Поверочный тепловой расчет топки парового котла ТП-230

Особенности горения дров и пеллет и устройство пеллетного котла

Изучаем стандарты

Ключевой параметр, определяющий КПД котельного агрегата, – температура уходящих газов. Тепло, теряемое с уходящими газами, составляет значительную часть всех тепловых потерь (наряду с потерями тепла от химического и механического недожога топлива, потерями с физическим теплом шлаков, а также утечек тепла в окружающую среду вследствие наружного охлаждения). Эти потери оказывают решающее влияние на экономичность работы котла, снижая его КПД. Таким образом, мы понимаем, что чем ниже температура дымовых газов, тем выше эффективность котла.
Оптимальная температура уходящих газов для разных видов топлива и рабочих параметров котла определяется на основании технико-экономических расчётов на самом раннем этапе его создания. При этом максимально полезное использование тепла уходящих газов традиционно достигается за счёт увеличения размеров конвективных поверхностей нагрева, а также развития хвостовых поверхностей – водяных экономайзеров, регенеративных воздухоподогревателей.

Но даже несмотря на внедрение технологий и оборудования для наиболее полной утилизации тепла, температура уходящих газов согласно действующей нормативной документации должна находиться в диапазоне:

  • 120-180 °С для котлов на твёрдом топливе (в зависимости от влажности топлива и рабочих параметров котла),
  • 120-160 °С для котлов на мазуте (в зависимости от содержания в нём серы),
  • 120-130 °С для котлов на природном газе.

Указанные значения определены с учетом факторов экологической безопасности, но в первую очередь, исходя из требований к работоспособности и долговечности оборудования.
Так, минимальный порог задаётся таким образом, чтобы исключить риск выпадения конденсата в конвективной части котла и далее по тракту (в газоходах и дымовой трубе). Однако для предупреждения коррозии вовсе не обязательно жертвовать теплом, которое выбрасывается в атмосферу вместо того, чтобы совершать полезную работу.

Тяга как физическое явление

Прежде чем рассматривать особенности конструкции топки, нужно понять, что такое разряжение в топке. Разряжение или тяга – это уменьшение давления продуктов сгорания, воздуха, благодаря которому обеспечивается приток среды по каналам сооружения в зону низкого давления. Принято различать два вида тяги: (См. также: Ремонт топки печи своими руками)

  • естественная – осуществляется под воздействием Архимедовой силы. В печь или котел воздух поступает непосредственно на горелку или колосник. В ходе горения образуются горячий воздух. Частично он охлаждается за счет притока нового воздуха, частично за счет соприкосновения со стенами топки. Горячий воздух будет подниматься вверх по трубе. Чем длиннее труба, тем более сильная тяга.

Чтобы контролировать процесс можно перекрывать отверстие, через которое поступает новый воздух. Очень часто в небольших домашних котлах и печах тяга естественная тяга настолько хороша, что даже требует уменьшения. Единственный недостаток в том, что чем выше температура окружающей среды, тем меньше разряжение. А также при плохой регулировке холодного воздуха будет так много внутри, что печь, не будет прогреваться;

  • принудительная – с помощью специальных механических устройств. Обычно для ее создания используют дымососы – лопастные механизмы, вентиляторы. Недостаток такого устройства в том, что разряжение падает по мере удаления от механизма, а преимущество в том, что контролируя скорость вращения, можно изменять тягу.

(См. также: Брикеты для топки печей)

Разряжение в топке

Дымосос требует достаточно много электроэнергии, шумит при работе. Для небольших печей и котлов лучше выбирать варианты с вентиляторами. Обычно вместе с принудительной тягой в любой системе будет присутствовать и естественная, но они не всегда сонаправленны.

Принципиальная схема

Котлы БКЗ 160— вертикально-водотрубные устройства. Циркуляция воды — естественная. В конструкции вверху выполнен монтаж барабана, где потоки воды и пара соединяются. В выносных циклонах протекает процесс сепарации пара. Агрегаты работают либо с разрежением в топке либо под наддувом.

Компоновка агрегатов выполняется П/Т-образной либо башенной. Конструкция может использовать опоры либо быть подвесной. П-образная компоновка занимает намного меньше места, при этом тягодутьевые устройства располагаются на нулевой отметке. Котлы предусматривается для разных видов топлива, при этом расчет ведется индивидуально для зоны размещения котла, учитывая местные топливные ресурсы.

Принципиальная схема работы однобарабанных котлов БКЗ 160:

