сказанного является охлаждение котла. Как показала практика, при каждой загрузке большого котла, температура теплоносителя снижается на пять-шесть градусов, чтобы поднять температуру теплоносителя до первоначального значения требуется минимум 20 минут. Загрузка происходит два раза в час. В этих условиях, чтобы сохранить температуру прибегают к "форсированному режиму", уменьшается время нагрева теплоносителя, вместе с этим температура дымовых газов увеличивается в два раза и доходит до 500 градусов. КПД котла резко падает с 80 до 40.

В сутки перерасход угля может доходить до 2500 кг или 7500 руб. В месяц 225000 руб. Перерасход угля достигает до 30%, дров до 50%.

Для сравнения на котлах до 0,8 Гкал/ч. при загрузке топлива теряем 1-2 градуса по теплоносителю, что соответствует 5-7 минутам работы котла на номинальном режиме, для выхода котла на прежний режим.

Ещё пример: Многие котлы, выпускаемые сегодня промышленностью, имеют ряд недостатков.

К ним можно отнести: невозможность или затруднительная очистка поверхности труб, накипеобразование, применение мощных вентиляторов (большое аэродинамическое сопротивление), применение циркуляционных насосов большей мощности (большое гидравлическое сопротивление), потери КПД после полугода эксплуатации из-за накипи и сажи.

При заказе котла на твёрдое топливо, особо обратите внимание на устройство топки.

Объём топочного пространства должен быть достаточен для сжигания именно вашего вида топлива (по теплоте сгорания топлива). Тут экономить не следует. Пламя в топке должно гореть ровным соломенным цветом, верх пламени не должен касаться потолочного экрана котла, а тем более уходить в экономайзерную часть. При этом необходимо обращать внимание на равномерное заполнение "зеркала горения" при загрузке.

Хорошие показатели достигаются при использовании "шахтных топок".

Рассмотрим горение сырого топлива в котлах. Если топка имеет недостаточный объём, то пламя, не достигнув максимальной температуры, касается холодных труб и гаснет, при этом происходит недожог горючих газов, унос их в экономайзерную часть котла и в атмосферу, интенсивное оседание сажи на стенках труб, в результате котёл не развивает номинальной мощности. Соответственно температура теплоносителя на входе в котёл менее шестидесяти градусов, стенки труб при этом покрываются конденсатом (или как ещё говорят: "котёл плачет"). Происходит отложение сажи, КПД котла резко уменьшается, котёл работает "вхолостую", как правило, в этом случае приходится начинать с чистки котла.

Это цепная реакция на пренебрежение к пламени. Вспомните, как горит костёр. Сравните количество топлива, и высоту пламени, а теперь представьте, если горит одновременно 300 кг дров, опила, стружки, угля.

"Шахтная топка" или "Топка с зажигательным поясом" не имеет этих недостатков, т.к. развитию пламени ничего не мешает, а раскаленный шамотный кирпич во многом помогает, при загрузке свежей порции топлива (сушит, температура пламени так резко не опускается). Возможно применение отработанных газов, но это путь к дополнительным затратам с менее эффективными результатами.

Многие спрашивают, зачем нужна линия рециркуляции воды в котельной?

В современном котлостроении, когда КПД котла превышает 70%, а то и 94%, температура уходящих дымовых газов может иметь значение 120 - 180 оС. Как правило, такие температуры уходящих газов бывают при межсезонной эксплуатации, когда температура теплоносителя даже на выходе из котельной не превышает 60 оС.

Рассмотрим понятие "точка росы". В уходящих дымовых газах имеется влага, так вот чем ниже температура горения, тем ниже температура теплоносителя. При прохождении дымовых газов через котел, особенно через экономайзерную часть, на стенках холодных труб конденсируется влага. Это приводит к интенсивному отложению сажи, серы, в результате - коррозия металла. Отсюда следует потеря КПД котла и преждевременный износ. Особенно это наблюдается при работе котлов на мазуте и неочищенной нефти (образование кислот).

Этого можно избежать, если с учётом применяемого топлива, настроить линию рециркуляции так, чтобы "обратная вода" попадала в котёл с температурой выше "точки росы". При такой эксплуатации котёл легче выходит на номинальный режим, с хорошим КПД и мощностью. Линия рециркуляции в котельной требуется и по ряду других причин, будь то авария на трассе или запуск холодных котлов.

Многие заказчики, не обращают внимания на наличие термометров на отработанные газы и тягонапоромеров. Или эти приборы отсутствуют в котельных.

Рассмотрим пример эксплуатации без термометра на выходе дымовых газов, при работе нескольких котлов на одну дымовую трубу, с дымососом.

Без термометра здесь не обойтись. В ГОСТе указаны максимальные температуры уходящих газов на номинальном режиме эксплуатации (180-280 градусов).

Превышение или уменьшение этой температуры ведёт к преждевременному выходу из строя котла или дымовой трубы, перерасходу топлива. Не зная температуры уходящих газов не настроить агрегат на номинальный экономичный режим. Регулировки производятся шибером с использованием показаний тягонапоромера.

При заказе котлоагрегатов, желательно производить подбор с учётом их гидравлического сопротивления при номинальном расходе воды через котёл.

При правильной регулировке котла, подборе сетевых насосов, разница температуры теплоносителя на номинальном режиме, между входом и выходом из котла составляет от 10 до 30 градусов, в зависимости от КПД котла и вида топлива. Гидравлическое сопротивление по котлу при этом может изменяться, в зависимости от количества пропущенной через котел воды.

Котлы с большим показателем сопротивления по воде, требуют более мощных сетевых насосов, а так же тщательной регулировки задвижками, при работе в паре с котлом с меньшим показателем сопротивления.

Регулировка котла по количеству проходящей воды, возможна без применения счётчика, так при номинальном режиме работы котла, при помощи входной задвижки, перекрывая её можно добиться разницы в температуре теплоносителя по "паспорту". Следует отметить, что "паспортных" величин можно добиться, ёсли температура теплоносителя на входе в котёл будет минимум 60 градусов. Для примера, при температуре воды 40 градусов разница будет составлять 6-8 градусов, при температуре воды 90 градусов на входе, на выходе может доходить до 120 градусов.

Следует обратить внимание и на маркировку котлов по топливу. С одной и той же маркировкой буквы "К", котлоагрегат может работать на всех видах твёрдого топлива, но за основу производительности берётся "антрацит" или "каменный уголь".

При заказе котла, следует знать теплоту сгорания Вашего топлива, прочитав ГОСТ, применить поправочный коэффициент. Заказ же котла произвести с учётом этих расчётов и не забудьте при заказе, что если стоит буква "Д" поинтересоваться объёмом топки котла или комплектацией отдельной топкой. И с учётом потерь тепла по различным причинам, будь то человеческий фактор или иной, заказ по мощности котла нужно производить на порядок выше, а с учётом наших непредсказуемых зим иметь запасные котлы.

Несколько слов о газоходах в котельных: газоходы должны быть выполнены с учётом сжигаемого топлива. Также следует учесть количество котлов, наличие "газоотбойников", необходимо предусмотреть увеличение сечения газохода после каждого котла, следует уделить внимание "газоплотности" и утеплению, по возможности утеплить дымовую трубу срок службы трубы при этом увеличивается в 2-3 раза.

Особенности сжигания низкосортных топлив.

При сжигании низкосортных топлив (повышенной зольности и влажности) сильно осложняется работа всех узлов и участков котельного агрегата, снижается надежность работы самого котла, дымососов и другого вспомогательного оборудования.

По данным испытаний (ВТИ, НПО ЦКТИ) присосы в топках доходят до 15 - 20%, вместо проектных 4 - 5%, а за котлом доходят до 70% вместо 30% по нормам. Это приводит к значительным потерям с уходящими газами.

Наряду с увеличенными потерями теплоты с уходящими газами (q2), ощутимо увеличиваются потери с механическим недожогом (q4). Общий КПД котла при работе на низкосортных углях снижается (по сравнению с работой на качественных углях) на 5 - 7%.

Расчетные зависимости теоретической температуры в топке θa = Ta - 273°C от зольности и влажности углей показывают, что повышение зольности Ас на каждые 10% приводит к снижению теоретической температуры в топке на 40 - 100°С (в зависимости от влажности). Температура в очаге горения при этом снижается на 30 - 90°С.

Уменьшение Wр на 10% повышает теоретическую температуру горения на 100 - 160°С, а температуру в ядре горения на 85 - 130°С (в зависимости от зольности).

Так, теоретическая температура горения угля с калорийностью 3600 ккал/кг составляет 1349°С (при сжигании каменного угля с калорийностью 5000 ккал/кг она составляет 1495°С).

Необходимо отметить, что Нормативный метод расчета котельных агрегатов для высокозольных топлив дает несколько заниженное значение температуры газов на выходе из топки θ"m, что обусловлено сильным влиянием золы на оптическую плотность среды в топке.

Снижение температуры в ядре горения вредно. Оно приводит к увеличению доли неоплавленных остроугольных золовых частиц в уносе, что может приводить к эрозии хвостовых поверхностей нагрева. Высокие температуры ядра горения необходимы не только для снижения доли неоплавленных высокоэрозионных частиц, но и с точки зрения обеспечения заданного теплосъема в топочной камере.

Объем топочной камеры

Для успешного сжигания низкосортных углей непременным условием является снижение величины теплонапряжения топочного объема (Q/V).

В котлах малой мощности величина теплонапряжения топочного объема Q/V, полученная из конструктивных расчетов

Q/V = 0,4 ÷ 0,5 Гкал/м³/ч

для сжигания низкосортных топлив является недопустимо большой.

Это говорит о том, что мал объем топочной камеры, нет необходимой высоты для стабилизации горения низкосортных топлив. (Для информации: - это участок, где выдерживается соотношение (CO2max - CO2min) / CO2 = 0,3).

Величина Q/V при сжигании каменных углей не должна быть больше 0,3 ккал/м³/ч, а при сжигании низкокачественных топлив величина теплонапряжения топочного объема должна быть существенно меньше.

Зажигательный пояс

Устройство в топочных камерах зажигательных поясов позволяет сжигать топлива с низкой теплотой сгорания (до 2000 ккал/кг).

В случае необходимости сжигания еще менее калорийных топлив необходим подогрев дутьевого воздуха.

Для предотвращения шлакования котла необходимо, чтобы факел не касался ограждений в пристенных зонах топочной камеры и отсутствовала полувосстановительная газовая среда, а температура на выходе из топки при номинальной нагрузке не превышала температуру начала размягчения золы более, чем на 50°С.

Равномерность подачи топлива

При переходе на сжигание низкокачественных топлив еще более ужесточаются требования, предъявляемые к равномерности подачи топлива.

Колебания в подаче топлива и воздуха (окислителя) приводят к появлению в одних местах котла окислительных, а в других - восстановительных зон горения, что является причиной потери устойчивости и надежности котла, потери нагрузки и даже прекращения горения.

Конструктивные особенности котла

Применяемые конструкции топочных камер котлов малой мощности квадратного поперечного сечения являются наилучшей конструкцией с точки зрения равномерности температур и тепловых потоков по периметру топки, но крайне не достаточной высоты.

Конструкции типовых котлов малой мощности привлекают компактностью, решениями компоновки трубных систем и грамотным построением гидравлических схем.

Для продолжения дальнейших разработок котлов малой мощности необходимо использовать следующие конструктивные зависимости:

Сравнение значений, полученных из расчетов типовых котлов малой мощности и необходимых значений, приведенных на графиках (для твердотопливных котлов мощностью 1 Гкал/ч)

Особенности конструирования котельных установок малой мощности, работающих на отходах пиления и обработки древесины

Все рабочие процессы в котельной установке - это взаимодействие (теплообмен) двух организованных потоков: газов (продуктов горения топлива) и нагреваемой воды (в водогрейных котлах, на которых, в силу указанных выше причин, и остановим внимание).

Топочные устройства или просто топки бывают двух основных видов: слоевые и камерные. Слоевые топки применяют при сжигании кускового твердого топлива. Топливо в таких топках сгорает в плотном слое на колосниковой решетке. Оптимальная высота слоя для каждого вида топлива своя и также зависит от влажности топлива. Например, при сжигании опилок высота слоя рекомендуется порядка 300 мм. Камерные топки предназначены для сжигания мелкофракционного топлива (например, угольной пыли) непосредственно в топочном объеме (камере). В последнее время для сжигания опилок разработаны и успешно работают топки с кипящим слоем и топки со смешанным камерно-слоевым горением. Топки с кипящим слоем выполняются с цепной решеткой, что усложняет и удорожает их конструкцию и ограничивает применение таких топок для котлов малой мощности. Топки камерно-слоевого горения за счет интенсификации горения, наоборот, требуют меньшей площади колосников и объема топочной камеры. В таких топках на колоснике размещается, как бы, очаг поддержания горения для периодически вдуваемого в камеру топлива. Не сгоревшее в вихре камеры топливо оседает на колосники, образуя очаг.

При сжигании древесины выделяется большое количество горючих газов (летучих веществ), поэтому пламя древесины имеет значительную высоту - до 2-х метров. При низкой высоте топочной камеры пламя упирается в свод теплообменника, охлаждаемый теплоносителем, летучие остывают, оседают на своде. Происходит недожог смол и других летучих веществ. Соответственно они оседают на трубах теплообменника и закоксовывают его. Это значительно снижает общий КПД котла. Поэтому для надежной и качественной работы котла на отходах деревообработки высота топочного пространства над колосниками должна быть не менее 2-х метров.

Очень важна для сжигания опилок с относительной влажностью выше 20% температура дутьевого воздуха. Очевидно, что дутье с температурой воздуха выше 100 градусов позволяет подсушивать опилки при их подаче в факел, а при нагреве древесины опилок до 300 градусов С происходит возгонка летучих составляющих и ее самовозгорание, что еще более интенсифицирует горение.

По виду топливоподачи топки бывают ручные, механизированные и автоматизированные, а котельные бывают автоматические. В котельных-автоматах постоянное присутствие оператора не требуется. Ручные слоевые топки оборудуются простой неподвижной колосниковой решеткой, под которую подводится вентиляторное дутье воздуха. В механических топках операции подачи топлива, выноса шлака и золы механизированы. В автоматизированных котельных установках управление механизмами (включение и выключение в нужный момент) выполняют специальные устройства (например, температурные реле или реле времени).

Особенности устройства и работы котлов на жидком топливе.

Отличие жидкотопливных и твёрдотопливных котлов в основном по длине и объёму камеры сгорания. При заказе котла изучите технические характеристики существующей горелки, длину и ширину факела на номинальном режиме. Топка котла при этом должна быть длиннее факела горелки примерно на 150мм., что предотвращает недожог топлива.

Технические характеристики горелок как отечественных, так и импортных имеют большое отличие. Прежде чем приобрести котёл - подберите горелку, удовлетворяющую вашим требованиям и топливу.

Для помощи в более качественном сжигания любого отечественного топлива, при применении как импортных так и отечественных горелок, нашим предприятием изготовлен мазутоподогреватель ИжПМ, позволяющий сжигать любое топливо (подробности в разделе).

Расчет топочной камеры может быть выполненным поверочным или конструктивным методом.

При поверочном расчете должны быть известны конструктивные данные топки. При этом расчет сводится к определению температуры газов на выходе из топки θ” Т. Если в результате расчета θ” Т окажется значительно выше или ниже допустимой, то её необходимо изменить до рекомендуемой за счет уменьшения или увеличения лучевоспринимающих поверхностей нагрева топки Н Л.

При конструкторском расчете топки используется рекомендуемая температура θ”, исключающая шлакование последующих поверхностей нагрева. При этом определяется необходимая лучевоспринимающая поверхность нагрева топки Н Л, а так же площадь стен F СТ, на которых должны быть возмещены экраны и горелки.

Для выполнения теплового расчета топки составляет её эскиз. Объём топочной камеры V Т; поверхность стен, ограничивающих объём F СТ; площадь колосниковой решетки R; эффективную лучевоспринимающую поверхность нагрева Н Л; степень экранирования Х определяют в соответствии со схемами рис.1. Границами активного

топочного объема V Т являются стены топочной камеры, а при наличии экранов – осевые плоскости экранных труб. В выходном сечении её объем ограничивается поверхностью, проходящей через оси первого котельного пучка или фестона. Границей объема нижней части топки являются пол. При наличии холодной воронки за нижнюю границу объёма топки условно принимается горизонтальная плоскость, отделяющая половину высоты холодной воронки.

Полная поверхность стен топки F ст вычисляется суммированием всех боковых поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры и камеры сгорания.

Площадь колосниковой решетки R определяется по чертежам или по типоразмерам соответствующих топочных устройств.

Задаемся

t΄ вых =1000°C.

