Расчет дровяной топки
Расчет дровяной топки необходим для обоснования размеров топок, их сборочных единиц и деталей при конструировании, модернизации этих устройств, а также для принятия технических решений при наладочных, доводочных работах и проведении испытаний.
Расчет дровяной топки, предназначенной для сжигания древесной биомассы, имеющие определенную специфичность по сравнению с расчетом дровяных топок для других видов топлива.Исходные данные для расчета дровяной топки. Исходные данные, входящие в расчет дровяных топок котлоагрегатов, работающих на древесной биомассе, это: мощность котлоагрегата, МВт; вид древесной биомассы (древесина, кора, гниль и т. п.); влажность Wp, %; зольность, Ар, %.
Мощность котлоагрегата определяется общими расчетами по технологии производства и системе теплоснабжения предприятия и дается в тоннах пара в час для паровых котлов и в гигокалориях в час для водогрейных котлов.Пересчет мощности котла в единицы СИ при этом производится по формулам:
паровые котлы: Р = 10-3/3,6 Din (4.1)
где Р - мощность котлоагрегата, МВт; D - часовая выработка пара, т/ч; in - энтальпия вырабатываемого пара, кДж/кг;
водогрейные котлы: Р= 1.163Q (4.2)
где Q - часовая выработка тепла котлоагрегата, Гкал/ч.
Расчет дровяной топки обычно разрабатывается либо для сжигания стволовой древесины, либо для сжигания коры. Использование в качестве топлива элементов кроны, гнили, древесины корней и т. п. носит пока эпизодический характер.
Влажность и зольность древесной биомассы, входящие в расчет дровяной топки, принимают максимальные для данных конкретных условий. В расчет дровяной топки входят также следующие показатели: состав рабочего топлива; теплота сгорания рабочего топлива; объемы образующихся продуктов горения; энтальпия воздуха и продуктов горения; площадь колосниковой решетки; объем топочного пространства; часовой расход топлива.
Состав рабочего топлива. Состав рабочего топлива определяется исходя из элементарного состава древесной биомассы на горячую массу по следующим формулам:
(4.3)
Для стволовой древесины: Сг = 51 %; Нг = 6,1; Ог = 42,3; Nr = 0,6 %.
Теплота сгорания рабочего топлива определяется по формуле:
Qpн = Qгн 100 WP- АР/100 - 25Wp
Для стволовой древесины: Qрн = 18 880 - 214WР -189AР
где Qрн - теплота сгорания, кДж/кг.
Объемы образующихся продуктов горения. Теоретическое количество сухого воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг рабочего топлива, определяется по формуле
V0 = 0,0889 Ср + 0,265 Нр - 0,0333 Ор (4.4)
L0 = 0,115 Ср + 0,342 Нр - 0,0431 Ор (4.5)
где V0 - теоретическое количество воздуха, м3/кг; L0 -теоретическое количество воздуха, кг/кг.
Для стволовой древесины теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, может быть подсчитано по формуле:
V0 = 4,742 - 0,04742 (Wp + Ар) (4.6)
Теоретический объем азота рассчитывается по формуле
V0N2 = 0,79V0 + 0,8Np/100 (4.7)
где V0N2 - теоретический объем азота, м3/кг.
Для стволовой древесины теоретический объем азота подсчитывается по формуле
V0N2 =3,751 - 0,03751(Wр +Aр) (4.8)
Объем углекислого газа определяется формулой
Vco2 = 1.866Cp/100 (4.9)
где Vсо - объем углекислого газа, образовавшийся при сгорании 1 кг рабочего топлива, м3/кг.
Для стволовой древесины можно применять формулу
VCО2 = 0,9517 - 0,009517 (Wр + АР) (4.10)
Теоретический объем водяных паров
V0н2о = 0,111НР + 0,0124Wр + 0,0161V0 (4.11)
где V0Н2О - объем водяных паров, образовавшихся при сжигании 1 кг рабочего топлива, м3/кг.
Для стволовой древесины эта величина может быть подсчитана по формуле
V0н2о = 0,7534 + 0,00486Wр - 0,007533Aр (4.12)
Коэффициентом избытка воздуха а называется отношение объема воздуха, действительно израсходованного на сжигание 1 кг рабочего топлива, к теоретически необходимому, т. е.
α = Vд/V0 (4.13)
С учетом этого коэффициента действительный объем паров, приходящийся на 1 кг рабочего топлива Vн2о составит
Vн2о = V0н2о + 0,0161 (α - 1) V0 (4.14)
Объем дымовых влажных газов, образовавшийся при сго-рании 1 кг рабочего топлива, равен
Vвг = Мсо2 + V0N2 + Vн2о + (α -1) V0 (4.15)
Объем сухих газов, образовавшихся при сжигании 1 кг рабочего топлива, равен
Vcr = Vco2 + V0N2 + (α -1) V0.
Состав сухих газов следующий:
углекислый газ
CO2 = Vco2/Vcr × 100 (4.16)
кислород
O2 = 0.21(α - 1) V0/Vcr ×100
где N2, СO2, O2 - расчетное содержание в сухих дымовых газах соответственно азота, углекислого газа и кислорода по объему, %.
Содержание влаги во влажных дымовых гадах по объему в процентах составит
H2O = Vн2o/Vвг ×100 (4.17)
Энтальпия продуктов горения. Энтальпия дымовых газов на 1 кг сжигаемого рабочего топлива подсчитывается по формуле
I = I0r + (α -1) Ioв (4.18)
где Ioг - энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха α = 1 и температуре газов Ф, °С;
Ioв - энтальпия теоретически необходимого объема воздуха, кДж/м3, определяется по формуле
Ioв = V0(сѳ)в (4.19)
При сжигании многозольных топлив, для которых справедливо неравенство 1000 aунАр/Qpи > 6, к энтальпии дымовых газов по формуле (4.18) необходимо добавить энтальпию золы, которая определяется по уравнению
Iз = (сѳ)з - Ap/100 aун (4.20)
где (сѳ)з - энтальпия 1 кг золы, кДж/кг; аун - доля золы топлива, уносимая газами, принимаемая для слоевых топок в пределах от 0,2 до 0,3.
Определение площади зеркала горения и площади колосниковой решетки. Зеркалом горения называют верхнее сечение слоя, в котором происходит горение топлива. Для слоевых топок с горизонтальным и наклонным слоем топлива площадь зеркала горения принимают равной площади колосниковой решетки. В топках с вертикальным слоем К. В. Кирша площадь зеркала горения принимают равной площади окна в задней стенке топки, через которое выходят в топочный объем продукты сгорания.
В топках с зажатым слоем за площадь зеркала горения принимают активную площадь зажимающей решетки, через которую выходят в топочную камеру продукты сгорания.
Теплонапряжением колосниковой решетки или зеркала горения называют количество тепловой энергии, выделяющееся в единицу времени на 1 м2 площади. Теплонапряжение колосниковой решетки или зеркала горения является основным нормативным показателем при расчете топочных устройств слоевого процесса сгорания. На основании нормативного значения этого показателя определяется площадь колосниковой решетки или зеркала горения по формуле
R = P/qRȵка (4.21)
где R - площадь колосниковой решетки или зеркала горения, м2; ȵка - КПД котлоагрегата в долях единицы: qR - теплонапряжение колосниковой решетки или зеркала горения, кВт/м2; Р - мощность котлоагрегата, кВт.
Определение объема топочного пространства. Объемом топочного пространства VT в слоевых топках называют пространство, ограниченное слоем топлива, трубами экранов котла и стенками обмуровки, т. е. замкнутый объем над слоем горящего топлива. Теплонапряжением топочного пространства qv называют отношение количества тепловой энергии, выделяющееся в топке в единицу времени, к объему топочного пространства. Теплонапряженне топочного пространства является основным нормативным показателем для расчета дровяной топки. Объем топочного пространства VT определяют по формуле
Vt = P/gvȵka (4.22)
Определение часового расхода топлива. Часовой расход топлива выражается в различных единицах, а именно: в килограммах условного топлива, в килограммах рабочего топлива, в плотных кубометрах древесной биомассы и в насыпных кубометрах данного конкретного вида древесной биомассы. Часовой расход топлива в килограммах условного топлива. Вуcл. т подсчитывается по формуле
Вусл.т = 0,1228Р/ȵка (4.23)
Часовой расход рабочего топлива Вр.т в тоннах определяется по формуле
Вр.т = 3,6Р/Qрнȵка (4.24)
Где Qpн - теплота сгорания рабочего топлива, кДж/кг.
При сжигании древесной биомассы для выполнения технологических расчетов по топливоподаче, буферному и межсезонному хранению древесных отходов часто требуется знать расход топлива в плотных и складочных кубометрах. Часовой расход топлива в плотных кубометрах Вп.к определяется по формуле
Вп.к = 0,1228Р/Эȵка ×10-3 (4.25)
где Э - калорийный эквивалент, т усл. топл/пл. м3. Часовой расход топлива в складочных кубометрах Вскл можно подсчитать по формуле
Вскл = 0,1228P/ЭПȵка ×10-3 (4.26)
где П - коэффициент полнодревесности.