  1. Топливо подается в вертикальную топку, закрытой со всех сторон экранами, верх и низ которых объединены трубными коллекторами.
  2. На фронтовой стене топочной камере на 2-х ярусах размещены горелки в количестве от 2 до 8 единиц, в зависимости от производительности котла.
  3. В обогреваемых дымовыми газами экранах, нагревается котловая вода с образованием пароводяной смеси.
  4. Пароводяная смесь благодаря естественной циркуляции движется в верхние коллекторные устройства.
  5. Далее пароводяная смесь попадает в барабан и через выносные сепараторы направляется в паросборник.
  6. Нагретая в экономайзере питательная вода с большим давлением насосами направляется в верхний барабан для пополнения объема воды, который был выведен из водяного тракта отбором перегретого пара.
  7. По опускным более холодным трубам, котловая вода опускается из барабана в нижнюю коллекторную систему коллектора экранов, чтобы повторить цикл нагрева.
  8. Пар, очищенный от влаги в сепараторах из барабана котла направляется в пароперегреватели, которых установлено несколько: радиационный и конвекционный.
  9. После пароперегревателей пар идет для промышленного отбора на паровую турбину или для технологических процессов.
  10. В котле установлен воздухоподогреватель рекуперативного типа, где за счет температуры дымовых газов подогревается воздух для подачи в горелочное устройство. Обычно устанавливается двухступенчатая система подогрева воздуха, с температурой до 200 С.
  11. Дымосос поддерживает разрежение в топке минус 2 мм. в. ст.
  12. После топки дымовые газы направляются в межтрубное пространство пароперегревателей с температурой 1180 С, и далее в экономайзер с температурой 250 С и систему воздухообогрева с температурой 130 С. После чего дымосос выбрасывает уходящие газы в дымовую трубу.

Определение температур в топке бытовой печи.

Одним из важнейших вопросов при расчете и конструировании бытовой печи является правильное определение температур в топке. Именно там и возникает наиболее напряженный тепловой режим. Поэтому определение реальных температур в топке позволит правильно выбрать материал (кирпич) для стенок топки и саму конструкцию топки.

При сгорании дров полученное тепло нагревает, в первую очередь, продукты сгорания со средней теплоемкостью . И если не учитывать уход тепла в стенки печи, то при коэффициенте избытка воздуха α=1,0 для абсолютно сухой древесины будет получена максимальная температура продуктов сгорания, называемая «жаропроизводительностью» топлива или теоретической температурой горения [2].

Для абсолютно сухой древесины (при α=1,0) ≈ 2150 ᵒС.

Теоретическая температура продуктов сгорания, без учета потерь, изменяется в процессе сгорания дров и в общем случае будет равна:

= (ᵒС) (1),

где: тепло, полученное от сгорания дров (ккал);

средняя теплоемкость газов, =0,38 [1] ;

объем воздуха, расходуемый на сгорание дров (

объем дымовых газов от сгорания дров (

значок говорит о зависимости величин от времени процесса сгорания дров.

(Объемы воздуха и дополнительных газов берутся в при температуре Т= 0 ᵒС.)

Температура продуктов сгорания реально будет меньше, чем по выражению (1), из-за расхода части тепла на нагрев стенок топки. Причем, эта часть тепла может быть весьма значительной, например, в металлической печи.

Если обозначить тепло, уходящее на нагрев стенок топки (ккал), то:

= (ᵒС) (2).

Величина зависит от размеров топки, от свойств материала стенки и от времени сгорания дров.

С учетом выражения (1) можно записать:

= — ∆ , [3]

где: ∆ часть температуры продуктов сгорания, расходуемой на нагрев стенки.

Из выражения (1) видно, что для расчета температуры необходимо знать, с какой скоростью сгорают дрова в топке, как выделяется тепло и как при этом изменяется количественно воздух, входящий в печь. Объем дополнительных газов при сгорании дров можно также определить, зная скорость сгорания дров.

В работе [3] приведен пример такого расчета с помощью замера процесса сгорания 5,0 кг дров в печи ПДКШ-2,0 газовым анализатором и дальнейшего расчета с помощью таблиц Excel. Однако там не учтен объем дымовых газов. В работе [3] такая задача не ставилась. Для повышения точности конечных результатов были проведены дополнительные испытания печи ПДКШ-2,0 при сгорании 7,5 кг дров.

Если рассмотреть графики процесса сгорания дров, то видно, что изменение во времени достаточно точно соответствует скорости сгорания дров в печи. В дровах 50 % углерода, 6 % водорода и 44 % кислорода. И если принять, что эти составляющие пропорционально участвуют в процессе сгорания, то график изменения будет пропорционально соответствовать скорости сгорания дров.

Зная общую массу дров, сгоревших в печи, можно рассчитать, сколько дров сгорает в каждую единицу времени в течение всего процесса.

Поскольку при испытаниях печи ПДКШ-2,0 замеры делались через две минуты, то для дальнейших расчетов и был принят временной промежуток в две минуты.

Все испытания печи ПДКШ-2,0 проводились с замерами входного воздуха анемометром, что позволяет повысить точность расчетов.

Распределение скорости сгорания дров в процессе горения определялось по следующей формуле:

= * (%) (4),

где: – количество дров, сгоревших на каком-то конкретном участке процесса сгорания дров(кг);

– вся масса дров, сгоревшая в топке (кг);

– значение на каком-то конкретном участке сгорания дров (%);

– сумма значений на всех измеряемых участках (%).

Распределение дополнительного объем дымовых газов в процессе сгорания дров:

=0,89* () (5).

При сгорании 1,0 кг дров с влажностью W=20-25 % выделяется 0,89 дополнительных дымовых газов (при температуре 0 ᵒС).

Распределение тепла в процессе сгорания дров:

= * 3300 (ккал) (6 ).

Для дров с W=20-25 % = 3300 (ккал).

Тогда из выражения (1) для конкретного случая:

= (ᵒС) (7).

Величина входного воздуха определяется по показаниям анемометра. В случае отсутствия на входе печи анемометра величину для каждого значения можно определить расчетным путем:

= * * ( (8),

где: объем воздуха при стехиометрическом режиме горения для абсолютно сухих дров массой 1,0 кг = 4,62 ;

для 1,0 кг дров с влажностью W=20-25 % = 3,6 ,

– коэффициент избытка воздуха соответствующий массе сгорающих дров

Тогда для дров с влажностью W=20-25 %:

= (ᵒС) (9),

для дров с любой влажностью:

= (ᵒС) (10),

где: теплотворная способность абсолютно сухих дров = 4400 ккал).

= (ᵒС) (11).

На рисунке 1 показано расположение термопар в печи ПДКШ-2,0.

Рисунок 1. Расположение термопар в печи ПДКШ-2,0

Термопары вмонтированы в массив кирпича так, что измерительная часть термопары находится на поверхности кирпича на глубине 1 мм. То есть термопары измеряют реальные температуры на внутренних поверхностях кирпичей топки.

На рисунке 2 представлены результаты испытаний и расчетов печи ПДКШ-2,0 при сжигании 7,5 кг березовых дров. Количество входного воздуха в печь измерялось анемометром. Одновременно термопарами проводились замеры температур на внутренних поверхностях стенок топки.

Анализ и расчет характеристик печи производится обычно на участке с начальным и конечным значением =0,25 ,

где: – максимальное значение на участке сгорания дров.

На графиках этот участок обозначен как зона определения параметров процесса. Примерно со 2-й по 70-ю минуту включительно.

Рисунок 2. Графики испытаний и расчет характеристик печи ПДКШ-2,0

Из рисунка 2 видно, что форма изменения практически совпадает с изменением . Зависимость от можно в общем виде записать, как :

=К* (12),

где: К коэффициент пропорциональности, между значениями и температурой продуктов сгорания (

К ≈ 103 ( (13).

На рисунке 3 приведены графики изменения температуры продуктов сгорания в зависимости от влажности древесины, коэффициента избытка воздуха и величины , полученные из выражения (11).

Рисунок 3. Изменение температуры продуктов сгорания

Как видно из рисунка 3, в процессе сгорания дров температура продуктов сгорания сильно зависит от коэффициента избытка воздуха и мало зависит от влажности (W=10–30 %) дров.

Из графиков рисунок 2 и 3 видно, что процесс сгорания дров очень нестабилен во времени, что приводит к очень большому разбросу измеряемых параметров и к изменению температуры продуктов сгорания в большом диапазоне. Поэтому будет правильным определять среднее значение температуры на участке зоны определения параметров, хотя точность расчетов при этом снижается. На этом участке средняя температура продуктов сгорания равна 1200 ᵒС.

Практический интерес представляет определение температуры продуктов сгорания с учетом потерь тепла на нагрев стенок топки, т.е. определение реальных температур газов в топке . Из графиков на рисунке 2 видно, что максимальные температуры на внутренних поверхностях стенки Т з.В. и Т б.В составляют 580-650 ᵒС.

Температура в нижней части топки Т б.Н. достигает величины 800 ᵒС. Но величина этой температуры связана, в первую очередь, с образованием углей в нижней части топки, которые своим излучением и нагревают низ топки. Температура углей около 1100 ᵒС.

В работе [4] представлены данные по нагреву поверхностей шамотного и красного кирпичей при различных температурах внутри топки для установившегося режима.

Учитывая, что внутренние температуры на кирпичах устанавливаются при нагреве достаточно быстро, можно определить примерную разницу между температурой топки и температурой внутренней поверхности кирпича и по значениям внутренних температур Т.з.В. и Т б.В. определить температуры газов в топке. Средняя температура продуктов сгорания в топке с учетом расхода тепла на нагрев стенок составит 800-900 ᵒС. Тогда потери температуры на нагрев стенок топки составят 25-33% от И, соответственно, в среднем 25-33 % тепла от сгорания дров уходит в стенки топки.

Выводы.

Приведенный подход позволяет достаточно точно с помощью газового анализатора рассчитать теоретические температуры продуктов сгорания и определить примерные реальные средние температуры газов в топке бытовой печи.

Измерение разряжения

В котельных аварийные ситуации крайне нежелательны, так как от них многое зависит, могут быть жертвы среди обслуживающего персонала. Но даже в небольшом доме печь или котел должны работать исправно. Множество датчиков постоянно отслеживают работу устройства. Существует датчик разряжения в топке. Есть несколько разных конструкций датчика, главное, чтобы он исправно работал.

Датчик может измерять разрешение, или реагировать на превышение определенного значения. На предприятиях от датчика сигнал передается на устройство оповещения: световое, звуковое, электромагнитное. И сотрудники или автоматика принимают меры для стабилизации ситуации. Например, может быть уменьшен приток воздуха или топлива. Принимаемые меры зависят от конструкции конкретного котла или топки.

Допускается ли слив конденсата в канализацию?

Во время работы газового котла образуются оксиды, которые вступают в реакцию с водяным паром. В результате образуется угольная и серная кислоты, средний показатель рН которых — 4. Для сравнения, рН пива — 4,5.

Кислотный раствор настолько слаб, что никаких ограничений на сброс в общественную канализацию нет. Это правило применимо в случае, если формирование конденсата произошло на трубе газового котла, работающего в квартире.

