Расчет топочных устройств 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.

Приведем методы расчета топочных устройств, предназна­ченных для сжигания древесной биомассы, имеющие определен­ную специфичность по сравнению с расчетом топок для других видов топлива.

Исходныеданные для расчета. Исходными данными для расчета топок котлоагрегатов, работающих на дре­весной биомассе, являются: 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 гиго - калориях в час для водогрейных котлов.

Пересчет мощности котла в единицы СИ при этом произво­дится по формулам: паровые котлы

10-3

N Din, (4.1)

3,6

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.

Котлоагрегати обычно разрабатываются 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 при расчете то­почного устройства принимают максимальные для данных кон­кретных условий.

При расчете топочного устройства определяются 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:

СР = СГ 100 ~ WP~ АР 100 J . 100 - - W Р — ар 100 100 — WP - -АР 100 ) 100 — U7P- -АР

100

НР = Н'

(4.3) Ор = Ог..........

NP = Nr

Для стволовой древесины: Сг = 51 %; Нг=6,1; Ог=42,3; № = = 0,6 %. Для коры в соответствии с породой см. гл. 2.

Теплота сгорания рабочего топлива оп­ределяется по формуле:

Для стволовой древесины

Qh= 18 880—2141FP-— 189ЛР,

Где Qhр — теплота сгорания, кДж/кг.

Объемы образующихся продуктов горе­ния. Теоретическое количество сухого воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг рабочего топлива, определяется по формуле

Vа = 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[2]; 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 (№р + Л р). (4.6)

Теоретический объем азота рассчитывается по формуле

Где V%2 — теоретический объем азота, м3/кг.

Для стволовой древесины теоретический объем азота под­считывается по формуле

= 3,751 — 0,03751 (IFP + Лр). (4.8)

Объем углекислого газа определяется формулой

Усо'= 1,866 "S"' (4.9)

Где Усо — объем углекислого газа, образовавшийся при сгора­нии 1 кг рабочего топлива, м3/кг.

Для стволовой древесины можно применять формулу

VCo2 = 0,9517—0,009517 (Wр + Лр). (4.10)

Теоретический объем водяных паров[3]

У°Нго = 0,111НР + 0,0124№р + 0,01611/°, (4.11)

Где Vh2o — объем водяных паров, образовавшихся при сжига­нии 1 кг рабочего топлива, м3/кг.

Для стволовой древесины эта величина может быть подсчи­тана по формуле

Ун,0 = 0,7534 + 0,00486ГР — 0,007533Л р. (4.12)

Коэффициентом избытка воздуха а называется отношение объема воздуха, действительно израсходованного на сжигание 1 кг рабочего топлива, к теоретически необходимому, т. е.

A = VjV°. (4.13)

С учетом этого коэффициента действительный объем паров, приходящийся на 1 кг рабочего топлива Vhjo, составит

Ун2о = У°нао+ 0,0161 (a - 1)V°. (4.14)

Объем дымовых влажных газов, образовавшийся при сго­рании 1 кг рабочего топлива V®, равен

V? =VcoJ + V°N,+ VH>o + (a-l)V0. (4.15)

Объем сухих газов, образовавшихся при сжигании 1 кг ра­бочего топлива, равен

Vrc = Vco2 + V°N2 + (a-l)V0.

Состав сухих газов следующий: азот

N2 = yN,+ («-!) 0.79 V, ї00.

Углекислый газ

С02=-~-.100; (4.16)

Кислород

V?

Где N2, СОг, Ог — расчетное содержание в сухих дымовых газах соответственно азота, углекислого газа и кислорода по объ­ему, %.

Содержание влаги во влажных дымовых газах по объему в процентах составит

H20=J^-100. (4.17)

* г

Энтальпия продуктов горения. Энтальпия дымовых газов на 1 кг сжигаемого рабочего топлива подсчи - тывается по формуле

/ = /? + («—1) /в, (4.18)

Где — энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха а= 1 и температуре газов Ф, °С;

/г = Усо2 И)со2 + V°k2 (cb) щ + Vhs> (сЩИ]0,

Где (сФ) —энтальпия данного компонента по табл. 20, кДж/м3; 1°в — энтальпия теоретически необходимого объема воздуха, кДж/м3, определяется по формуле

/°В = К°И)В. (4.19)

При сжигании многозольных топлив, для которых справед­ливо неравенство 1000 аун/*Р >6, к энтальпии дымовых газов

По формуле (4.18) необходимо добавить энтальпию золы, кото­рая определяется по уравнению

/з = И)з-^аун, (4.20)

Где (с0)з — энтальпия 1 кг золы, кДж/кг, по данным табл. 30; 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 вер­

