Теплообмен в топочной камере. Методы расчета теплообмена в топочной камере.

 

В топке одновременно происходят горение топлива и сложный радиационный и конвективный теплообмен между заполняющей ее средой и поверхностями нагрева. Источниками излучения в топках при слоевом сжигании топлива являются поверхность выделившихся из топлива веществ. При факельном сжигании пыли твердого топлива и мазута источниками излучения являются центры пламени, образующиеся вблизи поверхности частиц топлива от горения летучих. При сжигании газа источниками излучения являются объем его горящего факела и трехатомные продукты сгорания.

 

Интенсивность излучения твердых частиц зависит от их размера и концентрации в топочном объеме. По удельной интенсивности излучения коксовые частицы приближаются к абсолютно черному телу, но при сжигании пыли твердого топлива их концентрация в факеле мала (примерно 0,1 кг/м³) и поэтому излучение коксовых частиц на экраны топки составляет 25-30 % суммарного излучения топочной среды. Золовые частицы заполняют весь топочный объем, концентрация их зависит от зольности топлива. Тепловое излучение золовых частиц в факельных топках составляет 40-60 % суммарного излучения топочной среды. Доля излучения трехатомных газов составляет 20-30 % суммарного излучения.

 

Теплообмен в топке определяется интенсивностью излучения топочной среды и тепловой эффективностью экранов. Увеличение интенсивности излучения среды топки повышает падающий на экраны тепловой поток. Снижение тепловой эффективности экранов уменьшает их тепловосприятие. Общий удельный поток энергии выражается законом Стефана - Больцмана, который после интегрирования исходной зависимости имеет вид:

 

, где Е₀ - общий удельный поток энергии, Вт/м², С₀ -

 

коэффициент излучения абсолютного черного тела; Т - абсолютная температура, К.

 

При такой идеальной системе тепловосприятие лучевоспринимающей

 

поверхности Q, Вт, определяется по формуле:, где Т₁, Т₂ - температуры излучающей и тепловоспринимающей поверхности, К.

 

Радиационной теплообмен в топке отличается от идеальных условий, соответствующих передаче энергии излучения по законам Планка и Стефана-Больцмана, а именно:

1. Среда в топке и ограждающие ее поверхности не являются абсолютно черными телами. Падающий на ограждающие поверхности поток энергии частично поглощается и частично отражается в окружающую среду топки. Применительно к таким условиям теплообмен в топке закон Стефана - Больцмана может быть выражен формулой

 

 

где е = с/с₀≤1- интегральный или средний коэффициент теплового излучения серого тела; с - коэффициент излучения серого тела, Вт/(м²*К4).

 

Интегральный коэффициент теплового излучения серого тела может быть выражен также отношением ε = Е/Е₀, где Е - излучательная способность реального тела при той же температуре, что и у абсолютно черного тела.

 

2. Теплообмен в топке имеет место пространственное и несимметричное поле температур излучающей среды. Разность температур по сечению вблизи экранов в центре топки составляет 200-300 °С, а неравномерность температур на выходе из топки 50-100 °С. В итоге процесс лучистого теплообмена существенно усложняется, что затрудняет теоретическое описание его закономерностей. Одновременно с радиационным в топке возникает конвективный теплообмен между поверхностями нагрева и потоком газов высокой температуры.

 

17. Топочные устройства для сжигания топлива.

 

Топочное устройство (топка) – это составная часть котельной установки в которой осуществляется сжигание топлива и происходит частичное охлаждение продуктов сгорания и выделение золы.

 

В зависимости от способа сжигания топлива, топки подразделяются на слоевые и камерные:

– в слоевых топках сжигается твёрдое кусковое топливо, которое находится в плотном слое на решётке, продуваемой воздухом.

– в камерных топках сжигается газообразное, жидкое и тв. Топливо (последнее во возвещенном состоянии) во всём объёме камеры.

а) топка со слоевым сжиганием; б) топка с кипящем слоем; в) топка с факельным сжиганием;

г) топка с вихревым сжиганием.

(1- топливо; 2- воздух; 3- продукты сгорания)

По характеру организации топочного процесса различают слоевые топки:

 

1) с неподвижной колосниковой решёткой и неподвижным слоем топлива на ней.

 

2) с неподвижной колосниковой решёткой и перемещающимся слоем топлива на ней.

 

3) с движущейся колосниковой решёткой, транспортирующей на ней слой топлива.

 

Камерные топки разделяются на:

 

1) топки с кипящем слоем;

 

2) факельные;

 

3) вихревые.

 

Топки с кипящем слоем мелкозернистые частицы тв топлива псевдоожиженном потоком воздуха в процессе горения хаотически перемещаются по объёму топочной камеры без выноса из нее.

 

В вихревых циклонных топках путём тангенсального ввода потока воздуха в топочную камеру, создаётся закручивающий поток реагентов (воздух + топливо), которые перемешиваются в результате чего топливо хорошо сгорает.

 

При факельном сгорании топка представляет собой шахту. На стенках топки расположены устройства для ввода и перемешивания топлива и воздуха горелки.

 

18. Каркас и обмуровка котла.

 

Каркасом котельного агрегата называют Ме конструкцию подерж барабан котла испарительной поверхности нагрева т другие устройства котельного агрегата (пароперегреватель, вод. экономайзер, лестнецы и др.)

 

Обмуровка котла - называют стенки, отделяющие топочную камеры и газоходы от наружней среды, кроме того она служит для направления потока дымовых газов в пределах котельного агрегата.

 

Обмуровка зависит от производительности котла, его размеров и конструкций, для газоходов где t<600С применяют кирпич, в выше огнеупорный кирпич. Огнеупорная обмуровка состоит их набора железобетонных щитов, заполненных огнепорным бетоном,между соед щитами оставляют зазора, а в слое изоляции зазоры не оставляют. Обмуровка состоит из слоя кирпича, изоляции и наружной обмуровки.

 

Общая толщина обмуровки топки составляет 200-2500 мм, неэкранированных газоходов 350мм.

Для уменьшения уточек теплоты в местах соприкосновения железобетонных щитов со стальной обшивкой по их периметру прменяют конструкцию узлов обмуровки (рис б).

 

Для изготовления онеупорного слоя используют шамот, получаемый при длительном обжоге белой глины.

 

Для изоляционного слоя часто применяют теплоизоляционный бетон или савелитовые плиты.