При конструюванні камери згоряння ста-вится ряд умов, яким вона повинна удовле-творять. По-перше, топкова камера повинна забезпе-чити в межах її обсягу найбільш повне спалювання палива, так як за межами топки горіння палива практично неможливо (припустимих неповнота згоряння палива обгрунтована в гл. 6). По-друге, в межах топкової камі-ри має відбутися охолодження продуктів згор-Ранія за рахунок відведення теплоти до екранів до еко-номічного доцільною і безпечної темпера-тури. на виході з камери згоряння по умов-ям шлакування або перегріву металу труб. По-тре-тьіх, аеродинаміка газових потоків в обсязі то-почни камери повинна виключати явища шлако-вання стін або перегріву металу екранів в від-ділових зонах топки, що досягається вибором ти-па пальників і їх розміщенням по стінах тупотячи-ної камери.
Геометрично топкова камера характеризують-ся лінійними розмірами: шириною фронту ат, глибиною 6т і висотою hT (рис. 5.2), розміри ко-торих визначаються тепловою потужністю топки, Рис. 5.2. Основні раз - тепловими та фізико-хімічними характеристика - заходи топкової камери, ми палива. Твір / т = ат6т, м2, є січі-ня топкової камери, через яке з досить великою швидкістю (7-12 м / с) проходять розпечені топкові гази.
Ширина фронту тонкі парових котлів електростанцій становить аг = 9, 5 - г - 31 м і залежить від виду палива, що спалюється, теплової потужності
(Паропродуктивності) парового котла. Зі збільшенням потужності паро-вого котла розмір ат зростає, але не пропорційно зростанню потужності, ха-рактерізуя таким чином збільшення теплових напружень перетину топки і швидкості газів в ній. Оціночно ширину фронту ат, м, можна визначити за формулою
Де D - паропродуктивність котла, кг / с; ДПФ - числовий коефіцієнт, що змінюється від 1,1 до 1,4 з ростом паропродуктивності.
Глибина топкової камери становить 6т = б - f - 10,5 м і визначається розміщенням пальників на стінах топкової камери і забезпеченням вільно-го розвитку факела в перерізі топки так, щоб високотемпературні мови факела не чинили тиск на охолоджуючі настінні екрани. Глиби-ну топки зростає до 8-10,5 м при використанні більш потужних пальників зі збільшеним діаметром амбразури і при їх розташуванні в кілька (два-три) ярусів на стінах топки.
Висота топкової камери становить hT = 15 - 65 м і повинна забезпе-чити практично повне згоряння палива по довжині факела в межах камери згоряння і розміщення на її стінах необхідної поверхні екранів, необхідних для охолодження продуктів згоряння до заданої температу-ри. За умовами згоряння палива необхідна висота топки може бути встановлена з виразу
Де Wr - середня швидкість газів в перетині топки, м / с; тпреб - час пре-биванія одиничного обсягу газу в топці, с. При цьому необхідно, щоб тпреб ^ Тгор, де Тгор - час повного згоряння найбільших фракцій палива, с.
Основний теплової характеристикою топкових пристроїв парових кіт-лов є теплова потужність топки, кВт:
Вк0т = В к (СЗЇ + 0дОП + СЗГ. В), (5.3)
Характеризує кількість теплоти, що виділяється в топці при спалюючи-ванні витрати палива Вк, кг / с, з теплотою його згоряння кДж / кг і з урахуванням додаткових джерел тепловиділення (Здог' а також теплоти посту-Пающіє в топку гарячого повітря QrB (див. Гл. 6). на рівні розташування пальників виділяється найбільша кількість теплоти, тут розташовано ядро факела і різко зростає температура топкової середовища. Якщо віднести всі тепловиділення в розтягнутій по висоті топки зоні горіння до перетину топки на рівні пальників, то отримаємо важливу розрахункову харак теристику - теплове напруга перетину топкової камери.
Максимально допустимі значення qj нормуються в залежності від виду палива, що спалюється, розташування і типу пальників і складаючи-ють від 2 300 кВт / м2 - для вугілля, що володіють підвищеними шлаків властивостями, до 6 400 кВт / м2 - для якісного вугілля з високими темпе-ратура плавлення золи. З ростом значення qj збільшується температура факела в топці, в тому числі поблизу настінних екранів, помітно збільшується тепловий потік випромінювання на них. Обмеження значень qj визначаються-ється для твердих палив винятком інтенсивного процесу шлакування настінних екранів, а для газу і мазуту - гранично допустимим зростанням температури металу екранних труб.
Характеристикою, що визначає рівень енерговиділення в топковому пристрої, є допустимий теплову напругу топкового обсягу, qv, кВт / м3:
Де VT - об'єм камери згоряння, м3.
Значення допустимих теплових напружень топкового обсягу також нормуються. Вони змінюються від 140 - г 180 кВт / м3 при спалюванні вугілля з твердим шлакоудалением до 180 - f - 210 кВт / м3 при рідкому шлакоудале - ванні. Величина qy прямо пов'язана із середнім часом перебування газів в котельній камері. Це випливає з наведених нижче співвідношень. Час перебування одиничного обсягу в топці визначається відношенням факти-чеського обсягу топки з підйомним рухом газів до секундному витрата-ному обсягу газів:
Де - усереднена частка перетину топки, що має підйомне рух газів; значення £ т = 0,75 - г 0,85; - питома наведений обсяг газів, що виходить при горінні палива на одиницю (1 МДж) тепловиділення, м3 / МДж; значення = 0, 3 - f 0, 35 м3 / МДж - відповідно крайні значення при спалюванні природного газу і сільновлажних бурого вугілля; Ту - середня температура газів в топковому об'ємі, ° К.
З урахуванням виразу (5.5) значення тпрсб в (5.6) можна представити таким чином:
Де ТТ - комплекс значень постійних величин.
Як випливає з (5.7), зі збільшенням теплового напруги qy (збільшенням об'ємної витрати газів) час перебування газів в котельній камері зменшується (рис. 5.3). Умовою Тпреб = Тгор со-відповідає максимально допусти-моє значення qy, а цього зна-ня по (5.5) відповідає мінімально допустимий обсяг топкової камі-ри кмин.
Разом з тим, як це указу-но вище, екранні поверхні камери згоряння повинні забезпечити охолодження продуктів згоряння до заданої температури на виході з топки що досягається визна-ленням необхідних розмірів стін і, отже обсягу камери згоряння. Тому потрібно зіставити мінімальний обсяг топки V ^ Mmi з умови згоряння палива і необхідний обсяг топки з умови охла-дження газів до заданої температури
Як правило, Утохя> VTmm, тому висота камери згоряння визна-ляется умовами охолодження газів. У багатьох випадках ця необхідна висота топки істотно перевершує її мінімальну величину, соот-ветствующим V7 ", H, особливо при спалюванні вугілля з підвищеним зовнішнім баластом, що веде до обваження і подорожчання конструкції котла.
Збільшення поверхонь охолодження без зміни геометричний-ських розмірів топки можна досягти застосуванням двусветних екранів (див. Рис. 2.5), розташованих усередині топкового обсягу. У топкових ка-заходи потужних парових котлів при сильно розвиненою ширині фронту топки застосування такого екрану робить перетин кожної секції в плані близ-ким до квадрату, що значно краще для організації спалювання палива і отримання більш рівномірного поля температур газів і теплових напря-жений екранів. Однак такий екран, на відміну від настінного, сприймає інтенсивний тепловий потік з обох сторін (звідси і назва - двусвет-ний) і відрізняється більш високими тепловими напруженнями, що вимагає ретельного забезпечення охолодження металу труб.
Мал. 5.3. Зв'язок теплонапружених тупотячи-ного обсягу згодом перебування га-зов в топці.
Тепловоспріятіе топкових екранів, отримане випромінюванням факела QJU кДж / кг, можна встановити з теплового балансу топки, як різниця між питомою повним виділенням тепла в зоні ядра факела на рівні розташування пальників без урахування віддачі теплоти до екранів, QT, кДж / кг,
і питомою теплотою (ентальпією) газів на виході з топки Н "при від-дачі (втрати) невеликої частини теплоти у поза через теплоізолюючі стіни Опот:
Qn = Qr - Н "- Qhot = (QT
Де (/? = (5 л / (<2л + <2пот) — ДОЛЯ сохранения теплоты в топке (см. п. 6.3.4). Ес-ли отнести значение Qn к единице поверхности экрана, то получим среднее тепловое напряжение поверхности нагрева, qn, кВт/м2, характеризующее интенсивность тепловой работы металла труб экранов:
Де FC3T - поверхню стін топки, закрита екранами, м2.