Расчёт теплообмена в топке малого объёма при сжигании

Газообразного и жидкого топлива.

Уравнение для расчёта теплообмена в топке при сжигании газообразного и жидкого топлива имеет вид:

 

     К_Т=(I_a-I_T”)/(I_a-I_CT)=1/(1+0,086ψ^-1σ(Re_H)^0,55 Bu^-0,86 (l/d_Э)^-0,75),            (4.6)

Энтальпия продуктов сгорания I_a определяется по полезному тепловыделению в топке, которое для рассматриваемых теплогенераторов фактически равно Q^Р_Н, т.е.

 

I_a=Q_Т=Q^Р_Н                                                                                (4.7)

По I_a определяется термическая температура горения δ_а,˚С (Т_а=δ_а+273,˚К). Энтальпия I_СТ – определяется по температуре тепловоспринимающей поверхности Т_СТ

 

                                        Т_СТ=(t’+ t”)/2+ (2…5),                              (4.8)

За определяющий размер топки принимается её эквивалентный диаметр (толщина излучающего слоя), м

d_Э=3,6V_T/F_CT,                                         (4.9)

Объём топки принимается как полный объём от пода топки или плоскости выходящих отверстий горелки до плоскости газовых каналов на выходе из топки.

     Полная поверхность стен топки F_СТ, м², вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объём топочной камеры плюс высокотемпературные поверхности нагрева F_В.Н.

 

     F_СТ=∑F_i+F_В.Н.-F_Г.К.,                                   (4.10)

Лучевоспринимающая поверхность в топке, м², рассчитывается как разность между полной поверхностью стен топки и неохлаждаемыми поверхностями (загрузочные, выгребные дверцы и др.) F_Д.

                                             Н_Л= F_СТ- F_Д,                                      (4.11)

Коэффициент тепловой эффективности Ψ в уравнении (4.6) определяется по формуле

 

                             Ψ=(∑Ψ_i.П.Н.F_i)/(F_СТ -Ψ_В.Н.F_В.Н),                        (4.12)

где Ψ_i.П.Н. – коэффициент тепловой эффективности i-той поверхности нагрева.

Коэффициент σ в формулах (4.2)и (4.6) учитывает способ сжигания топлива, тип горелочного устройства и принимается:

При d_Г=d_Э-σ=1;

При d_Г‹d_Э-σ=5(d_Г/d_Э)²-7,4(d_Г/d_Э)+3,5;

Для горелок инфракрасного излучения: -σ=0,85√(d_Э/d_Г)

Условное число Рейнольдса определяется по уравнению (4.4) с преобразованиями

 

     Re_H=ω_Нd_Э/ν=(V_ГВ_РТ_аd_Э)/273Н_Лν,                (4.13)

где V_Г – объём продуктов сгорания при расчётном значении α_Т, м³/кг, м³/м³; В_Р – расчётный расход топлива, кг/с, м³/с.

Кинематический коэффициент вязкости ν, м²/с, продуктов сгорания

ν_СМ=1/(∑r_i/ν_i),                                  (4.14)

где r_i – объёмная доля отдельных составляющих продуктов сгорания и воздуха; ν_i– кинематический коэффициент вязкости соответствующего компонента при Т_а.

При определении числа Бугерра коэффициент поглощения излучающих газов, м^-1,  определяется из выражений

К^Р=(К^Р_{Н О}К^Р_RО)/(К^Р_{Н О}+К^Р_RО)                  (4.15)

                                          К^Р_{Н О}=К^Р_{Н О}r_{H O},[(МПа м)^-1]                 (4.16)

                                         К^Р_RО=К^Р_RОr_RO,

где К^Р_{Н О}, К^Р_RО– усреднённые коэффициенты поглощения излучающих газов Н₂О и RО₂, принимают при Т_а;

r_{H O},r_RO – объёмные доли Н₂О и RО₂ в неразбавленных продуктах сгорания (α=1).

Поверочный расчёт теплообмена в топке завершается определением числа интегрального теплопереноса К_Т, энтальпии продуктов сгорания на выходе из топки из уравнения (4.6), по ней находим температуру продуктов сгорания на выходе из топки и полное тепловосприятие, кВт, в топке.

Q^T=K_TB_P(I_a-I”_T)                                    (4.17)

 

Расчёт теплообмена в топке при сжигании твёрдого топлива

 

Уравнение теплообмена (4.2) в топке при сжигании твёрдого топлива имеет вид:

 

     К_Т= (I_a-I_T”)/(I_a-I_CT) = 1/(1+0,115ψ^-1σ(Re_H)^0,55 Bu^-0,86 (l/d_Э)^-0,75), (4.18)

Объём топки в данном случае включает в себя только активный объём надслойного пространства топки – от поверхности слоя топлива до плоскости выходных газовых каналов.

     Полная поверхность стен топки, м²,

 

              F_СТ = ∑F_i+F_В.Н.-R,                              (4.19)

где R – площадь зеркала горения, м².

В лучевоспринимающую поверхность топки включаются поверхности нагрева в пределах слоя горящего топлива.

Коэффициент тепловой эффективности

 

                  Ψ_CР= (∑Ψ_i.П.Н.F_i)/(F_СТ-R-Ψ_В.Н.F_В.Н),               (4.20)

Коэффициент σ

 

                    σ=(1-d_К^СР/d_Э+0,01μ)[π(d_Э)²/(4R) + h_СЛ/l]^0,5,             (4.21)

где l – длина топки по направлению движения потока, м; h_СЛ – толщина слоя топлива на колосниках, м; μ – массовое содержание мелочи в топливе, %; d_К^СР – средний размер куска топлива, м;

d_К^СР=(d_max+d_min)/2

Условное число Рейнольдса определяется по формуле (4.13).

Усреднённый коэффициент поглощения запыленного потока

 

                         К_Т= К_Р+К_З+К_К,                                                (4.22)

где К_Р – усреднённый коэффициент поглощения трёхатомными газами; К_З, К_К – коэффициенты ослабления излучения золовой и коксовыми частицами.

     К_Р+К_З= 0,002…0,005,м^-1

Число Бугера в данном случае определяется из выражения:

 

     Bu=K_Td_Э/α_Т

Далее расчёт топки аналогичен расчёту для топок газообразного и жидкого топлива.