§ 19. Комплексный расчет топливников

Рассчитать топливник - значит определить оптимальные размеры всех его элементов: объем топливника; размеры колосниковой решетки; поддувального отверстия.

Пример. Произвести расчет топливника для каменного угля Азейского месторождения с низшей теплотой сгорания Q^р_п =16 500 кДж/кг. Коэффициенты полезного действия (КПД): топливника η_т=0,9, печи η_п=0,5; конвективной системы η_к=0,666. Теплоотдача печи должна покрывать теплопотери помещений Q^р_п =2500 Вт. Топливник должен выработать количество теплоты, достаточное для обогрева помещений за одну двухчасовую топку (z=2 ч) в сутки, поскольку отапливаемое здание расположено в Северо-Восточной зоне БАМа,

Решение. При одной двухчасовой топке в сутки (24 ч) за каждый час топки должно быть израсходовано угля

где 3,6 - переводной коэффициент

Количество теплоты, вырабатываемое в топливнике в течение 1 ч, должно составлять

Q_ч = 2500-24/2 = 30 000 Вт.

Определим площадь колосниковой решетки, исходя из допустимого весового напряжения (см. § 11) R =70 кг/(ч-м²),

F_p= 10,91:70 = 0,156 м² = 1560 см².

Примем, что размеры сторон решетки одинаковы, тогда длина каждой стороны будет равна

Размеры сторон решетки принимаем 400 мм. Зазор между решеткой и кладкой, оставляемые для расширения решетки, составляет 5 мм.

Длину пандусов, (откосов) вокруг решетки для скатывания угля принимаем 95 мм. Следовательно, длина пандуса с зазором равна 100 мм, Тогда площадь топливника в плане

F_T = (400 + 2⋅100)⋅(400 + 2⋅100) = 600⋅600 = 360 000 - мм² = 0, 36 м².

Принимая длину а и ширину b пода равными, находим

Таким образом определились размеры топочного пространства в плане - ширина и длина. Требуется найти высоту топки. Зная допустимое тепловое напряжение топочного объема при работе печи на углях, равное 440 000 Вт/м³, вычислим по формуле объем топки

где η_т - КПД топливника (для колосниковых решеток 0,9); z - продолжительность топки, равная 2 ч; В- расход топлива за одну топку, кг/ч; Q^р_п -теплота сгорания, кДж/кг; 3,6 - переводной коэффициент Q_T/V_т - допустимое тепловое напряжение топочного объема, Вт/м³.

Подставим числовые значения в формулу

V_T = (10,91⋅16 500⋅0,9):(3,6⋅440 000) = 0,1 м³.

При площади пода топливника 0,36 м² его высота hт должна составлять

h_T = V_T /F_T = 0,10/0,36 = 0,3 = 300 мм.

Однако такая высота топливника недопустима, так как из § 16 следует, что минимальные размеры топочного пространства от колосников до свода должны быть не менее суммы высот слоя топлива (100 мм) и свободного пространства (420 мм), т, е. h_T = 100+420=520 мм.

Высота ряда кладки со швом толщиной 5 мм составляет 65+5=70 мм. Следовательно, топливник будет состоять из 520:70=7,5≈8 рядов кирпича, уложенных плашмя. Толщину стенок топливника принимаем 120 мм (¹/₂ кирпича). Тогда длина топливника l_т будет равна сумме длины камеры (600 мм) и удвоенной толщины стен l_т=600+2⋅120=840 мм, т.е. округленно 3,5 кирпича.

С учетом толщины швов длина стенки печи будет равна 255⋅3,5=892 мм.

Вычислим фактический объем топки, принимая высоту кладки топливника, равной восьми рядам, а длину стенок 3,5 кирпича. Внутренние размеры (b_т - ширина h_т - высота) топливника составят (наружные габариты за вычетом толщины стенок в ¹/₂ кирпича)

b_т = 892 - (2⋅120) = 652 мм = 0,65 м;

h_т = 8⋅70 = 560 мм = 0,56 м.

Объем топливника равен

V_T = 0,56⋅0,65⋅0,65 = 0,2 м³.

Проверим фактическое напряжение топочного объема

Е = Q_т/V_т = BQ^р_нη_т (3,6 ν_т)= (10,9-16 500-0,9):(3,6.0,2) = 224 812 Вт/м³.

Допустимое удельное тепловое напряжение топочного объема (см. § 16) равно 440 000 Вт/м³, т.е. на 215 188 Вт/м³ больше. Следовательно, топливник рассчитан правильно.

Определим размеры поддувального отверстия. Площадь Fз находим по формуле, приведенной в § 8., Подставляем в формулу найденные значения В =10,9 кг/ч. Объем воздуха для горения каменного угля примем L₀ = 17 м³/кг, а скорость движения воздуха v= 2 м/с.

Принимаем размеры отверстия: длина одного кирпича равна 250 мм, высота двух кирпичей - 70⋅2= 140 мм.

Площадь отверстия составит

F₃ = 25⋅14=350 см².

При конструировании топочных устройств придерживаются следующих практических рекомендаций. Ширину топливника принимают в печах: с теплоотдачей до 3500 Вт-190... ...270 мм; с теплоотдачей более 3500 Вт - не менее 270 мм. Длина и ширина топливника должны быть кратны кирпичу или его граням; минимальная толщина наружных стенок топливника- 120 мм (полкирпича). В печах с теплоотдачей более 3500 Вт толщина стенок топливника должна быть не менее 190 мм.

Для обеспечения долговечности печи стенки топливника футеруют огнеупорными изделиями, что следует учитывать при определении его размеров,

https://profecoskill.ru/