Единственное условие — конденсат должен быть разбавлен сточными водами 1 к 25. Если мощность котла более 200 кВт, необходимо ставить нейтрализатор конденсата. Это требование указывается производителем в паспорте оборудования.

В автономную канализацию, отводящую стоки в септик с анаэробными бактериями или в станцию глубокой очистки с применением анаэробов и аэробов, сбор конденсата невозможен. Он погубит задействованную в процессе очистки биологическую среду.

Воздух для горения газа

Если брать воздух из общего вентиляционного канала, то это плохо отразится на работе системы. Связано это с тем, что вентканал имеет общие стенки с ванной, кухней или туалетом. Если на улице отрицательная температура, то в вентканале через некоторое время температура составит 1 градус, а в комнате смежной с каналом будет некомфортная атмосфера. Согласитесь, неприятно находится в холодной ванной или готовить на прохладной кухне. Поэтому не желательно брать воздух из общего вентиляционного канала.

При выборе дымохода учитывайте мощность котла

При выборе дымоходной системы обязательно необходимо учитывать мощность газ котла. Чем выше мощность, тем выше будет температура сгорания топлива. Это обязательно отражается на выходящих газах. Значение мощности помогает правильно выбрать диаметр и длину трубы. К примеру, для котла мощностью 300 кВт необходима труба диаметром 150 мм.

Обычно в инструкции по применению указаны не только технические характеристики отопительного оборудования, но и имеются рекомендации по выбору и установке дымоходной системе. При необходимости обратитесь за помощью к специалисту, если сами не можете правильно рассчитать оптимальные параметры дымоходной трубы.

Защита твердотопливного котла от низкотемпературной коррозии

В режиме растопки котла при температуре теплоносителя менее 55-65 град. на поверхности теплообменника в котле из дымовых газов выпадает конденсат. Конденсат смешивается с продуктами сгорания топлива и постепенно забивает теплообменник, что снижает КПД котла. Кроме того, отложения содержат кислоту, которая ускоряет коррозию металла и значительно сокращает срок службы котла и дымохода.

Для защиты котла от низкотемпературной коррозии температуру воды в обратном трубопроводе, на входе в котел, при растопке необходимо как можно быстрее поднять выше 55-65 градусов и не снижать её в дальнейшем.

Схема защиты котла от низкотемпературнойкоррозии.
При растопке котла теплоноситель циркулирует только по котловому контуру
КК

Узел защиты котла от низкотемпературной коррозии, (поз.6 на схеме отопления) делит схему на два контура — на схеме защиты котла, КК — котловой контур и ОК — отопительный контур.

При растопке котла трехходовой клапан направляет циркуляцию теплоносителя по котловому контуру, мимо отопительных приборов. В результате теплоноситель и котел быстро прогреваются.

После повышения температуры теплоносителя в котловом контуре более 55-65 градусов, трехходовой клапан начинает постепенно подмешивать, добавлять воду из отопительного контура.

Таким образом, циркуляция теплоносителя в отопительном контуре начинается только после того, как котловой контур быстро прогреется. Температура воды в обратном трубопроводе на входе в котел, пока горит топливо в котле, всегда остается выше 55-65 градусов.

Размеры и сечение дымохода

Чтобы рассчитать площадь сечения дымоходной трубы, нужно учитывать размеры патрубка, который имеется в газовом котле. Пропускная способность дымохода в результате должна быть не меньше самого патрубка. К дымоходу можно подключить сразу два отопительных котла, но их вводы можно размещать только на разных уровнях, а расстояние между ними должно быть не менее 0,5 м. Сечение трубы при подключении двух котлов равняется сумме их мощности, умноженной на 5,5.

труба под газовый котел

Разбираясь, какой дымоход нужен для газового котла, нужно учитывать не только его площадь, но и форму сечения. Сечение дымоходной трубы может иметь прямоугольную или круглую форму. Поток дыма перемещается внутри трубы по спиралевидной траектории, поэтому наличие разных углов будет ему мешать. Именно из-за этого предпочтение желательно отдать дымоходу с круглым сечением труб, которые обеспечивают более высокую тягу.

Принцип работы

Газовые котлы, которые работают за счет природного или сжиженного газа, используют часть энергии, выделяемой в процессе сгорания топлива. Все газы, которые имеют высокую температуру и могли бы еще участвовать в процессе обогрева, выводятся наружу через дымоход, тем самым выпуская неиспользованное тепло на улицу.

Конденсационный тип котлов использует все возможные тепловые ресурсы, которые появляются не только во время сгорания топлива, но и при образовании горячего водяного пара, который содержится в выводимом дыме. Такой пар поступает в специальный теплообменник, там охлаждается и со временем превращается в конденсат. Во время всего этого процесса происходит высвобождение небольшого количества тепла. После этого весь конденсат переносится в отдельный сборник, а тепло – в саму систему отопления. Благодаря этому такие модели позволяют получить высший КПД по сравнению с другими видами котлов.

Важно! Такие виды конденсационного оборудования подходят не только для обычного радиаторного отопления и подогрева воды для бытовых нужд, но и для теплых полов.

Для того чтобы избежать негативного воздействия пара с различными примесями на окружающую среду, при создании теплообменников используется нержавеющая сталь или силумин, которые предотвращают выход вредных микроэлементов. Кроме этого, весь процесс появления конденсата постоянно контролируется благодаря тому, что используется самое оптимальное соотношение воздуха и топлива (газа). Камера, в которой происходит сгорание, полностью изолирована от помещения, что делает прибор безопасным для использования в качестве отопительного прибора.

В целом, устройство конденсационного прибора в чем-то похоже на устройство обычного газового котла. Для его работы используются:

  1. теплообменник, который выполнен из материала, не подверженного воздействию коррозии, разделен на две специальные секции. В первой происходит нагревание теплоносителя, после чего все полученные продукты сгорания перемещаются во вторую секцию, которая значительно отличается по температуре. Под действием небольших температур необходимая энергия оделяется, и водяной пар превращается в конденсат;
  2. специальная изолированная камера сгорания с дымоходом. В ней контролируется движение всех продуктов, которые получились при сгорании газа, а также осуществляется их насыщение кислородом;
  3. специальный вентилятор, установленный перед теплообменником. Благодаря измененному количеству оборотов вентилятора есть возможность контроля над поступлением воздуха и газа;
  4. керамический или термостойкий пластиковый дымоход. С его помощью происходит выделение дыма наружу; температура его не превышает 70 градусов;
  5. насос, с помощью которого происходит удаление газов, имеющий электронное управление. Он позволяет контролировать работу устройства, а также снижает шум, появляющийся при функционировании, и настраивает наиболее подходящий режим;
  6. специальная система, позволяющая удалять конденсат, оседающий на стенках в теплообменнике.

Вам будет интересно >> Требования к монтажу газовых отопительных котлов

Все элементы прибора выполнены из материалов наивысшего качества, что делает его долговечным.

Принцип работы конденсационного котла

От группы МЕТА

Целых четыре варианта топок для каминов выпускает компания МЕТА:

  • ARDENFIRE – чугунные топки МЕТА, изготавливаемые во Франции. У данной модели имеются термоустойчивые стекла для наблюдения за процессом. Они обладают хорошей теплоотдачей, долговечны. Все разъемы дополнительно уплотняются специальным шнуром.
  • EUROKAMIN – все модели собираются из деталей, изготовленных в Европе. Они также оснащаются специальными стеклами. Печь отличает хорошая теплоотдача, устойчивость к высоким температурам.
  • METAFIRE – топки, разработанные для каминов. Основа изготавливается из стали, камера дополнительно выкладывается огнеупорными плитами. Топки в этих моделях можно регулировать по высоте, также встроены стекла. Цена и качество у этих моделей хорошо сбалансированы.
  • Каминетти – это одна из новинок. Чугунная топка изнутри облицована высококачественной сталью. Имеет термоустойчивые стекла. Характеризуется быстрым нагревом помещения, обладает небольшими габаритами, эстетически красивы.

Топка МЕТА

Расчет теплообмена в топке котла

Расчеты топок в деталях весьма разнообразны, как разнообразны их конструкции. Поэтому ближнего жесткого порядка расчета не существует. Общий порядок изложен в «Нормативных методах» Тепловых расчетов котельных агрегатов М-Л, ГЭИ, 1973, 1977 гг. и раздела 7.3.4. настоящего справочника.

Ниже в качестве примера приводится продолжение расчета модернизации водогрейного водотрубного котла шатрового типа НР-18 (рис. Пр-1).

Наименование величины Обозначение Расчетная формула или способ определения Размерность Величина
1 2 3 4 5
Объем топочной камеры, в т.ч. камеры охлаждения продуктов сгорания По конструктивным данным м3 15,7
Поверхность стен топочной камеры Fст По конструктивным данным (см. примечания) м2 40,0
Лучевоспринимающая поверхность топочной камеры По конструктивным данным (см. примечания) м2 24,0
Эффективная толщина газового слоя S 3,6 Vт/Fст м 1,4
Коэффициент избытка воздуха α Из расчета горения (пример 1.1) 1,2
Полезное тепловыделение в топке Qpр ⋅ (100 – q3)/100 кДж/нм3 (ккал/нм3) 35746 (8538)
Теоретическаятемпература горения топлива Из расчета горения (пример 1.1) °C 1775
Температура газов на выходе из топки Задаемся с последующим уточнением °C 750
Суммарная объемная доля H2O и CO2 в дымовых газах rп Из расчета горения (пример 1.1) % 100 0,253
Суммарное парциальное давление газов (котел работает без наддува) Pп % CO2 + H2O или % CO2 + H2O/100 кПа кгс/см2 25,3 0,253
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами См. примечания к примеру 1.8 рис. Пр-3 1,05
Коэффициент ослабления лучей топочной средой k kг ⋅ rп 0,316
Степень черноты факела a См. примечания к расчету — рис. Пр-4 0,355
Коэффициент, характеризующий температурное поле топки β См. примечания к расчету — табл. Пр-11 1,0
Эффективная степень черноты факела β ⋅ a 0,355
Угловой коэффициент экранов x См. рис. Пр-7 ~1
1 2 3 4 5
Коэффициент, учитывающий загрязнения или изоляцию (покрытия) экранов ζ См. табл. Пр-12 0,65
Коэффициент тепловой эффективности экранов ψ x ⋅ ζ 0,65
Степень черноты топки am См. примечания к расчету — рис. Пр-5 0,375
Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки Iух.топ. По табл. I-t (пример №6) кДж/нм3 (ккал/нм3) 13921 (3325)
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания VCср Qт –Iух.топ. tа – tт кДж/нм3⋅К (ккал/нм3⋅гр) 21,29 (5,09)
Расстояние от пода до зоны tmax По конструктивным данным м 1,8
Расстояние от пода до середины окна отбора дымовых газов По конструктивным данным м 2,0
Относительное месторасположение по высоте топки максимума температур hт/Hт 0,9
Параметр «М» (при сжигании газа и мазута) М 0,54 – 0,2 ⋅ xт 0,36
Температура газов на выходе из топки (уточнение) t ′т Ta
/[(

M ⋅ 5,67 ⋅ ψ⋅

Fcm

am

T a 3/

1011 ⋅ ϕ ⋅ Bp

VCcp /3600 кДж/(нм3 ⋅ К))0,6+ 1]–273

или Ta

/[(

M ⋅ 4,9 ⋅ ψ⋅

Fcm

am

T a 3/ 108 ⋅ ϕ ⋅

Bp

VCcp ккал/(нм3 ⋅ гр))0,6+ 1]–273

°C ∼700
Энтальпия газов на выходе из топки (уточнение) I′у х.топ. По табл. I-t (пример №6) кДж/нм3 (ккал/нм3) 12903 (3082)
Количество тепла, воспринятое топкой ϕ ⋅ (QТ – I′у х.топ.) кДж/нм3 (ккал/нм3) ∼23027 (∼5500)
1 2 3 4 5
Тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности Bp ⋅ Qл/Нл МДж/м2 ⋅ ч м2 ⋅ ч 122,0 (29,15.103)
Видимое теплонапряжение топочного объема Q/V Bp ⋅ Qpр /Vт МДж/м3 ⋅ ч м3 ⋅ ч 289,6 (0,06917⋅106)

1.8.1. Примечания к примеру №8 расчета теплообмена в топке

Если задана температура газов на выходе из топки, то поверхность стен Fст, м2, топки определяют по формулам:

Fст

= [

Bp

/3600 кДж/нм3] ⋅ 3 √ [1/M2⋅ (Ta/Tm– 1 )2]/[5,67 ⋅ 10–11 ⋅ M

am ⋅ ψ⋅ Tт

T a3 ] , м2 или

Fст

= [

Bp

ккал/нм3] ⋅ 3 √ [1/M2⋅ (Ta/Tm– 1 )2]/[4,9 ⋅ 10–8 ⋅ M

am ⋅ ψ⋅ Tт

T a3 ] , м2

Таблица Пр-11. Значение коэффициентов, характеризующих температурное поле топки — â

Вид пламени коэффициент
β
Несветящееся пламя от сжигания газообразных топлив, а также при слоевом и факельно-слоевом сжигании антрацитов и тощих углей 1,00
Светящееся пламя при сжигании жидких топлив 0,75
Светящееся пламя при сжигании твердых топлив, богатых летучими, и полусветящееся пламя при камерном сжигании антрацитов и тощих углей 0,65

Таблица Пр-12.
Значение коэффициентов, учитывающих снижение тепловосприятий — æ

Тип экрана Вид топлива Условный коэффициент загрязнения —
ζ
Открытые гладкотрубные экраны. Плавниковые экраны. Экраны с чугунными плитами. Газообразное топливо 0,65
Жидкое топливо и твердое топливо, сжигаемое в слое 0,55
Твердое топливо при камерном сжигании 0,45 ÷ 0,35
Зашипованные экраны, покрытые хромитовой обмазкой Все виды топлив 0,2
Экраны, закрытые огнеупорным кирпичом или бетоном Все виды топлив 0,1

Таблица Пр-6А.
Энтальпия газов Ito , кДж/нм3 (ккал/нм3) при 101,3 кПа (760 мм рт.ст.)