Рисунок 1. Эскиз топки

Площадь каждой стенки топки, м 2

Полная поверхность стен топки F ст, м 2

Лучевоспринимающая поверхность нагрева топки Н л, м 2 , рассчитывается по формуле

где F пл X - лучевоспринимающая поверхность экранов стены, м 2 ; F пл =bl - площадь стены, занятой экранами. Определяется как произведение расстояния между осями крайних труб данного экрана b , м, на освещенную длину экранных труб l , м. Величина l определяется в соответствии со схемами рис.1 .

X - угловой коэффициент облучения экрана, зависящий от относительного шага экранных труб S/d и расстояния от оси экранных труб до стенки топки (номограмма 1 ).

Принимаем Х=0,86 при S/d=80/60=1,33

Степень экранирования камерной топки

Эффективная толщина излучающего слоя топки, м

Передача тепла в топки от продуктов сгорания к рабочему телу происходит в основном за счет излучения газов. Целью расчета теплообмена в топке является определение температуры газов на выходе из топки υ” т по номограмме. При этом необходимо предварительно определить следующие величины:

М, а Ф, В Р ×Q Т /F СТ, θ теор, Ψ

Параметр М зависит от относительного положения максимальной температуры пламени по высоте топки Х Т.

Для камерных топок при горизонтальном расположении осей горелок и верхнем отводе газов из топки:

Х Т =h Г /h Т =1/3

где h Г – высота расположения осей горелок от пола топки или от середины холодной воронки; h Т - общая высота топки от пола или середины холодной воронки до середины выходного окна топки или ширм при полном заполнении ими верхней части топки.

При сжигании мазута:

М=0.54-0.2Х Т =0,54-0,2·1/3=0,5

Эффективная степень черноты факела а Ф зависит от рода топлива и условий его сжигания.

При сжигании жидкого топлива эффективная степень черноты факела:

a Ф =m×а св +(1-m)×а г =0,55·0,64+(1-0,55)·0,27=0,473

где m=0,55 – коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма; q V – удельное тепловыделение на единицу объёма топочной камеры.

В промежуточных значениях q V величина m определяется линейной интерполяцией.

а г, а св – степень черноты, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами. Величины а св и а г определяются по формулам

а св =1-е -(Кг× Rn +Кс)Р S =1-е -(0.4·0.282+0.25)·1·2,8 =0.64

а г =1-е -Кг× Rn ×Р S =1-е -0,4·0,282·1·2,8 =0,27

где е – основание натуральных логарифмов; к r – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, определяется по номограмме с учетом температуры на выходе из топки, способа размола и вида сжигания; r n =r RO 2 +r H 2 O – суммарная объёмная доля трёхатомных газов (определяется по табл.1.2).

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

К r =0.45(по номограмме 3)

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, 1/м 2 ×кгс/см 2:

0,03·(2-1,1)(1,6·1050/1000-0,5)·83/10,4=0,25

где а т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки;

С Р и Н Р – содержание углерода и водорода в рабочем топливе,%.

Для природного газа С Р /Н Р =0.12∑m×C m ×H n /n.

Р – давление в топке, кгс/см 2 ; для котлов без наддува Р=1;

S – эффективная толщина излучающего слоя, м.

При сжигании твердых топлив степень черноты факела а Ф находят по номограмме, определив суммарную оптическую величину К×Р×S,

где Р – абсолютное давление (в топках с уравновешенной тягой Р=1 кгс/см 2); S – толщина излучающего слоя топки, м.

Тепловыделение в топки на 1 м 2 ограждающих ее поверхностей нагрева, ккал/м 2 ч:

q v =

Полезное тепловыделение в топке на 1 кг сжигаемого топлива, нм 3:

где Q в – тепло, вносимое воздухом в топку (при наличии воздухоподогревателя) , ккал/кг:

Q B =(a т -∆a т -∆a пп)×I 0 в +(∆a т +∆a пп)×I 0 хв =

=(1,1-0,1)·770+0,1·150=785

где ∆а т – величина присоса в топке;

∆а пп – величина присоса в пылеприготовительной системе (выбирают по таблице). ∆а пп = 0, т.к. мазут.

Энтальпии теоретически необходимого количества воздуха Ј 0 г.в =848,3 ккал/кг при температуре за воздухоподогревателем (предварительно принятой) и холодного воздуха Ј 0 х.в. принимают по таблице 1.3.

Температура горячего воздуха на выходе из воздухоподогревателя выбирается для мазута – по таблице 3, t гор. в-ха =250 ○ С.