20. Энтальпия компонентов дымовых газов воздуха и золы Энтальпия, кДж/м* Температура, °С Углекислого Азота, Кислорода, Паров Воздуха, Золы. Газа, (С»)С02 И>Ма И>02 Воды, <^>Н„0 И), 100 170 130 132 151 132 81 200 358 260 267 304 266 169 300 559 392 407 463 408 264 400 772 527 551 626 542 360 500 996 664 699 795 684 458 600 1223 804 850 967 830 560 700 1461 946 1005 1147 980 662 800 1704 1093 1160 1336 1130 767 900 1951 1243 1319 1524 1281 875 1000 2202 1394 1478 1725 1436 984 1100 2458 1545 1637 1926 1595 1097 1200 2717 1696 1800 1131 1754 1206 1300 2977 1851 1964 2345 1913 1361 1400 3241 2010 2127 2558 2077 1583 1500 3504 2165 2294 2780 2244 1758 1600 3768 2324 2462 3002 2403 1876 1700 4036 2483 2629 3228 2567 2064 1800 4304 2642 2797 3458 2730 2186 1900 4572 2805 2968 3689 2897 2385 2000 4844 2964 3140 3227 3065 2512 2100 5116 3128 3308 4162 3232 — 2200 5388 3291 3483 4400 3400 ■—

Тикальным 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

# = —, (4.21)

Где R — площадь колосниковой решетки или зеркала горения, м2; т]ка — КПД котлоагрегата в долях единицы: qR — теплона­пряжение колосниковой решетки или зеркала горения, кВт/м2; Р — мощность котлоагрегата, кВт.

Значения теплонапряжения колосниковой решетки и зеркала горения приводятся в табл. 21.

Определение объема топочного простран­ства. Объемом топочного пространства VT в слоевых топках называют пространство, ограниченное слоем топлива, трубами

21. Теплонапряженне колосниковой решетки, зеркала горения н объема топочного пространства для различных видов топочных устройств Теплонапряженне Тип Вид Колосни­ Объема Топочного устройства Применяемого Зеркала Ковой Топочного Топлива Горення, кВт/м2 Решетки, Пространства. К'Вт/м2 КВт/м3 Топка с горизонталь­ Дрова 1160 1160 350 Ным слоем и ручным Обслуживанием 350 Топка с вертикальным То же 3500 1400 Слоем К. В. Кирша Топка с наклонным » 1400 1400 350 Слоем Топка с наклонным Древесные 700 700 300 Слоем и ступенчатой ко­ Опилки Лосниковой решеткой Топка с наклонным То же 700 700 300 Слоем и балочными бес­ Щепа и струж­ 800 800 300 Провальными колосни­ Ка Ками Крупнокуско­вые отходы и дрова 1300 1300 350 Топка с зажатым слоем Рубленая щепа 5800. . .9300 350. . .460 Системы В. В. Поме­ Рубленая щепа 2300. . .4700 350. . .460 Ранцева И опилки Щепа в смеси 2300. . .4700 350. . .460 С корой

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 топочных устройств. Объем топочного пространства VT определяют по формуле

Ут= —------- (4.22)

<?уТ)ка

Значение qv приведено для различных топок и видов топ­лива в табл. 31.

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 ■бусл. т подсчитывается по формуле

Вусл. т=Л(4.23)

Лка

Часовой расход рабочего топлива Вр. т в тоннах определяется по формуле

(4.24)

<?Ха

Где QS — 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 Вв. к опреде­ляется по формуле

В„ к= °'*228Р -Ю-3, (4.25)

•Эт)ка

Где Э — калорийный эквивалент (см. рис. 1 и 2), т усл. топл/пл. м3.

22. Некоторые показатели топок для сжигания древесной биомассы в слое Топки шахтные с наклонным слоем Топки ЦКТИ системы В. В. Померанцева Наименование показателя Торф кусковой Wp=40 % Древесные отходы Wp=50 % Древесная щепа Wp= 40 . . . ... 50 % Древесные отходы, Опилки Wp= =40 . . . 50 % Коэффициент избытка воз­духа на выходе из топки Потери от химической не­полноты горения q3, % Потери тепла с уносом <?унос> % Суммарная потеря от ме­ханической неполноты горения qt, % Давление воздуха под ко­лосниковой решеткой, Па/мм вод. ст. Рекомендуемая темпера­тура воздуха для дутья, °С 1,4 2,0 1 1,4 2,0 2 1,2 1,0 2,0 1,3 1,0 2,0 2 590/60 200. . .250 2 780/80 200. . .250 2 780/80 200. . .250 2 690/70 200. . .250

Часовой расход топлива в складочных кубометрах Вскл можно подсчитать по формуле

Вскл = 0ЛШР • Ю-3 . (4.26)

ЭП Т)ка

Где П — коэффициент полнодревесности (см. с. 32).

Наиболее характерные показатели работы слоевых топок при сжигании древесной биомассы приводятся в табл. 22.