Контрольная работа по "Теплотехнике"

                           Министерство образования РФ

 

       ГОУ  ВПО «Братский Государственный  Технический Университет»

 

 

 

 

                                                                       

 

Кафедра: ТПП

 

 

 

 

 

                Контрольная работа

                                                   Вариант 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил :                                                                  

                                                                                        

 

 

Проверил 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Задание : Для котла с камерным сжиганием твердого топлива рассчитать адиабатную температуру горения и температуру газов на выходе из топки при двух режимах рециркуляции дымовых газов с хвоста котла в нижнюю часть топки при условии , что КПД котла неизвестен.

    

     Исходные данные :

1. Доля рециркуляции в 1 режиме                                          r₁ = 0,12

2. Доля рециркуляции во 2 режиме                                        r₂  =  0,22

3. КПД котла Брутто в первом  режиме                                  ŋ^бр = 90 %

4. КПД котла Брутто во втором  режиме                                ŋ^бр = 89 %

5. Температура уходящих газов  в 1 режиме                          τ_ух.1 = 128 ºС

6. Температура уходящих газов  во 2 режиме                        τ_ух.2 =  142 ºС

7. Паропроизводительность котла                                          Д = 8,4 кг/с

8. Лучевоспринимающая поверхность                                   Н_л = 220 м²

9.  Критерий Бугера                                                                  Вu = 0,6

10. Степень черноты топки                                                      а_т = 0,708

11.Температура воздуха в котельной                                      t_в = 40  ºС

12.Температура горячего воздуха                                           t_гв = τ_{ух.газов}

13. Содержание сухих трехатомных 

       газов в уходящих газах                                                      RО₂ = 12,7 %

14. Содержание кислорода в уходящих  газах                           О₂ = 6,8 %

15. Коэффициент избытка воздуха в топке

      для бурых углей                                                                 α_т = 1,2

17. Давление перегретого пара                                                р_пп = 4,2 МПа

18. Температура перегретого пара                                          t_пп = 410 ºС

19. Месторождение : Берёзовское  Б2

      Технические характеристика  топлива:

      Состав рабочей  массы :                                W^р = 33 %

                                                                               А^р = 4,7 %

                                                                               S^р_к +  S^р_о = 0,2 %

                                                                               С^р = 44,3 %

                                                                               Н^р = 3,0 %

                                                                               N^р = 0,4 %

                                                                               О^р = 14,4  %

    Низшая теплота сгорания топлива                 Q^р_н = 15,659 МДж/кг

    Температура плавкости  золы                          t_зл = 1270  ºС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 1. Определение удельных расходов воздуха и дымовых газов.

 

1.1  Находим  теоретический объем сухого воздуха  при α = 1, м³/ кг   [1 ]:

       

       V^о = 0,0889 (С^р  + 0,375 (S^р_к + S^р_о )) + 0,265 Н^р – 0,0333 О^р                               (1)

 

V^о = 0,0889 (44,3  + 0,375 · 0,2 ) + 0,265· 3,0 – 0,0333·14,4 = 4,2155 м³/ кг

2. Находим теоретический объем продуктов сгорания

       при α =1, м³/ кг [1 ]:

 

       V^о_N2 = 0,79V^о  + 0,8 (N^р / 100)                                                                               (2)

 

V^о_N2 = 0,79·4,2155  + 0,8 ·(0,2 / 100)  =  3,332 м³/ кг

   

        V_RО2 = 1,866[ (С^р + 0,375  (S^р_к + S^р_о )) / 100]                                             (3) 

 

V_RО2 = 1,866[ ( 44,3 + 0,375 · 0,2 ) / 100] = 0,828 м³/ кг                                    

        

         V^о_Н2О = 0,111Н^р + 0,0124 W^р  +  0,0161V^о                                              (4)   

 

V^о_Н2О = 0,111· 3,0 + 0,0124· 33 +  0,0161· 4,2155 = 0,81  м³/ кг

3. Находим  теоретический объем образующихся

       дымовых газов,  м³/ кг [1 ]:

 

       V^о_Г =   V^о_N2 +  V^о_Н2О  +  V_RО2                                                                    (5)

 

V^о_Г =  3,332 + 0,81 + 0,828 = 4,97  м³/ кг  

4. Находим количество воздуха , поступающего в топку

        при α  _т = 1,2  ,  м³/ кг [1 ]:

 

V = α _т · V^о                                                                                                 (6)

               

V =  1,2 · 4,2155 = 5,0586  м³/ кг

1.5 Находим суммарный объем продуктов  сгорания при α _т= 1,2  м³/ кг [1 ]:

   

V_Г =   V_СГ +  V_Н2О                                                                                      (7)

 

V_СГ =   V^о_N2 +  V_RО2   +  (α _т  - 1 ) · V^о                                                     (8)

       

       V_Н2О  =  V^о_Н2О  + 0,0161 (α _т  - 1 ) · V^о                                                       (9)

 

V_СГ =   3,332 + 0,828 + ( 1,2 – 1 ) · 4,2155 = 5,0031 м³/ кг

V_Н2О =  0,81 + 0,0161 ( 1,2 - 1 ) · 4,2155 = 0,824  м³/ кг

V_Г =   5,0031 + 0,824 = 5,827  м³/ кг

 

 

 

 2. Определение теплоты вносимой в топку                                                               

 

2.1 Находим тепловые потоки вводимые в топку котла для первого режима  

2.1.1 Находим  тепло , введенное  в котел в целом , кДж/кг [1]:

 

          Q^р_р =  Q_н^р  + Q_тл                                                                                                    (10)

 

Где Q_н^р – низшая теплота сгорания топлива ( из исходных данных)

       Q_н^р =  15,659 МДж/кг = 15659 кДж/кг

       Q_тл - тепло, вносимое в топку с топливом или

                 физическое тепло топлива 

       

        Q_тл =  С^р_т · t _тл                                                                                          (11)

 

Где  t _тл – температура топлива на входе в топку

        t _тл  =  20 º С [2, стр 9 ]:

        С^р_т -  теплоемкость топлива , кДж/кг · град

 

       С^р_т =  0,042 · W^р +  С^с_тл · ( 1 – 0,01 · W^р )                                              (12)

 

Где  С^с_тл – теплоемкость сухой массы топлива для бурых углей, кДж/кг · град 

                   ( 2 ,стр 9 )

        С^с_тл = 1,088 кДж/кг · º С

С^р_т  = 0,042 · 33 + 1,088 ( 1 – 0,01 · 33 ) = 2,115 Дж/кг · º С

Q_тл = 2,115 · 20 = 42,3 кДж/кг

Q^р_р = 15659 + 42,3 = 15701,3 кДж/кг

2.1.2 Находим  тепло поступающее  с воздухом, кДж/кг [1] :

 

         Q_в.вн =  ( α_т - Δ α_т - Δ α_пл  + Δ α_вп ) · (Н' _вп - Н^о_хв )                              (13)

 

Где  α_т – коэффициент избытка воздуха в топке ( из исходных данных )

        Δ α_т – присосы воздуха для камерной топки

        Δ α_т = 0,05 ( из таблицы П.1.3 [2] )

        Δ α_пл – присосы воздуха в систему пылеприготовления

        Δ α_пл = 0  ( из таблицы П.2.2 [1] )

        Δ α_вп – присосы воздуха в газоходы воздухоподогревателя

        Δ α_вп = 0,06  ( из таблицы П.1.3 [2] )

        Н' _вп -  энтальпия воздуха на входе в воздухоподогреватель,кДж/кг

                    

         Н'_вл =  V^о · (сθ_вп )                                                                                  (14)

 

         Нº_хв =  V^о · (сθ_хв )                                                                                 (15)

 

Где  (сθ_вп ) – энтальпия 1 м ³  воздуха при температуре на входе

                      в воздухоподогреватель  t_вп = τ_ух.1 = 128 ºС

         (сθ_вп ) = 170,52 кДж/кг ( из таблицы П.1.4  [2] )

       (сθ_хв )  – энтальпия 1 м ³   холодного воздуха при температуре t_хв = 40 ºС

       (сθ_хв ) = 53,2 кДж/ м³  (  из  таблицы П.4.1 [1] )

Нº_хв = 4,2155 · 53,2 =  224,26 кДж/кг

Н' _вп = 4,2155 · 170,52 = 718,83 кДж/кг           

Q_в.вн = ( 1,2 – 0,05 – 0 + 0,06 ) ( 718,83 – 224,26 ) = 598,43 кДж/кг

2.1.3 Находим теплоту рециркуляционных  газов , кДж/ кг [1] :

     

         Q_рц = Н_рц · r₁                                                                                          (16)

 

 Где r₁ – доля рециркуляции в первом режиме ( из исходных данных)

        r₁ = 0,12

    Н_рц -  энтальпия рециркуляционных газов ,кДж/кг

 

          Н_рц =  Н^о_г + Н^о'_вп · (α _ух -  1 )                                                                 (17)

 

Где Н^о_г – энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг

          

          Н^о_г =  V_RО2 · (сθ_RО2 ) + V^о_N2 · (сθ_N2 ) + V^о_Н2О· (сθ_Н2О )                          (18)

 

Где  (сθ ) – энтальпии 1 м³ трехатомных газов азота ,воздуха ,

                    водяных паров при τ_ух1 = 128 ºС ( из таблицы П.1.4 [2] )

        V^о_N2 , V_RО2 , V^о_Н2О  - теоретические объемы продуктов сгорания,

                  ( см. п.1.2 )

        (сθ_RО2 ) =  222,92 кДж/м³

         (сθ_N2 )  =  166,68 кДж/м³

              (сθ_Н2О ) =  194,12 кДж/м³      

Н^о_г = 0,828 · 222,92 + 3,332 · 166,68 + 0,81 · 194,12  =  897,19 кДж/кг

        α_ух – коэффициент избытка воздуха в дымовых газах

                на выходе из поверхности нагрева ( см.п.2.1.2 )

        α_ух = α_т + Δ α_т  = 1,2 + 0,05 = 1,25

Н_рц =  897,19 + 718,83 ( 1,25 – 1 ) = 1076,89 кДж/кг

Q_рц =  1076,89 · 0,12 = 129,23 кДж/кг

2.1.4 Находим тепло введенное  в топку котельного агрегата 

         на 1 кг  сжигаемого топлива, кДж/кг [1]:

 

         Q'_т =  Q^р_р ((100- q₃ – q₄ - q₅– q₆ ) / ( 100 – q₄ )) +  Q_рц + Q_в.вн                          (19)

 

Где  q₃ – потери тепла от химической неполноты сгорания

        q₄ -  потери тепла от механической неполноты сгорания при

                Д = 8,4 кг/с = 30,24 т/ч ( из исходных  данных )

         q₄ = 2,5 %  ( из таблицы П.1.2 [2] )

         q₅ – потери тепла в окружающую среду при

                Д = 8,4 кг/с  ( из исходных данных )

         q₅ = 1,3 %  ( Рис.П.1. [2] )

         q₆ -  потери тепла со шлаком при камерном сжигании отсутствуют

        

q₃ = 237· (С^р + 0,375  (S^р_к + S^р_о )·(CO/( RO₂ + CO))/ Q^р_р · 100%      (20)

СО = [21 – β · RO₂ – ( RO₂ + O₂ )] / ( β + 0,605 )                                (21)

 

β = 2,35·((H^p - 0,1260 · O^p + 0,04 · N^p) /  (С^р + 0,375 (S^р_к + S^р_о ))      (22)

 

 где О₂ =  6,8 % ( из исходных данных )

 

β = 2,35 (3 – 0,1260·14,4+0,04·0,4) / ( 44,3 + 0,375· 0,2) = 0,062

СО = (21 – 0,062 · 12,7 – (12,7 + 6,8)) / (0,062 + 0,605) = 1,07 %

q₃ = 237·( 44,3 + 0,375· 0,2 )·(1,07 / ( 12,7 + 1,07))/ 15701,3 · 100 = 5,2 %

 

Q'_т1 = 15701,3 · ( (100 – 5,2 – 2,5 – 1,3 – 0  )/ (100 – 2,5)) + 129,23 + 598,43

Q'_т1 =  15382,21 кДж/кг

 

2.2  Находим  тепловые потоки вводимые в  топку котла для второго режима  

 

2.2.1 Находим   тепло , введенное в котел в  целом , кДж/кг [1]:

 

          Q^р_р =  Q_н^р  + Q_тл                                                                                                   

 

Где Q_н^р – низшая теплота сгорания топлива ( из исходных данных)

       Q_н^р =  15,659 МДж/кг = 15659 кДж/кг

       Q_тл - тепло, вносимое в топку с топливом или

                 физическое тепло топлива 

       

        Q_тл =  С^р_т · t _тл