Теоретическую температуру горения υ теор =1970°C определяют по таблице 1.3 по найденному значению Q т.

Коэффициент тепловой эффективности экранов:

где Х – степень экранирования топки (определена в конструктивных характеристиках); ζ – условный коэффициент загрязнения экранов.

Условный коэффициент загрязнения экранов ζ для мазута равен 0,55 с открытыми гладкотрубными экранами.

Определив М, а Ф, В Р ×Q T /F CT ,υ теор, Ψ, находят температуру газов на выходе из топки υ˝ т по номограмме 6.

При расхождениях в значениях υ” т менее чем на 50 0 С определенную по номограмме температуру газов на выходе из топки принимают как окончательную. С учетом сокращений в вычислениях принимаем υ" т =1000°C.

Тепло, переданное в топке излучением, ккал/кг:

где φ – коэффициент сохранения тепла (из теплового баланса).

Энтальпию газов на выходе из топки Ј” Т находят по таблице 1.3 при а т и υ” т видимое тепловое напряжение топочного объёма, ккал/м 3 ч.

Поверочный расчет топочной камеры заключается в определении действительной температуры дымовых газов на выходе из топочной камеры котлоагрегата по формуле:

, о С (2.4.2.1)

где Т а – абсолютная теоретическая температура продуктов сгорания, К;

М – параметр, учитывающий распределения температур по высоте топки;

- коэффициент сохранения теплоты;

В р – расчетный расход топлива, м 3 /с;

F ст – площадь поверхности стен топки, м 2 ;

- среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов;

- степень черноты топки;

Vc ср – средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 м 3 топлива в интервале температур
, кДж/(кг К);

– коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м 2 К 4).

Для определения действительной температуры , предварительно задаемся ее значением в соответствии с рекомендациями
. По принятой температуре газов на выходе из топки и адиабатической температуре сгорания топлива О а определяем тепловые потери, а по принятой - излучательные характеристики газов. Затем по известным геометрическим характеристикам топочной камеры получаем расчетным путем действительную температуру на выходе из топки.

Поверочный расчет топки проводим в следующей последовательности.

Для принятой предварительно температуры
определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 2.2.1
.

Полезное тепловыделение в топке подсчитываю по формуле:

КДж/м 3 (2.4.2.2)

где Q в – теплота, вносимая в топку воздухом: для котлов не имеющих воздухоподогревателя определяется по формуле:

, кДж/м 3 (2.4.2.3) кДж/м 3

Q в.вн. – теплота, внесенная в котлоагрегат с поступающим в него воздухом, подогретым вне агрегата: принимаем Q в.вн = 0, так как воздух перед котлом КВГМ-30-150 в рассматриваемом проекте не подогревается;

rH г.отб. – теплота рециркулирующих продуктов сгорания: принимаем rH г.отб. = 0, так как конструкцией котла КВГМ-23,26-150 рециркуляция дымовых газов не предусматривается

Теоретическую (адиабатную) О а температуру горения определяем по величине полезного тепловыделения в топке Q т = Н а.

По таблице 2.2.1 при Н а = 33835,75 кДж/м 3 определяем О а = 1827,91 о С.

Определяем параметр М в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки (х т) при сжигании газа по формуле:

, (2.4.2.4)

где
, (2.4.2.5)

где Н г – расстояние от пода топки до оси горелки, м;

Н т – расстояние от пода топки до середины выходного окна топки, м;

Для котла КВГМ-23,26 расстояние Н г = Н т, тогда х т = 0,53.

Коэффициент тепловой эффективности экранов определяем по формуле:

, (2.4.2.6)

где - коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятие экранов вследствие загрязненности или закрытия изоляцией поверхностей; принимаем
;

х – условный коэффициент экранирования; определяем по номограмме , при S = 64мм, d = 60мм, S/d = 64/60 =1,07, тогда х = 0,98;

Определяем эффективную толщину излучающего слоя в топке:

, м (2.4.2.7)

где V т, F ст – объем и поверхность стен топочной камеры, м 3 и м 2 . Определяем по конструкторской документации на котел КВГМ-23,26-150.

V т = 61,5 м 3 , F ст = 106,6 м 2 ;

Коэффициент ослабления лучей для светящегося пламени складывается из коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами (к r) и сажистыми частицами (к с) и при сжигании газа определяется по формуле:

,
(2.4.2.8)