t, °C CO2 SO2 H2O H2S N2 O2 CO H2 CH4 C2H4 C2H6 C2H8 C4H10 C8H12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
100 170,0 (40,6) 181,3 (43,3) 150,7 (36,0) 153,2
(36,6)
129,8
(31,0)
131,9
(31,5)
130,2
(31,1)
129,0
(30,8)
164,1
(39,2)
206,4
(49,3)
249,5
(59,6)
392,7
(93,8)
470,6
(112,4)
583,6 (139,4)
200 357,6 (85,4) 377,6 (90,2) 304,4 (72,7) 312,3 (74,6) 260,0 (62,1) 267,1 (63,8) 261,3 (62,4) 259,6 (62,0) 351,7 (84,0) 456,4 (109,0) 554,8 (132,5) 793,0 (189,4) 1051,3 (251,1) 1302,9 (311,2)
300 558,9 (133,5) 586,6 (140,1) 462,6 (110,5) 478,6 (114,3) 391,9 (93,6) 407,0 (97,2) 395,2 (94,4) 389,8 (93,1) 560,0 (135,2) 748,6 (178,8) 913,1 (218,1) 1310,9 (313,1) 1731,7 (413,6) 2140,7 (511,3)
400 772,0
(184,4)
807,2
(192,8)
626,3
(149,6)
653,1
(156,0)
526,7
(125,8)
551,0
(131,6)
531,7
(127,0)
520,8
(124,4)
806,4
(192,6)
1074,3
(256,6)
1323,4
(316,1)
1903,7
(454,7)
2506,6
(598,7)
3096,1 (739,5)
500 994,4 (237,5) 1034,1 (247,0) 795,1 (189,9) 835,3
(199,5)
664,0
(158,6)
699,2
(167,0)
671,6
(160,4)
652,7
(155,9)
1070,1
(255,6)
1431,9
(342,0)
1776,5
(424,3)
2546,8
(608,3)
3344,4
(798,8)
4128,2 (986,0)
600 1224,6 (292,5) 1268,6 (303,0) 968,8 (231,4) 1024,9 (244,8) 804,3 (192,1) 849,9 (203,0) 814,3 (194,5) 784,6 (187,4) 1356,5 (324,0) 1815,4 (433,6) 2266,7 (541,4) 3259,0 (778,4) 4268,9 (1019,6) 5269,5 (1258,6)
700 1462,0 (349,2) 1506,4 (359,8) 1148,9 (274,4) 1222,1 (291,9) 947,5 (226,3) 1004,0 (239,8) 960,5 (229,4) 918,6 (219,4) 1588,5 (397,4) 2219,0 (530,0) 2790,5 (666,5) 4006,3 (956,9) 5239,4 (1251,4) 6461,9 (1543,4)
800 1704,9
(407,2)
1745,1
(416,8)
1334,3
(318,7)
1426,9
(340,8)
1093,6
(261,2)
1159,7
(277,0)
1109,1
(264,9)
1053,4
(251,6)
1995,4
(476,6)
2646,5
(632,1)
3344,8
(798,9)
4790,5
(1144,2)
6246,3
(1491,9)
7699,9 (1839,1)
900 1952,3 (466,3) 1993,3 (476,1) 1526,1 (364,5) 1635,4
(390,6)
1241,8
(296,6)
1318,0
(314,8)
1259,8
(300,9)
1190,3
(284,3)
2342,1
(559,4)
3088,2
(737,6)
3925,5
(937,6)
5608,2
(1339,5)
7302,6
(1744,2)
8992,4 (2147,8)
1000 2203,5 (526,3) 2235,8 (534,0) 1722,9 (411,5) 1850,6 (442,0) 1391,7 (332,4) 1477,5 (352,9) 1412,6 (337,4) 1328,9 (317,4) 2699,2 (644,7) 3547,1 (847,2) 4529,3 (1081,8) 6461,1 (1543,2) 8403,7 (2007,2) 10344,2 (2470,7)
1100 2458,5 (587,2) 2487,0 (594,0) 1925,1 (459,8) 2072,5 (495,0) 1543,7 (368,7) 1638,3 (391,3) 1567,1 (374,3) 1469,6 (351,0) 3065,2 (732,1) 4021,0 (960,4) 5152,3 (1230,6) 7345,3 (1754,4) 9546,3 (2280,1) 11746,9 (2805,7)
1200 2716,4
(648,8)
2733,1
(652,8)
2132,3
(509,3)
2291,0
(547,2)
1697,3
(405,4)
1800,7
(430,1)
1723,3
(411,6)
1611,9
(385,0)
3435,7
(820,6)
4503,3
(1075,6)
5790,3
(1383,0)
8257,6
(1972,3)
10725,7
(2561,8)
13195,5 (3151,7)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1300 2976,8 (711,0) 2343,8 (559,8) 1852,7
(442,5)
1963,6
(469,0)
1880,7
(449,2)
1756,4
(419,5)
1400 3238,9 (773,6) 2559,0 (611,2) 2008,8 (479,8) 2128,2 (508,3) 2039,4 (487,1) 1902,5 (454,4)
1500 3503,1 (836,7) 2779,2 (663,8) 2166,2 (517,4) 2294,4 (548,0) 2198,9 (525,2) 2051,1 (489,9)
1600 3769,0
(900,2)
3002,0
(717,0)
2324,5
(55,2)
2460,6
(587,7)
2359,3
(563,5)
2200,6
(525,6)
1700 4036,5 (964,1) 3229,3 (771,3) 2484,0
(593,3)
2628,5
(627,8)
2520,5
(602,0)
2351,7
(561,7)
1800 4304,9 (1028,2) 3458,3 (826,0) 2643,5 (631,4) 2797,6 (668,2) 2682,1 (640,6) 2505,0 (598,3)
1900 4572,0 (1092,5) 3690,2 (881,4) 2804,3 (669,8) 2967,2 (708,7) 2844,5 (679,4) 2659,5 (635,2)
2000 4844,1
(1157,0)
3925,5
(937,6)
2965,1
(708,2)
3138,4
(749,6)
3007,8
(718,4)
2815,2
(672,4)
2100 5115,4 (1221,8) 4163,4 (994,4) 3127,5
(747,0)
3307,6
(790,4)
3171,5
(757,5)
2971,8
(709,8)
2200 5386,7 (1286,6) 4402,0 (1051,4) 3289,2 (785,6) 3482,6 (831,8) 3335,2 (796,6) 3130,1 (747,6)
2300 5658,5 (1351,5) 4643,6 (1109,1) 3452,4 (824,6) 3656,3 (873,3) 3499,3 (835,8) 3289,6 (785,7)
2400 5930,6
(1416,5)
4887,7
(1167,4)
3615,3
(863,5)
3831,3
(915,1)
3664,7
(875,3)
3449,5
(823,9)
2500 6202,7
(1481,5)
5132,2
(1225,8)
3778,6
(902,5)
4006,8
(957,0)
3830,1
(914,8)
3612,4
(862,8)

( ) ( )
( )

( )

Рис. Пр-3. Номограмма для определения коэффициента ослабления лучей трехатомными газами – kг.: ϑ = tT = 750 °C; rH2O = H2O/100 = 17,3/100 = 0,173 ;

Pn

S = 25,3 ⋅ 1,4 ≈ 35 м⋅кПа или

Pn

S = 0,253 ⋅ 1,4 ≈ 0,35 м⋅кгс/см2 kг=1,25 Рис. Пр-4. Номограмма для определения степени черноты факела – a. при:

k ⋅ 98–1

p

s = 0,316 ⋅ 98 ⋅ 1,4/98 = 0,44 («СИ») или при:

k

p

s = 0,316 ⋅ 1 ⋅ 1,4 («МКГСС»)

а=0,355

Рис. Пр-5. Номограмма для определения степени черноты экранированных камерных топок – am

Если не задана лучевоспринимающая поверхность – Hл, то ее определяют по формуле:

Hл = (FCT – f) ⋅ x, м2

где: f – площадь топки, не занятая трубными экранами (амбразуры горелки, лазы и т.п.);

x – угловой коэффициент (рис. Пр-6, Пр-7, Пр-8);

*

Fст – полная поверхность стен топки в м2.

*

При наличии экрана двустороннего облучения к фактической величине поверхности добавляется удвоенное произведение расстояния между осями крайних труб этого экрана на освещенную длину труб.

Рис. Пр-7. Угловой коэффициент двухрядного гладкотрубного экрана: 1 – с учетом излучения обмуровки при e≥1,4d; 2 – с учетом излучения обмуровки при e≥1,4d; 3 – без учета излучения обмуровки

При наличии экрана двустороннего облучения к фактической величине поверхности добавляется удвоенное произведение расстояния между осями крайних труб этого экрана на освещенную длину труб.

Рис. Пр-8. Угловой коэффициент однорядного экрана из гладких труб разных диаметров: I – для всего экрана; II – для труб малого диаметра. ξ – условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающих поверхностей – принимается по таблице

Коэффициент тепловой эффективности экранов: ψ = x ⋅ ζ, а в случае, когда стены топки закрыты участками экрана с различными коэффициентами эффективности ψср = ∑ψi ⋅ Fст ⋅ i/Fст .

Если в топке сжигается твердое топливо, то:

— параметр «М» при камерном сжигании высокореакционных твердых топлив и слоевом сжигании твердых топлив всех типов рассчитывают по формуле: М = 0,59 – 0,5 ⋅ xт;

— при камерном сжигании малореакционных твердых топлив (угля АШ и Т), а также каменных углей и высокой зольностью – по формуле: М = 0,56 – 0,5 ⋅ xт;

— коэффициент ослабления лучей топочной средой для светящегося пламени рассчитывают по формуле: k = 1,6 ⋅ ТТ/1000 – 0,5;

— для полусветящегося пламени – по формуле: k = kr ⋅ rn + kn ⋅ µ

где: µ – концентрация золы в дымовых газах перед выходом из топки в г/нм3;

kп – коэффициент ослабления лучей в объеме, заполненном золовой пылью, рис. Пр-9.

— для топок со светящимся пламенем при сжигании жидких топлив и твердых топлив, богатых летучими, при S>2,5 м принимается a=1 и величину k определять не нужно.

Рис. Пр-9. Номограмма для определения коэффициента ослабления лучей в объеме, заполненном золовой пылью – kп: 1 – при сжигании углей, размолотых в барабанно-шаровых мельницах; 2 – при сжигании углей, размолотых в среднеходных и быстроходных мельницах; 3 – при сжигании углей и сланцев, размолотых в шахтных мельницах; 4 – при сжигании фрезерного торфа в шахтно-мельничных топках

Размышления о целесообразности

Вы строите или реконструируете дом и дымоход. Позволим несколько рекомендаций с выбором котла – дымохода – системы отопления. Для гарантированного и экономичного отопления дома лучше использовать экономичный турбированный газовый котел. Если правильно просчитать систему обогрева дома, лучше использовать конденсационный котел, для реализации его высокого КПД с низкотемпературным теплоносителем обустроить теплые полы. Турбированные газовые котлы экономичнее атмосферных коллег до 15%, что наиболее заметно при площадях жилища более 150м2.

Гарантированный обогрев реализуется альтернативным топливом (ССЫЛКА «Выбор топлива). Для твердотопливного или жидкотопливного котла строим качественный дымоход по вышеуказанным рекомендациям. Это же относится и к каминам и декоративным изразцовым печам.

Тепла вашему дому.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...