Тепловой баланс котельного агрегата

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ЗАДАНИЮ

Исходные данные для расчета принимаются согласно двузначному шифру, выданному преподавателем (таблицы 3.1, 3.2).

Вариант №45

Таблица 3.1 – Исходные данные к заданию

Таблица 3.2 – Исходные данные к заданию

Характеристика данных газов представлена в приложении А.

РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Расчет котельного агрегата рассмотрим на примере со следующими исходными данными:

- давление перегретого пара Р_П.П. = 12 МПа;

- температура перегретого пара t_П.П. = 425 ⁰С;

- температура питательной воды t _П.В. = 80 ⁰С;

- температура уходящих газов t _УХ = 160 ⁰С;

- давление в котле – утилизаторе Р _К.У. = 1,2 МПа;

- коэффициент избытка воздуха в топке α_m = 1,15;

- температура подогрева воздуха в воздухонагревателе t _ВОЗ = 200° С;

- температура окружающего воздуха t ₀ = 0° С;

- величина непрерывной продувки П = 3%;

- вид топлива – оренбургский природный газ;

- теплота сгорания сухого газа = 37,9 МДж/м³;

- паропроизводительность D = 45 т/ч;

- присос воздуха _Da = 0,30.

Расчет процесса горения топлива

2.1.1 Для обеспечения полного горения топлива практически в котельный агрегат подается воздух с избытком по сравнению с теоретическим. Это характеризуется коэффициентом избытка воздуха за установкой:

, (1)

где α_m – коэффициент избытка воздуха в топке;

∆α – присос воздуха;

2.1.2 Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания 1 нм газообразного топлива, м³/м³ ,

, (2)

где СО, Н₂, C_mH_n, H₂S, O₂ – содержание соответствующих газов в топливном газе, %;

m,n – соответственно количества атомов углерода и водорода.

Подставив числовые значения, получим

.

2.1.3 Объем трехатомных газов, м³/м³,

; (3)

мг/м.

2.1.4 Теоретический объем азота

; (4)

.

2.1.5 Объем избытка воздуха

; (5)

м/ .

2.1.6 Объем водяных паров

; (6)

2.1.7 Объем продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 м³ (при нормальных условиях) топлива:

; (7)

.

2.1.8 Плотность топочного газа при нормальных условиях:

(8)

.

2.1.9 Масса дымовых газов при сжигании газообразного топлива:

; (9)

кг/м³

2.1.10 Определяем теоретическую температуру горения, для чего вычислим энтальпию продуктов сгорания при произвольных температурах (например, 1400 и 2000 °С) по формуле

(10)

где – средние объемные изобарные теплоемкости соответствующих газов при температуре t, определяются по таблицам [12];

По рассчитанным значениям строим в масштабе зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры h_nc = f(t) (рисунок 11). Энтальпию продуктов сгорания (кДж/м³) при теоретической температуре определяем из уравнения теплового баланса топки:

(11)

где – физическое тепло воздуха:

(12)

где t_ВОЗ – температура воздуха, согласно заданию принимаем
t_ВОЗ = 200°С;

= 1,3071 – средняя изобарная объемная теплоемкость воздуха при t_ВОЗ [12].

Подставив числовые значения в формулы (12), (11), получим

;

Зная , по ht-диаграмме определяем теоретическую температуру горения: t_теор = 1515,78 °С.

Рисунок 11 - Диаграмма ht продуктов сгорания

2.1.11 Определяем энтальпию уходящих газов.

2.1.11.1 С воздухоподогревателем:

. (13)

Определим значения средних изобарных объемных теплоемкостей при = 160°С:

Подставим числовые значения в формулу (13):

2.1.11.2 Без воздухоподогревателя:

. (14)

Для этого случая определим приближенное значение температуры уходящих газов t′_ух без воздухоподогревателя из уравнения теплового баланса последнего:

(15)

где С_Г = 1,16 кДж/(кг∙°С) – средняя изобарная массовая теплоемкость уходящих газов;

С_ВОЗ = 1,02 кДж/(кг∙°С) – средняя изобарная массовая теплоемкость воздуха, откуда:

(16)

Подставив числовые значения в формулу (14), получим

Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс котла, как и любого теплотехнического агрегата, характеризуется равенством между количествами подведенной (располагаемой) и расходуемой теплоты: Q_прих = Q_расх. Обычно тепловой баланс составляют на единицу количества сжигаемого топлива: 1 кг твердого или жидкого, либо 1м³ газообразного топлива, взятого при нормальных условиях. С учетом этого и пренебрегая физической теплотой топлива и холодного воздуха, можно считать, что Q_прих = Q_н^р (Q_н^р – низшая теплота сгорания единицы топлива в рабочем состоянии).

Тепловой баланс котельного агрегата рассчитывается по уравнению согласно схеме (рисунок 12).

= Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆, (17)

или то же в %:

100% = q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆, (18)

где q₁ – полезно использованная в котельном агрегате теплота;

q₂ – потери теплоты с уходящими газами;

q₃ – потери теплоты от химической неполноты сгорания, для α_m=1,15 принимаем q₃=1,5 (таблица А.1.4);

q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания, принимаем q₄=0;

q₅ – потери теплоты от наружного охлаждения, для D=45 т/ч принимаем q₅=0,9 (таблица А.1.5);

q₆ – потери с физическим теплом шлака, принимаем q₆=0.

2.2.1 Потери теплоты с уходящими газами определяем для случаев:

2.2.1.1 С воздухоподогревателем:

; (19)

2.2.1.2 Без воздухоподогревателя;

; (20)

2.3 КПД брутто котельного агрегата:

2.3.1 С воздухоподогревателем:

; (21)

2.3.2 Без воздухоподогревателя:

; (22)

2.4 Часовой расход натурального топлива:

2.4.1 С воздухоподогревателем:

(23)

где h_п.п. = 3127,5 кДж/м³ – энтальпия перегретого пара, определяется по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара при t_п.п. и P_п.п. [16];

h_п.в. = 344,6 кДж/м³ – энтальпия питательной воды при t_п.в. и P_п.п., также определяется по таблицам [16];

h’ = 1491,1 кДж/м³ – энтальпия воды в котельном агрегате (равна энтальпии воды при температуре насыщения t_н и Р_п.п.) [16];

.

2.4.2 Без воздухоподогревателя:

(24)

Рисунок 12- Тепловой баланс котельного агрегата

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: