Тепловое напряжение топочного объема — основной показатель, характеризующий работу топки, численно равный тепловой мощности, выделяемой горящим топливом на единицу объема топочной камеры, кВт/м3:
, (30)
где В — секундный расход топлива, кг/с или м3/с;
Vт — активный объем топочной камеры, м3.
Оптимальное значение qV лежит в пределах 140 — 460 кВт/м3 и зависит от конструкции топки, качества топлива и способа сжигания.
Тепловое напряжение зеркала горения — показатель, характеризующий работу топки, численно равный тепловой мощности, выделяемой горящим топливом на единицу площади колосниковой решетки, кВт/м2:
, (31)
где R — площадь колосниковой решетки, на которой происходит горение топлива от стадии зажигания до стадии догорания, м3
Значения qR находятся в пределах от 900 до 3000 кВт/м2 и зависят от характеристик топлива и типа топочного устройства.
КПД топки — отношение полезно использованной теплоты в топке ко всей располагаемой теплоте, определяемое, как правило, по уравнению обратного баланса, %:
, (32)
где — потери теплоты топкой в окружающую среду.
При расчете котельных агрегатов и промышленных печей принимают что потери от наружного охлаждения составляют 50% от аналогичных потерь всего топливосжигающего устройства.(см. также п. 4.7).
Теплообмен в топке — сложный процесс лучистого теплообмена горящего и, как правило, движущегося топлива с ограждающими конструкциями топки.
Современный метод расчета теплообмена в топке, разработанный русскими учеными, основан на приложении теории подобия к топочным процессам. Метод основан на совместном решении двух уравнений: тепловосприятия по балансу и безразмерного (критериального) уравнения теплообмена. Различают два вида расчета теплообмена в топке: конструкторский и поверочный.
Целью конструкторского расчета является определение лучевоспринимающей поверхности топки, обеспечивающей охлаждение продуктов сгорания до температуры принятой по условиям оптимального теплового режима работы топки, и её габаритов.
Нижний предел температуры установлен из условий устойчивого горения топлива (800 — 900 0С). Верхний предел ограничивается необходимостью предотвращения шлакования поверхностей нагрева, расположенных в выходном окне топочной камеры.
При сжигании твердых топлив эта температура должна быть не выше средней температуры начала деформации золы. При сжигании жидкого и газообразного топлива эта температура определяется технико-экономическими показателями и не превышает 1200 — 1250 0С.
Поверочный расчет проводят для существующей топки в случае перехода на другое топливо или изменения режимов работы котельного агрегата. В этом случае определяют температуру дымовых газов на выходе из топки, тепловосприятие топки и тепловые напряжения объема топки и зеркала горения, которые должны быть ниже допустимых величин для данного типа топки и вида сжигаемого топлива.