3.4.1.1. Определение объема топочной камеры
При конструировании топок правильное определение объема топочной камеры является важным условием создания компактных, экономичных и высокопроизводительных топочных установок. Объем топочного пространства определяют по опытной величине его теплового напряжения:
где В — расход топлива, кг/ч (или м3/ч); ()g — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг, кДж/м3; Ут — объем топочного пространства, м3.
Опытная величина теплового напряжения может колебаться от 350 до 1400 кВт/м3 и зависит от организации горения и температуры в камере горения.Для получения теплоносителя с температурой 200—700 °С необходимо сжигание топлива проводить при максимально допустимом коэффициенте избытка воздуха (а не при а = 1,05—1,2) с дальнейшим разбавлением дымовых газов воздухом до необходимой температуры. Тепловые напряжения для жидкого топлива принимают до 580 кВт/м3, а для газообразного — до 1400 кВт/м3.
Возможен также метод определения размеров топочного пространства, построенный на базе изучения кинетики реакций и других основных факторов, дающих возможность выявить время горения топлива, т. е. время пребывания в топке частиц топлива, необходимое для завершения процесса до намеченной полноты горения. В этом случае объем топочной камеры выражается следующим уравнением:
где Уд г — объем протекающих в топочном пространстве дымовых газов, м3; т — время горения топлива, с. Объем газов равен:
где В — расход топлива, кг/ч (или м3/ч); Уд г — объем дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг или 1 м3 топлива, м3/кг или м3/м3; Т и Рт — соответственно абсолютные температура и давление в топке, К и Па.
Объем дымовых газов Уд> г определяют элементарным расчетом. Значительно сложнее найти время горения жидкого топлива. Общее время горения жидкого топлива составляет:
где тх — время горения газообразных летучих; т2 — дополнительное время, необходимое для горения коксового остатка.
Приближенное решение дает (с максимальной погрешностью 3%) упрощенная формула В. А. Ульяницкого, имеющая следующий вид:
где Т — средняя абсолютная температура факела, К; У'с^ — изменение объема кислорода в топочных газах после сгорания топлива, м3/кг; эту величину определяют по уравнению:
(здесь С" — неиспользованный углерод вследствие сгорания в окись на 1 кг топлива, масс. %; СДым — углерод, потерянный в виде сажи с уходящими дымовыми газами на 1 кг топлива, масс. %; У0а — начальный объем кислорода в продуктах сгорания 1 кг топлива, м3/кг; эту величину находят по формуле:
(здесь а — коэффициент избытка воздуха; У0 — объем воздуха, теоретически необходимый для сгорания 1 кг топлива, м3/кг); Уд> г — объем дымовых газов, м3/кг; Ут. г — объем горючих топочных газов (окиси углерода) до сгорания, м3/кг; эту величину определяют по формуле:
— потери тепла от химического недожога, доля от теплоты сгорания газов (здесь потери тепла от химического недожога, обусловленного сгоранием углерода в окись углерода СО и выпадением несгоревшей сажи (атмосферного углерода) из углеводородов, Дж/Кг;
Получим
Величины а и Ъ находят по графику (рис. 114).
Как указывалось выше, объем топочного пространства равен:
Объем дымовых газов равен:
Решая эти уравнения, находим:
Применив полученное раньше выражение для времени горения, получим формулу объема топочной камеры:
Объем топки можно легко определить из рис. 115.