7. Тепловой баланс котельного агрегата

Уравнение теплого баланса котельной установки:

где q₃ и q₄ – соответственно потери тепла от химического и механического недожога;

q₅ – потери тепла в окружающую среду, зависят от производительности котлоагрегата, определяются по номограмме1.

Номограмма 1.

q₂ – потери тепла с уходящими газами.

где Ј_ух – энтальпия уходящих газов С кДж/м³, определяется из графика при α_э по температуре уходящих газов t_ух=146 ⁰С (табл. 8.20 [6]).

Фактический расход топлива, который подается в топку:

где D – паропроизводительность котла, кг/ч;

i^" – энтальпия насыщенного пара, вырабатываемая котлом;

i_пв – энтальпия питательной воды.

Так как в процессе горения из-за механической неполноты сгорания часть топлива не используется, то при подсчете продуктов сгорания и количества приточного воздуха, вводится поправка (1-q₄/100):

Результаты расчета теплового баланса сведены в таблицу 4.

Таблица 4. Тепловой баланс теплогенератора.

Определяемая величина	Обозначение	Единицы размерн.	Расчетная формула или способ определения	Расчет	Величина
1. Потеря теплоты от химической неполноты сгорания	q3	%	Табл. ΧVΙΙ, ΧΧ, ΧΧΙ [7]		0,5
2. Потеря теплоты от наружного охлаждения	q5	%	Рис. 5-7 [7] табл. 4-5 [7]		1,7
3. Температура уходящих газов	Tух	0С	Табл. 8.20		146
4. Энтальпия уходящих газов	Iух	кДж/м3	По графику		2242
5. Температура воздуха в котельной	tв	0С	По заданию		18
6. Энтальпия воздуха в котельной	Iв	кДж/м3	V0в с tв		172,217
7. Потеря теплоты с уходящими газами	q2	%			5,578
8. Сумма тепловых потерь	∑q	%	∑q=q2+q3+q4+q5	∑q=5,578+1,5+0+1,7	8,778
9. КПД агрегата	η	%	100-∑q	100-7,778	92,22
10.Коэффициент сохранения теплоты	φ		1-(q5/100)	1-(1,7/100)	0,98
11. Полный расход топлива	В	м3/ч			724,42
12. Расчетный расход топлива	Вр	м3/ч			724,42

8. Расчет топочной камеры

Определяется тепловое напряжение топочного объема и сравнивается с максимально допустимыми, приведенными в [7]

V_т – объем топочной камеры, 17,14 м³ (табл. 8.20 [6]).

Полные тепловыделения в топке:

Q^р_р = Q^с_н (1-q₃ /100) + J⁰_в, кДж/м³

Q^р_р=35880(1-1,5/100)+227,91=35569,71 кДж/м³.

Определив тепловыделения в топке по J-t диаграмме, построенной при α_т, находим соответствующую этой энтальпии температуру, которая и является адиабатической температурой горения, то есть температурой, которую имели бы продукты сгорания в топке при отсутствии теплообмена с поверхностями нагрева.

Теплонапряженность топочного объема:

q_v=(723,17/3600)35569,71/17,14=416,88 кВт/м³.

По паспортным данным котла q_v=419 кВт/м³, то есть расчетная теплонапряженность топочного объема отличается от паспортной на 0,5%, что означает правильность выполненного расчета.

H_ст=41,47 м²-площадь поверхности стен топки, находим по техническим характеристикам котла.

Hл – площадь лучевоспринимающей поверхности, Нл = 38,96 (табл. 5 [9]).

Температура газов, выходящих из топки:

О пределяются величины, входящие в формулу:

1. Адиабатная температура горения:

2. Абсолютная температура газа на выходе из топки:

Температура газов на выходе из топки является следствием процесса теплопередачи в топке. Оптимальные значения этой температуры находятся в пределах 1000-1150⁰С. При сжигании в котле только газа температура газов на выходе из топки может достигать 1300-1350⁰С, причем установка ширм не является обязательной. В результате расчета топки эта температура уточняется.

_{(по таблице 8.20 [7] характеристик котла ДЕ-10-14-ГМ).}

3. Средняя суммарная теплоемкость продуктов горения:

Ј_а и Ј_т определяются по Ј_т - t_т диаграмме.

4. Условный коэффициент загрязнения принимается в зависимости от вида сжигаемого топлива и типа экранных поверхностей: для гладкотрубных экранов при сжигании газообразного топлива ξ = 0,8 [1].

5. Для учета распределения температуры в топке служит параметр М, который зависит от относительной температуры положения максимальной температуры пламени Х по высоте топки:

При сжигании газа и мазута коэффициент М равен:

h_г – высота расположения горелок, м

Н_т – полная высота топки, м.

6. Степень черноты факела:

где а_нсв - степень черноты среды топки;

m – коэффициент, учитывающий заполнение объема топки светящимся пламенем, зависит от рода топлива и способа его сжигания и принимается по таблице 5:

Таблица 5.

Вид пламени	M
Светящееся пламя при сжигании жидких и твердых топлив	0,6 – 0,4
Несветящееся пламя при сжигании газообразных топлив	0

Определяем величины, входящие в формулу:

7. Степень черноты несветящейся части факела:

где е – основание натурального логарифма;

Р – давление в топке;

S – эффективная толщина излучаемого слоя, м

Коэффициент ослабления лучей несветящимися газами:

где r_n – суммарная объемная доля трехатомных газов, r_n = r_R2O + r_H2O

r_i – объемная доля соответствующего газа.

r_H2O=V_H2O/V_г;

r_H2O=2,172/12,129=0,179;

r_RO2=V_RO2/V_г;

r_RO2=1,004/12,129=0,083.

r_n=0,179+0,083=0,262

где k_г – коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами, определяется либо по номограмме 3 (7), либо по формуле:

P _n – суммарное сопротивление 3-х атомных газов численно равно их объемной доли.

Р_n= r_n*Р

где р-давление в топке, для котлоагрегатов без надува равно 0,1 МПа.

Р _n=0,262·0,1=0,0262 МПа

8). Среднее значение коэффициента тепловой эффективности топки:

9). Степень черноты топки:

10). Коэффициент сохранения тепла – потери тепла от наружного охлаждения:

Тепловая нагрузка на стенки топки:

После проведения расчетов проверяется температура газов на выходе из топки Т^”_т. Если расчетная температура отличается от предварительно принятой не более чем на 100⁰С, то она (расчетная) принимается за действительную. Если отличие превышает 100⁰С, то найденную в результате расчета температуру следует принять за исходную и расчет повторить или найти температуру по номограмме (рис. 5.7 [4]). По этой температуре уточняется энтальпия J”_т.

Т ак как температура сильно отличается от принятой и значительно превышает оптимальные пределы, тогда находим температуру газов, выходящих из топки по номограмме (рис. 5.7 [4]).

Принимаем температуру газов на выходе из топки

По найденной по номограмме температуре уточняется энтальпия J”_т.

J”_т=20213,28 кДж/м³

Потери тепла в топке:

Количество тепла, переданное топке:

Средняя тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности