Файл: 1. Тепловая схема котла. 311 Основные определения. 34.docx
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 104
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
лт, Qбт и Qкт для определения Тзи Тт". Этот метод рекомендуется в. качестве нормативного для расчета двухкамерных топок и в качестве дополнительного — для расчета однокамерных топок.
В качестве нормативного метода для расчета процесса излучения в однокамерных и полуоткрытых топках рекомендуется метод ЦКТИ, основанный на применении теории подобия. Определяющим является критерий Больцмана — Во, пропорциональный отношению количеств теплоты, выделенной в топке и отданной за счет радиационного теплообмена:
На
основании обработки экспериментальных данных получена критериальная зависимость безразмерной температуры на выходе их топки θт” = Tт”/Та:
где ат —степень черноты топки; М = А — Вх, — параметр, учитывающий относительное положение максимальных температур (ядра факела) в топке в зависимости от топлива и способа сжигания; численные значения А и В определяются видом сжигаемого топлива.
Приведенные методы расчета теплообмена излучением в топочной камере дают возможность определить температуру на выходе из топки по аналитическим зависимостям или по критериальной зависимости. Однако при проектировании топочной камеры иногда определяют не только температуру на выходе из топки, но так -же и температуру газов в любой точке топочного пространства. Это необходимо в первую очередь для определения локальных тепловых нагрузок в топочной камере для выявления количеств теплоты, воспринимаемых различными панелями, радиационными перегревателями и т. д.
Задачу о распределении тепловых потоков по высоте топочной камеры решает позонный расчет топочной камеры.
Топка по высоте разбивается на ряд зон. Уравнения энергии записываются для каждой из зон. При этом учитывается, что изменение энтальпии в зоне равно разности между тепловыделением и радиационным теплообменом:
г
де I" и I' — соответственно энтальпии газов на выходе из зоны и входе в зону, кДж/кг; β
сг" и βсг' — соответственно степень выгорания топлива в конце и начале зоны; (Fψ)эф — эффективное значение лучевоспринимающих поверхностей нагрева, м2; Tэф —эффективная температура газов в зоне, К.
Степень выгорания βсг пo относительной высоте топки h/hт зависит от вида топлива и в среднем равна:
В качестве первой зоны принимают зону максимального тепловыделения, ее высота для топок с гранулированным шлакоудалением считается от верхней плоскости холод-ной воронки до сечения, расположенного на 1,5 м выше верхних образующих горелок. Высота остальных зон принимается около 4 м. Величина (Fψ)эф учитывает излучение факела на экраны, а также в вышерасположенную и нижерасположенную зоны.
Обычно до выполнения позонного расчета выполняют расчет топки в целом и определяют температуру газов в конце топки θ"т. Затем, задаваясь значениями βсг, на границах каждой зоны, выполняют позонный расчет. Если в результате позонного расчета температура на выходе из топки (последней зоны) будет отличаться от ранее полученной более чем на ±30о, следует задаться другими степенями выгорания βсг и повторить расчет.
Существенным допущением данного метода является предварительное принятие степени выгорания топлива βсг, в то время как она должна определяться кинетикой процесса горения, зависящей' от многих факторов, в том числе от температуры газов.
Дальнейшим уточнением позонного расчета топок является метод ЦКТИ-ТК3, который позволяет более обоснованно учесть выгорание топлива на основе кинетики процесса горения. При этом приняты те же допущения, что и для позонного метода: одномерность характера движения топливовоздушной смеси в топке, равенство температур всех частиц топлива и газа.
Степень выгорания топлива по методу ЦКТИ-ТКЗ определяется в соответствии с формулой
где G — количество несгоревшего к данному времени кокса на 1 кг рабочей массы топлива, кг/кг; Qк и Qнр — теплота сгорания кокса и рабочей массы топлива, кДж/кг.
Величина G определяется по формуле
Здесь Wр и Кр — процентное содержание влаги и кокса на рабочую массу топлива; Wпл — процентное содержание влаги на массу пыли; J1 — относительная суммарная доля недожога частиц кокса различных размеров, находящихся в факеле.
Значение J1 вычисляется как сумма недожога частиц различных фракций:
гд
е δi и δ0i — соответственно текущий и начальный диаметр частиц фракции i; Ф и nф — соответственно массовая доля фракции и число фракций в пыли.
Учтя, что фракция Ф= |ΔR|, можно записать
ил
и точнее, заменяя сумму интегралом:
гд
е (δ0i)τ — начальный размер частицы, полностью сгоревшей к моменту времени τ; δ01 — начальный размер наиболее крупной частицы.
Производная (dR/dδ)0i вычисляется на основе зерновой характеристики. С учетом связей между выгоранием частицы любой фракции и наиболее крупной частицы для кинетической и диффузионной областей горения можно вычислить значение интеграла J1.
Позонный расчет топки методом ЦКТИ-ТКЗ выполняется с применением ЭВМ.
2.2. Теплообмен в полурадиационных и конвективных поверхностях нагрева.
Тепловой расчет поверхностей нагрева парового котла производится на основе применения аналитических методов и теории подобия кпроцессам теплообмена. При этом учитываются все сложности процессов: сочетание радиационной и конвективной теплоотдачи от газового потока, присутствие твердых примесей в дымовых газах, сложный характер омывания поверхностей, наличие наружных и внутренних загрязнений, особенности формы поверхностей нагрева — ребристых, плавниковых труб, волнистых набивок РВП и т. д.
2.3. Коэффициент теплопередачи.
При расчете передачи теплового потока от газов к рабочему телу через стенки поверхностей нагрева котлов необходимо учитывать возможность появления наружных и внутренних загрязнений: наружные возникают из-за осаждения золы или сажи при омывании труб потоком дымовых газов; внутренние могут быть обусловлены появлением накипи. Как внутренние, так и наружные загрязнения уменьшают количество передаваемой теплоты. Однако внутренние загрязнения, создавая термическое сопротивление оттоку теплоты к охлаждающей среде (воде, пару), могут вызвать недопустимый рост температуры стенки трубы. Поэтому их величина должна быть минимальной.
Расчет теплоотдачи из-за небольшой толщины стенки металлических труб поверхностей нагрева ведут, как для многослойной плоской стенки. Коэффициент теплопередачи при этом от газов к рабочему телу будет выражаться следующей зависимостью:
гд
е α1 — коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, кВт/(м2*К); α2 – -коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочему телу, кВт/(м2*К); λз, λм, λн — соответственно коэффициенты теплопроводности слоя золовых загрязнений, металлической стенки трубы и слоя внутренних загрязнений (накипи), кВт/(м*К); δз, δм, δн — соответственно толщины слоя золовых загрязнений, металлической стенки трубы и слоя внутренних загрязнений, м.
Термическое сопротивление слоя золовых загрязнений δз/ λз называют коэффициентом загрязнения ε:
Те
рмическим сопротивлением металлической стенки трубы δм/λм обычно пренебрегают из-за большого значения λм. Однако в расчетах паро-паровых теплообменников, а также в расчетах температуры металлической стенки эту величину следует учитывать.
Термическое сопротивление слоя внутренних отложений (накипи) δн/λн расчетах не учитывают, так как при нормальной эксплуатации толщина этого слоя должна быть весьма малой. Коэффициенты теплоотдачи и теплопроводности, входящие в формулу коэффициента теплопередачи, зависят от большого числа факторов, в том числе от температур газов и рабочего тела.
Ка
к упоминалось, при выводе уравнений теплообмена -коэффициент теплопередачи и все составляющие его коэффициенты подсчитываются по средним значениям температур на входе и выходе из поверхности нагрева. Для заданных поверхностей нагрева коэффициент теплопередачи приобретает конкретное значение в зависимости от особенностей теплообмена. Так, например, для ширмовой поверхности нагрева вводится множитель Qл/Qб, учитывающий теплоту, воспринятую из топки. Тогда коэффициент теплопередачи
где Qб — количество теплоты, отданной поверхности газами, кДж/кг; Qл — количество теплоты, передаваемое ширмам излучением из топки, кДж/кг.
Величину Qл учитывают при определении количества теплоты, воспринятой паром по балансу. Коэффициент загрязнения ε зависит от сорта сжигаемого топлива и несколько увеличивается с ростом температур газов.
Для конвективных перегревателей, имеющих шахматное расположение труб, и при сжигании твердого топлива коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле
В качестве нормативного метода для расчета процесса излучения в однокамерных и полуоткрытых топках рекомендуется метод ЦКТИ, основанный на применении теории подобия. Определяющим является критерий Больцмана — Во, пропорциональный отношению количеств теплоты, выделенной в топке и отданной за счет радиационного теплообмена:
На
основании обработки экспериментальных данных получена критериальная зависимость безразмерной температуры на выходе их топки θт” = Tт”/Та:где ат —степень черноты топки; М = А — Вх, — параметр, учитывающий относительное положение максимальных температур (ядра факела) в топке в зависимости от топлива и способа сжигания; численные значения А и В определяются видом сжигаемого топлива.
Приведенные методы расчета теплообмена излучением в топочной камере дают возможность определить температуру на выходе из топки по аналитическим зависимостям или по критериальной зависимости. Однако при проектировании топочной камеры иногда определяют не только температуру на выходе из топки, но так -же и температуру газов в любой точке топочного пространства. Это необходимо в первую очередь для определения локальных тепловых нагрузок в топочной камере для выявления количеств теплоты, воспринимаемых различными панелями, радиационными перегревателями и т. д.
Задачу о распределении тепловых потоков по высоте топочной камеры решает позонный расчет топочной камеры.
Топка по высоте разбивается на ряд зон. Уравнения энергии записываются для каждой из зон. При этом учитывается, что изменение энтальпии в зоне равно разности между тепловыделением и радиационным теплообменом:
г
де I" и I' — соответственно энтальпии газов на выходе из зоны и входе в зону, кДж/кг; β
сг" и βсг' — соответственно степень выгорания топлива в конце и начале зоны; (Fψ)эф — эффективное значение лучевоспринимающих поверхностей нагрева, м2; Tэф —эффективная температура газов в зоне, К.
Степень выгорания βсг пo относительной высоте топки h/hт зависит от вида топлива и в среднем равна:
В качестве первой зоны принимают зону максимального тепловыделения, ее высота для топок с гранулированным шлакоудалением считается от верхней плоскости холод-ной воронки до сечения, расположенного на 1,5 м выше верхних образующих горелок. Высота остальных зон принимается около 4 м. Величина (Fψ)эф учитывает излучение факела на экраны, а также в вышерасположенную и нижерасположенную зоны. Обычно до выполнения позонного расчета выполняют расчет топки в целом и определяют температуру газов в конце топки θ"т. Затем, задаваясь значениями βсг, на границах каждой зоны, выполняют позонный расчет. Если в результате позонного расчета температура на выходе из топки (последней зоны) будет отличаться от ранее полученной более чем на ±30о, следует задаться другими степенями выгорания βсг и повторить расчет.
Существенным допущением данного метода является предварительное принятие степени выгорания топлива βсг, в то время как она должна определяться кинетикой процесса горения, зависящей' от многих факторов, в том числе от температуры газов.
Дальнейшим уточнением позонного расчета топок является метод ЦКТИ-ТК3, который позволяет более обоснованно учесть выгорание топлива на основе кинетики процесса горения. При этом приняты те же допущения, что и для позонного метода: одномерность характера движения топливовоздушной смеси в топке, равенство температур всех частиц топлива и газа.
Степень выгорания топлива по методу ЦКТИ-ТКЗ определяется в соответствии с формулой
где G — количество несгоревшего к данному времени кокса на 1 кг рабочей массы топлива, кг/кг; Qк и Qнр — теплота сгорания кокса и рабочей массы топлива, кДж/кг.
Величина G определяется по формуле
Здесь Wр и Кр — процентное содержание влаги и кокса на рабочую массу топлива; Wпл — процентное содержание влаги на массу пыли; J1 — относительная суммарная доля недожога частиц кокса различных размеров, находящихся в факеле.
Значение J1 вычисляется как сумма недожога частиц различных фракций:
гд
е δi и δ0i — соответственно текущий и начальный диаметр частиц фракции i; Ф и nф — соответственно массовая доля фракции и число фракций в пыли. Учтя, что фракция Ф= |ΔR|, можно записать
ил
и точнее, заменяя сумму интегралом:гд
е (δ0i)τ — начальный размер частицы, полностью сгоревшей к моменту времени τ; δ01 — начальный размер наиболее крупной частицы. Производная (dR/dδ)0i вычисляется на основе зерновой характеристики. С учетом связей между выгоранием частицы любой фракции и наиболее крупной частицы для кинетической и диффузионной областей горения можно вычислить значение интеграла J1.
Позонный расчет топки методом ЦКТИ-ТКЗ выполняется с применением ЭВМ.
2.2. Теплообмен в полурадиационных и конвективных поверхностях нагрева.
Тепловой расчет поверхностей нагрева парового котла производится на основе применения аналитических методов и теории подобия кпроцессам теплообмена. При этом учитываются все сложности процессов: сочетание радиационной и конвективной теплоотдачи от газового потока, присутствие твердых примесей в дымовых газах, сложный характер омывания поверхностей, наличие наружных и внутренних загрязнений, особенности формы поверхностей нагрева — ребристых, плавниковых труб, волнистых набивок РВП и т. д.
2.3. Коэффициент теплопередачи.
При расчете передачи теплового потока от газов к рабочему телу через стенки поверхностей нагрева котлов необходимо учитывать возможность появления наружных и внутренних загрязнений: наружные возникают из-за осаждения золы или сажи при омывании труб потоком дымовых газов; внутренние могут быть обусловлены появлением накипи. Как внутренние, так и наружные загрязнения уменьшают количество передаваемой теплоты. Однако внутренние загрязнения, создавая термическое сопротивление оттоку теплоты к охлаждающей среде (воде, пару), могут вызвать недопустимый рост температуры стенки трубы. Поэтому их величина должна быть минимальной.
Расчет теплоотдачи из-за небольшой толщины стенки металлических труб поверхностей нагрева ведут, как для многослойной плоской стенки. Коэффициент теплопередачи при этом от газов к рабочему телу будет выражаться следующей зависимостью:
гд
е α1 — коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, кВт/(м2*К); α2 – -коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочему телу, кВт/(м2*К); λз, λм, λн — соответственно коэффициенты теплопроводности слоя золовых загрязнений, металлической стенки трубы и слоя внутренних загрязнений (накипи), кВт/(м*К); δз, δм, δн — соответственно толщины слоя золовых загрязнений, металлической стенки трубы и слоя внутренних загрязнений, м.
Термическое сопротивление слоя золовых загрязнений δз/ λз называют коэффициентом загрязнения ε:
Те
рмическим сопротивлением металлической стенки трубы δм/λм обычно пренебрегают из-за большого значения λм. Однако в расчетах паро-паровых теплообменников, а также в расчетах температуры металлической стенки эту величину следует учитывать. Термическое сопротивление слоя внутренних отложений (накипи) δн/λн расчетах не учитывают, так как при нормальной эксплуатации толщина этого слоя должна быть весьма малой. Коэффициенты теплоотдачи и теплопроводности, входящие в формулу коэффициента теплопередачи, зависят от большого числа факторов, в том числе от температур газов и рабочего тела.
Ка
к упоминалось, при выводе уравнений теплообмена -коэффициент теплопередачи и все составляющие его коэффициенты подсчитываются по средним значениям температур на входе и выходе из поверхности нагрева. Для заданных поверхностей нагрева коэффициент теплопередачи приобретает конкретное значение в зависимости от особенностей теплообмена. Так, например, для ширмовой поверхности нагрева вводится множитель Qл/Qб, учитывающий теплоту, воспринятую из топки. Тогда коэффициент теплопередачигде Qб — количество теплоты, отданной поверхности газами, кДж/кг; Qл — количество теплоты, передаваемое ширмам излучением из топки, кДж/кг.
Величину Qл учитывают при определении количества теплоты, воспринятой паром по балансу. Коэффициент загрязнения ε зависит от сорта сжигаемого топлива и несколько увеличивается с ростом температур газов.
Для конвективных перегревателей, имеющих шахматное расположение труб, и при сжигании твердого топлива коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле