Если бы все тепло, развиваемое в топке, пошло на нагревание га­зов, то температура в топочной камере была бы равна теоретической температуре горения. Так как во внутренних и удлиненных топках локомобильных котлов часть тепла передается лучеиспусканием поверх­ности нагрева, окружающей топочную камеру, то температура в топке всегда будет ниже температуры горения.

Напишем уравнение теплового баланса топки:

BQm — BQp = ВІ0 ккал/час, (102)

где Qp — тепло 1 кг сожженного топлива, воспринятое радиационными
поверхностями нагрева (экраном) топки, в ккал/кг',

/0 — теплосодержание газов, полученных при сгорании 1 кг топ­лива на выходе из топки, в ккал/кг.

Так как по уравнению (97) Qm = Im, то тепло 1 кг сожженного топлива, воспринятое радиационными поверхностями нагрева топки, будет равно

Qp = Qm — 70 = 1т — А) ккал1кг - (103>

Тепло, передаваемое радиационным поверхностям топки, получается как бы за счет уменьшения теплосодержания газов при понижении их температуры от tm до t0c С и может быть выражено произведением средней суммарной теплоемкости их на разность температур

и *о:

А» ”А> “4)2^-

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания может быть вычислена по формуле:

У Vr= = О?—к ккал/кг °С.

•“ *т ‘о ‘от ‘О

При проверочном расчете, зная часовой расход топлива и коли­чество тепла Qm ккал/кг и задавшись величиной температуры газов на выходе из топки /0, определяем среднюю суммарную теплоемкость га­зов и проверяем принятую нами температуру t0 по формуле

Гурвича:

где 4,96* 10”8 — коэфициент излучения абсолютно черного тела в ккал/мгчас град.4; є — степень черноты топки;

Нр — размещенная в топке эффективная радиационная по­верхность нагрева в мг

; — коэфициент, учитывающий обратную теплоотдачу ра­диационной поверхности и равный отношению соб­ственного излучения этой поверхности к количеству тепла, падающего на экран.

Эффективной радиационной поверхностью топок котлов паровозного типа и цилиндрических является поверхность стенок огневой коробки (жаровой трубы).

Степень черноты топочного излучения рассчитывается по формуле

где х — коэфициент загрязнения, величина которого зависит от рода топлива и способа его сжигания; а — степень черноты пламени; ф — степень экранирования.

Коэфициент загрязнения топочных поверхностей нагрева % выби­рается по данным табл. 15, а степень черноты пламени а — по табл. 16.

Степень экранирования ф выражается формулой

(107)

где Fcm — полная поверхность стен топочной камеры в м2.

Коэфициент І;, учитывающий обратную теплоотдачу радиационной поверхности, определяется по формуле

Qsffp

pBQm + Q^p ’

где р — коэфициент, учитывающий долю тепла, переданного размещен­ным в топке радиационным поверхностям;

Qa — сооственное излучение поверхности экрана в ккал/м2час.

Доля тепла, передаваемая радиационным поверхностям топки, равна

(109)

а собственное излучение поверхности экрана

&= 4,0.10-8G.7^m ккал/м2час, (110)

где 4,0-10-8 — коэфициент излучения экранной (радиационной) поверх­ности в ккал'мНас град.4;

Тст — абсолютная температура стенки экрана в °К.

Для гладкотрубных экранов, котельных труб и стенок огневых коробок принимают, что температура стенки равна температуре кипе­ния воды в котле.

Так как обратная отдача радиационных поверхностей, имеющих температуру ниже 300°, ничтожна, то ввиду незначительности вели­чины коэфициента £ ее принимают в этом случае равной нулю: 1=0.

Если температура газов на выходе из топки, полученная расчетом по формуле (105), расходится с температурой, предварительно принятой, на величину больше 100°, подсчет необходимо произвести вторично.

В расчетах необходимо учитывать, что повышение температуры в топке выше 1550° может угрожать прочности кирпичной кладки.

Существенное влияние на температуру топки оказывает величина поверхности, воспринимающей лучистую теплоту. Чем больше эта по­верхность, тем больше ею будет воспринято лучистой теплоты, тем ниже будет температура топки.

Развитие современной котельной техники направлено в сторону увеличения радиационных поверхностей в топках котлов. За счет интен­сивной передачи тепла лучеиспусканием в топке представляется воз­можным уменьшить величину поверхности нагрева котла и тем самым уменьшить вес котельной установки, а следовательно, и ее стоимость.

При применении для отопления котлов торфа и дров большой влаж­ности, а также многозольных и влажных бурых углей в топке за счет сильного теплоизлучения получается температура, недостаточная для обеспечения устойчивого горения. В этом случае необходимо при­менить внешнюю топку, в которой отдача тепла лучеиспусканием почти отсутствует и получается увеличение температуры в топочной камере, и горение становится устойчивым. Размеры топки при этом можно увеличить, что приведет к повышению производительности котла.

При сжигании топлив низкою качества рекомендуется в топку по­давать горячий воздух и процесс горения вести при пониженных коэ - фициентах избытка воздуха.

Температура газов на выходе из топки должна быть на 50—100° ниже температуры размягчения золы, для того чтобы уносимая с газами зола не могла шлаковаться на поверхности нагрева.

Зная температуру газов на выходе из тонки tQ, следует определить тепло, переданное радиационной поверхности по формуле (103):

Qp=Qm — 7о ккал/кг

или по формуле

Qp = lLQm ккал/кг,

Где р — коэфициент, определяемый по формуле (109).

Радиационные поверхности нагрева, получающие тепло в основном за счет излучения горящего топлива, должны представлять собой стенки топочной камеры, так как только в этом случае они будут открыты для восприятия тепла.

В котлах паровозного типа и цилиндрических при внутреннем рас­положении топок радиационными поверхностями служат поверхности стенок огневых коробок (см. фиг. 48, 52 и 53). Степень экранирова­ния этих топок равна единице.

В водотрубных котлах с внутренней топкой (см. фиг. 42, 43 и 45) радиационные поверхности (экраны) образуются трубами, представля­ющими как бы стенки топочной камеры. Трубы размещаются вплотную друг к другу или с зазорами Иногда торцевые стенки топочной камеры выложены огнеупорным кирпичом. Степень экранирования таких топок различна и зависит от того, какую долю поверхности стенок камеры занимают экраны.

В прямоточных котлах (см. фиг. 47) степень экранирования почти всегда меньше единицы, так как часть стенок топочной камеры футерована.

В удлиненных топках цилиндрических котлов (см. фиг. 54) степень экранирования меньше единицы за счет футеровки предтопка. Еще меньше степень экранирования во внешних топках. При узкой горло­вине, соединяющей топочную камеру с огневой коробкой, она очень •невелика.

Радиационные поверхности получают и передают рабочему телу — воде большое количество тепла. Теплонапряженность радиационной по­верхности выражается отношением количества полученного тепла к вели­чине поверхности нагрева:

О QnB

-гг — - гг - ккал/м2час. (112)

/7 Гір

Теплонапряженность радиационных поверхностей очень велика и до­стигает 100 000 ккал! м2час. Для локомобиля марки П-25, например, при номинальной нагрузке и отоплении дровами, теплонапряженность

О QdB

-jT = —fj ~ 40 0С0 ккалм2час.

Н Ир

Формула Гурвича (105), приведенная выше, позволяет вычислить температуру продуктов сгорания, выходящих из топочной камеры, учи­тывая тепловосприятие радиационных поверхностей.

Металлические стенки этих поверхностей во избежание перегрева должны с максимальной интенсивностью отдавать все тепло, восприня­тое в большом количестве от продуктов сгорания, воде или паро­водяной смеси. Такая передача тепла возможна лишь при наличии посто­янного движения воды или паро-водяной смеси внутри котла вдоль поверхности нагрева, т. е. при наличии циркуляции. Наиболее интенсив­ная циркуляция должна происходить около радиационных поверхностей.

ГЛАВА V