5.1. PHƯƠNG PH Á P TÍN H TỐN VÀ CÁC BIỂU THỨC TÍN H TỐN C ơ BẢN C ơ BẢN
Nhiệt toả ra khi đốt cháy nhiên liệu sẽ truyền cho các bề mặt nhận nhiệt bằng bức xạ trong buồng đốt và bằng sản phẩm cháy nhiên liệu. Nếu trong buồng đốt khơng cĩ sự trao đổi nhiệt giữa khĩi với các bề mặt hấp thụ nhiệt bức xạ (các vách ống, giàn feston, lớp xây lĩt) thì quá trình cháy coi như là đoạn nhiệt, tồn bộ nhiệt toả ra khi cháy chỉ tiêu hao cho việc đốt nĩng sản phẩm cháy của nhiên liệu. Trong trường hợp này các khí cháy cĩ nhiệt độ cực đại, được gọi là nhiệt độ cháy lý thuyết 0 a hay nhiệt độ cháy đoạn nhiệt.
Chế độ nhiệt của buồng đốt thực được xác định do đồng thời bởi cĩ các quá trình cháy nhiên liệu và trao đổi nhiệt bức xạ. Do cĩ tản nhiệt, nhiệt độ của khĩi ở bất kỳ phần nào của
buồng đốt cũng luơn thấp hơn giá trị nhiệt độ cháy đoạn nhiệt.
Vùng cĩ nhiệt độ cực đại, mà vị trí của nĩ ảnh hưởng đến các điều kiện trao đổi nhiệt bức xạ, thường nằm ở tâm cháy. Vị trí của tâm cháy phụ thuộc vào kiểu và kết cấu buồng đốt, nhiên liệu và phương pháp đốt. Dưới tác dụng của các quấ trình trao đổi nhiệt, nhiệt độ khĩi dọc theo hướng chuyển động giảm dần, và ở đầu ra buồng đốt bằng 0 ”T. Nhiệt độ khĩi ra khỏi buơng đốt được coi là nhiệt độ ở cửa ra buồng đốt, phía trước các ống feston. Chỉ khi bố trí ống rất thưa, bước ống ngang đường khĩi Sị > 4d và bước ống dọc s2 > 6d, thì nhiệt độ tính tốn là nhiệt độ khĩi sau dãy ống này. Khi đĩ diện tích tồn phần bẻ mặt các hàng ống feston cũng coi là diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt bức xạ của buồng đốt.
Đối với lị hơi cĩ buồng đốt phụ, nhiệt độ cháy ở đầu ra buồng đốt là nhiệt độ của chúng sau buồng đốt phụ.
Phương pháp tính truyền nhiệt buồng đốt chủ yếu là tính trao đổi nhiệt bức xạ, cịn phần trao đổi nhiệt đối lưu nhỏ nên cĩ thể bỏ qua. Trong buồng đốt sự trao đổi nhiệt từ khĩi tới các bề mặt đốt nhận nhiệt bằng bức xạ xảy ra đồng thời với quá trình cháy của nhiên liệu. Vì vậy thành phần của khí khĩi buồng đốt, nhiệt độ của nĩ và khả năng bức xạ phụ thuộc vào dạng nhiên liệu, phương pháp đốt và thay đổi dọc theo chiều dài ngọn lửa. Đây là một quá trình trao đổi nhiệt phức tạp, rất khĩ lập ra một phương pháp giải tích để tính nhiệt trong buồng đốt.
Phương pháp tính trao đổi nhiệt trong buồng đốt dựa vào sự kết hợp đồng thời lý thuyết và thực nghiệm, cĩ sử dụng lý thuyết đồng dạng để phân tích các quá trình trong buồng đốt. Cơng thức cơ bản để tính trao đổi nhiệt là cơng thức liên hệ nhiệt độ khơng thứ
nguyên của khĩi ở đầu ra buồng đốt 0”T với tiêu chuẩn trao đổi nhiệt bức xạ Boltzmann Bo, độ đen của buồng đốt aT và thơng số M, tính đến các đặc tính phân bố nhiệt độ dọc theo chiều cao buồng đốt:
e" - TT- 600,6 T Ta M.a^6 + Bo0-6
ở đây 0"T - nhiệt độ khơng thứ nguyên của khĩi ở đầu ra của buồng đốt; T”t - nhiệt độ tuyệt đối của khĩi ở đầu ra buồng đốt, K;
Ta - nhiệt độ khĩi đoạn nhiệt, K. Tiêu chuẩn Bo xác định theo biểu thức:
ọBp Vctb B° = ----- ----- ~ ơn/tbFCTTa3
(5.1)
(5.2)
ở đây (p - hệ số bảo ơn, xác định theo cơng thức (3.13);
Bp - tiêu hao nhiên liệu tính tốn (kg/s), xác định theo cơng thức (3.16); Vctb - nhiệt dung riêng trung bình của sản phẩm cháy nhiên liệu, kJ/(kg.K); Fct - diện tích tường của buồng đốt m2;
ơ = 5,67.10_1 -hệ sơ' bức xạ của vật đen tuyệt đối, kW/(m2.K); V|/tb - hệ số hiệu quả nhiệt trung bình của giàn ống.
Tiêu chuẩn Boltzmann khi đốt hỗn hợp các nhiên liệu rắn hay lỏng được xác định theo lượng tiêu hao nhiên liệu tổng và thể tích sản phẩm cháy, tính cho 1 kg hỗn hợp nhiên liệu.
5.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH KIỂM TRA
Khi tính nhiệt kiểm tra buồng đốt người ta dựa theo các đặc tính nhiệt và kết cấu cúa buồng đốt để xác định nhiệt độ khĩi ở cửa ra buồng đốt 0 ”T, °c. Tính tốn được thực hiện theo cơng thức (5.1) cĩ dạng:
ở đây: Ơ”T - nhiệt độ khĩi
q" _ Ta
( , X
M 5,67\ị/(bFCTa T’l a , 10n cpBpVctb J
ở đầu ra của buồng đốt.
0,6
+ 1
-2 7 3 (5.3)
Bê' mặt tồn phần vá bể mặt hấp thụ nhiệt bức xạ của buồng đốt. Diện tích tồn phần
của tường buồng đốt FCT là diện tích tổng tất cả các bề mặt giới hạn thể tích hữu hiệu buồng đốt (các tường cĩ ống và khơng cĩ ống, cuốn lị, cửa lị, đáy lị hay nửa trên của phễu lạnh) và diện tích gương cháy, nếu là buồng đốt theo lớp.
Khi cĩ các giàn ống bức xạ hai hướng, người ta thêm vào giá trị thực của diện tích tổng của các bề mặt giới hạn thể tích hiệu quả của buồng đốt 2 lần tích khoảng cách giữa các trục các ống ngồi rìa cùa giàn ống này, nhân với chiều dài hình chiếu giàn ống.
Tổng diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt bức xạ của buồng đốt bằng tổng diện tích các bề mặt hấp thụ bức xạ của các phần riêng biệt:
Hl = £Hl (5.4)
Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt bức xạ của đoạn HL (m2) là diện tích của mặt phảng liên tục, cĩ độ hấp thụ nhiệt đúng bằng diện tích bề mặt của một giàn ống trơn, khơng bị bám bẩn, khơng bị bọc bởi vật liệu chịu lửa:
Hl = Fl.x (5.5)
ở đây Fl - diện tích của bể mặt hấp thụ nhiệt bức xạ, m2;