111

11

4. Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Количество теплоты, содержащееся в воздухе или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха или продуктов сгорания. При выполнении расчетов принято энтальпию воздуха или продуктов сгорания относить к 1 кг топлива.

Расчет энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева.

Определение энтальпии теоретического объёма воздуха для всего выбранного

где V0 – теоретический объем воздуха, необходимого для горения, м3; V0 = 5,23 м3/кг; (сθ)В – энтальпия 1 м3 воздуха, кДж/м3, принимаются для каждой выбранной температуры [7, с. 41,табл. 3.4].

Определение энтальпии теоретического объёма продуктов сгорания для всего диапазона выбранных температур

азота и теоретического объема водяных паров, кДж/м3, принимаются для каждой выбранной температуры [7, с. 41, табл. 3.4].

Определение энтальпиизолы для всего выбранного диапазона температур.

13

5. Тепловой баланс котельного агрегата

При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Qрр. Между теплотой, поступившей в котельный агрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты, и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара.

Следовательно, тепловой баланс котла для 1 м3 сжигаемого газа при нормальных

условиях имеет вид:

Qрр = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 ,

где Qрр- располагаемая теплота, кДж/ кг;

Q1 - полезная теплота, содержащаяся в паре, кДж/кг;

Q2, Q3, Q4, Q5 – потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания, от механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения или охлаждения через обмуровку соответственно, кДж/кг.

Определение располагаемой теплоты Qpp :

Qрр =Qpн +Qв.вн

где Qрн – низшая теплота сгорания (см. характеристики топлива) кДж/кг Qв.вн - теплота, внесенная в котельный агрегат воздухом, кДж/кг

Qв.вн =αТ НВ0 =αТсвtвV 0 =1,6 1,005 30 5,23 = 252,3кДжкг Qрр = 20200 +252,3 = 20452,3кДжкг

Тепловой баланс котла составляется применительно к установившемуся тепловому режиму, а потери теплоты выражаются в процентах располагаемой

теплоты:

qi = Q i / Qpp

Потеря теплоты с уходящими газами (q2) обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котельный агрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, температуры уходящих газов, чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором.

Определение q2 по формуле

где q4 - потери теплоты от механической неполноты сгорания, q4 = 7,5 [7, с. 47, табл. 4.2];

Нух – энтальпия уходящих газов при Т = 150 ˚ С, [7, с. 53]

Нух = 1844,31 кДж/ м3 при Т = 150 ˚ С; αух - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, берем из таблицы 1 в сечении

газохода после последней поверхности нагрева, αух = 1,95;

14

H˚хв – энтальпия теоретического объема воздуха, определяется при tв = 30˚С,

H˚хв = 39,8∙V0 кДж/м3;

H˚хв = 39,8∙5,23 = 208,15 кДж/м3

q2 = (1844,31−1,95 182,68)(100 −7,5) = 6,73% 20452,3

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q3) обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н2, СН4. Потеря теплоты от химической неполноты горения зависит от вида топлива, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха в топке, от уровня и распределения температуры в топочной камере, организации смесеобразовательных процессов в топке (горелке и топочной камере).

Определение q3 по таблице 4.4 [7, с. 47], q3 = 0,75%

Потеря теплоты от наружного охлаждения (q5) обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потеря теплоты от наружного охлаждения зависит от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящейся на единицу паропроизводительности парового котла.

Определение q5 по таблице 4.5 [7, с. 47] и по формуле

q5 = 2,9 44 = 2,9%

Потеря (q6 ) в виде физической теплоты шлаков и потеря от охлаждения балок и панелей топки, не включенных в циркуляционный контур котла по формуле

где aшл =1−aун , доля золы в топливе, перешедшей в шлак;

(сθ)зл - энтальпия золы, кДж/кг; определяется по табл. 3.4 для температуры золы

(шлака) 600оС при сухом шлакоудалении

q6 = 0,89 562 29,6 = 0,72% 20452,3

15

6. Расчет КПД и расхода топлива

Расход топлива определяется по формуле:

где tкв – температура котловой воды, 0С; tкв = 194 0С и р=1,4 МПа; hкв = 4,19 194 =812,86 (кДж/кг);

р – величина продувки котельного агрегата; р = 5%; D – паропроизводительность КА, кг/с;

По формуле (27):

QКА =1,11 (2798 −419) +0,01 5 1,11 (812,86 −419) = 2653,99 (кВт)

Коэффициентом полезного действия (КПД) парового котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте – нетто.

Определение КПД брутто котельного агрегата (%) по уравнению обратного баланса:

ηбрКА = 100 – ( 6,73+0,75+7,5+2,9+0,72)=81,4%

По формуле (26):

Bр = 0,16(1−1007,5 ) = 0,15кг/с

17

7. Поверочный тепловой расчет топки

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств.

Для выполнения поверочного расчета необходимо знать геометрические характеристики топки.

Геометрические характеристики топки: Объём топки 13 м3 Площадь поверхности стен топки 21,4 м2

Диаметр экранных труб 51*2,5 мм Шаг труб боковых экранов 85

Предварительно принимаем температуру продуктов сгорания на выходе из топочной камеры t = 900 0С.

Для принятой температуры по табл. 2 определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки : Н = 12034,64 кДж/м3.

Определение полезного тепловыделения в топке:

где х – угловой коэффициент, d = 51 мм, l = 40 мм, х = 0,62 [7, с. 57];

ξ – коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей

нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массы; ξ =0,6 [7, с. 62].

где p – давление в топочной камере котлоагрегата, МПа; p = 0,1 МПа;

19

НТ// = 12034,64 кДж/м3;

Qт – полезное тепловыделение в топке, кДж/м3; Qт = 20096,3 кДж/м3;

Та – теоретическая (адиабатная) температура горения, К; определяется по таблице 2 по

Определение действительной температуры на выходе из топки:

где φ – коэффициент сохранения теплоты : ϕ =0,97

Расхождение температур составляет менее 100 градусов, пересчет не нужен. Определение удельных нагрузок колосниковой решетки и топочного объема по формулам