Контрольная работа по "Теплотехнике"

 

Где  t _тл – температура топлива  

        t _тл  =  20 º С [1 ]:

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

 

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

 

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

2.2.2 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 )                            

 

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 )                                                                                

 

         Нº_хв =  V^о · (сθ_хв )                                                                               

 

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

                      в воздухоподогреватель  t_вп = τ_ух.2 =  142 ºС

         (сθ_вп ) = 189,28 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.1.4 [2] )

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

Н' _вп = 4,2155 · 189,28 = 797,91 кДж/кг           

Q_в.вн = ( 1,2 – 0,05 – 0 + 0,06 ) ( 797,91 – 224,26 ) = 694,12 кДж/кг

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

     

         Q_рц = Н_рц · r₂                                                                                        

 

Где r₂ – доля рециркуляции во втором режиме ( из исходных данных)

       r₂ = 0,22

    Н_рц -  энтальпия рециркуляционных газов ,кДж/кг

 

          Н_рц =  Н^о_г + Н^о"_вп · (α_ух  -  1 )                                                                

 

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 )                         

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

                    водяных паров при τ_ух2 = 142 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 ) =  249,38 кДж/м³

         (сθ_N2 )  =  185,02 кДж/м³

              (сθ_Н2О ) =  215,68 кДж/м³      

Н^о_г = 0,828 · 249,38 + 3,332 · 185,02 + 0,81 · 215,68  =  997,675 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 =  997,675 + 797,91 ( 1,25 – 1 ) = 1197,15 кДж/кг

Q_рц =  1197,15 · 0,22 = 263,375 кДж/кг

 

2.2.4 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                         

 

Где  q₃ – потери тепла от химической неполноты сгорания

        q₃ = 5,52 % ( см.п.2.1.4. )

        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

Q'_т2 = 15701,3 · ( (100 – 5,2 – 2,5 – 1,3 – 0  )/ (100 – 2,5)) + 263,375 + 694,12

Q'_т2 =   15612,04 кДж/кг

 

3. Построение  H – τ   диаграммы

 

3.1 Для построения диаграммы  задаемся двумя значениями температур

      и  для этих  температур рассчитываем энтальпию при α = 1,2

 

3.1.1 Находим энтальпию для первого  режима 

          при  τ_ух1 = 128 ºС, кДж/кг  [2]:

 

         Н'₁ =  Н^о_г  +  ( α –1 ) · Н'_вл                                                              (23)

 

Где Н' _вп = 718,83 кДж/кг   (см. п. 2.1.2 )

       Н^о_г =  897,19 кДж/кг ( см. п 2.1.3 )

Н'₁ =  897,19 + ( 1,2 – 1 ) · 718,83 = 1040,96 кДж/кг

3.1.2 Находим энтальпию для второго  режима при τ_ух2 = 142 ºС, кДж/кг [2]:

 

         Н'₂ =  Н^о_г  + ( α -  1 ) · Н"_вл

 

Где Н" _вп = 797,91 кДж/кг  ( см. п. 2.2.2 )

       Н^о_г = 997,675 кДж/кг ( см.п. 2.2.3 )

Н'₂ = 997,675 + ( 1,2 – 1 ) · 797,91 = 1157,257 кДж/кг

3.1.3 Находим энтальпии для выбранных  произвольно

         температур , кДж/кг:

Для температуры  t₁ = 1000 ºС ( из таблицы П.1.4 [2] )

        (сθ_RО2 ) =  2209  кДж/м³

         (сθ_N2 )  =  1398  кДж/м³

              (сθ_Н2О ) =  1730 кДж/м³      

         (сθ_в )   =  1440 кДж/м³

Н^о"_вл =  V^о · (сθ_в )                                                                                

Н^о"_вп = 4,2155 · 1440 = 6070,32 кДж/кг           

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

Н^о_г = 0,828 · 2209 + 3,332 · 1398 + 0,81 · 1730  =  7888,488 кДж/кг 

Н'₃=  7888,488 + ( 1,2 – 1 ) · 6070,32 = 9102,552 кДж/кг

Для температуры  t₂ =  2000 ºС  ( из таблицы П.1.4 [2] )

        (сθ_RО2 ) =  4859  кДж/м³

         (сθ_N2 )  =  2973  кДж/м³

              (сθ_Н2О ) =  3939 кДж/м³      

         (сθ_в )   =  3074 кДж/м³

Н^о"_вл =  V^о · (сθ_в )                                                                                

Н^о"_вп = 4,2155 · 3074 = 12958,447 кДж/кг           

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

Н^о_г = 0,828 · 4859 + 3,332 · 2973 + 0,81 · 3939  =  17119,878 кДж/кг 

Н'₄ =  17119,878 + ( 1,2 – 1 ) · 12958,447 = 19711,57 кДж/кг

3.1.4 Находим энтальпии с учетом  рециркуляции, кДж/кг :

 

          Н_р = Н' · ( 1 + r )                                                                                (24)

 

Для  первого режима при r₁ = 0,12

При τ_ух1 = 128 ºС : Н_р128 = 1040,96 · (1 + 0,12 ) = 1165,88 кДж/кг

При t₁ =  1000 ºС:   Н^r1 _р1 = 9102,552 · ( 1 + 0,12 ) = 10194,86 кДж/кг

При t₂ =  2000 ºС : Н^r1 _р2 = 19711,57 · ( 1 + 0,12 ) = 22076,96 кДж/кг

 

Для второго режима при r₂ = 0,22

При τ_ух2 = 142 ºС : Н_р142 = 1157,257  · (1 + 0,22 ) = 1411,85 кДж/кг

При t₁ =  1000 ºС:   Н^r2_р1 = 9102,552 · ( 1 + 0,22 ) = 11105,12 кДж/кг

При t₂ =  2000 ºС : Н^r2_р2 = 19711,57  · ( 1 + 0,22 ) = 24048,12 кДж/кг

 

3.2 Строим  H – τ   диаграмму

 

4. Определение теоретической температуры горения

    для обоих   режимов

 

    Примем, что энтальпия газов при теоретической температуре горения равна тепловыделению в топке :

    

При Q'_т1 =  15382,21 кДж/кг                   Ú₁ =  1400 ºС                                       

При Q'_т2 =  15612,04 кДж/кг                    Ú₂ =  1340 ºС

 

5.Определение   температуры  газов на выходе из топки 

 

5.1 Находим расчетный расход  топлива ,кг/с  [2] :

 

      В_р =  В · ( 1 -  q₄ /  100 )                                                                        (25)

 

Где В – натуральный расход топлива ,кг/с

       q₄ = 2,5 %  - потери от механической неполноты сгорания

 

 

              Д · [ (h _пп – h _пв) + ( р / 100 ) · (h_кв +h_пв ) ]

       В =  ----------------------------------------------------  ·  100                       (26)

                                 Q^р_р  · η^бр

 

 

Где Д = 8,4 кг/с -  паропроизводительность котельного агрегата

                            ( из исходных данных)

       р = 4 % - доля  продувки  [2, стр 4]

        η^бр = 90 % - КПД котельного агрегата Брутто в первом режиме

                             ( из исходных данных)

       η^бр = 89 % - КПД котельного агрегата Брутто во втором режиме

                             ( из исходных данных)

      Q^р_р = 15701,3  кДж/кг   – тепло,введенное в котлоагрегат

                                                в целом ( см. п. 2.1.1 )

       h _пп – энтальпия перегретого пара  при р_пп = 4,2 МПа и t_пп = 410 ºС

       h _пп = 3238 кДж/кг  (табл. П.2.2 [2] )

       h _пв - энтальпия питательной воды при р_пв = р_пп = 4,2 МПа , т.к.

                  процесс изобарный и при   τ_ух1 = 128 ºС

       h _пв =  559 кДж/кг  ( табл.П.2.1 [2] )

       h_кв - энтальпия котловой воды при р_кв =  р_пп = 4,2 МПа и при τ_ух2 = 142 ºС

       h_кв = 602 кДж/кг ( табл.П.2.1 [2] )

 

             8,4 · [ ( 3238 – 559 ) + ( 4 / 100 ) · (602 + 559)]

В₁ =  ---------------------------------------------------- ------------- · 100  =  1,56 кг/с

                                        15701,3 ·  90

 

В_р1 = 1,56 · ( 1 – 2,5 / 100 ) = 1,521 кг/с

 

               8,4 · [ ( 3238 – 559 ) + ( 4 / 100 ) · (602 + 559)]

В₂ =  ---------------------------------------------------- ------------- · 100  =  1,58 кг/с

                                        15701,3 ·  89

В_р2 = 1,58 · ( 1 – 2,5 / 100 ) = 1,541 кг/с

 

5.2 Находим коэффициент сохранения  тепла,  [2]:

 

      φ =  1 – q₅ /  η^бр + q₅                                                                                   (27)

 

Где q₅ -  потери тепла от охлаждения наружных поверхностей

               котлоагрегата  окружающим воздухом

       q₅ = 1,3 %

φ₁ =  1 -  1,3 / 90 + 1,3 = 0,98576

φ₂ =  1 -  1,3 / 89 + 1,3 = 0,9856

5.3 Находим температуру газов  на выходе из топки , ºС :

 

                                       Т_г

Ú_г = ---------------------------------------------    -    273                                    (28)

                   σ₀ · ζ · Н_л · Т_г³

           μ  ( ---------------------------)^0,6 · Bu^0,3 +   1

                     φ ·  В_р·  (Vс_ср )

 

Где  Т_г-  адиабатная температура горения , ºК

       

        Т_г =   Ú +  273                                                                                        (26)

 

Т_г1 =  1400 + 273 = 1673 ºК

Т_г2 =  1340 + 273 = 1613 ºК

        µ - расчетный  коэффициент  камерной топки  [2]

  

        µ = μ₀ ( 1 - 0,4 X_r ) ³√r_r                                                                        (27 )

где μ₀ – коэффициент , зависящий от типа топочного устройства и вида топлива

      μ₀ = 0,44  при сжигании твердых топлив  [2, стр 16]

      X_r – относительная высота расположения горелок

      X_r = 0,25 [2, стр 17]

       r_r – параметр забалансированности топочных газов

 

       r_r = V_гр / V^о_N2 + V_RО2                                                                             ( 28 )

где V_гр – расход газов на выходе из топки с учетом рециркуляции

       V^о_N2 = 3,332 м³/кг  ( см.п.1.2 )

        V_RО2 = 0,828 м³/кг ( см.п.1.2 )

 

       V_гр = V_Г · ( 1 + r )                                                                                 (29 )  

Где V_Г = 5,8271 м^3/кг ( см.п.1.5 )

        V_гр1 = 5,8271 ( 1 + 0,12 ) = 6, 5263 м³/кг

        V_гр2 = 5,8271 ( 1 + 0,22 ) = 7,109 м³/кг

        r_r1 = 6,5263 / 3,332  + 0,828 = 1,569 м³/кг

        r_r2 = 7,109 / 3,332  + 0,828 = 1,709 м³/кг

        µ₁ = 0,44 ( 1 – 0,4 · 0,25 ) ³√ 1,569 = 0,46

        µ₂ = 0,44 ( 1 – 0,4 · 0,25 ) ³√ 1,709 = 0,474

        σ₀ – коэффициент излучения абсолютно черного тела  [2]

         σ₀ = 5,7 · 10 ^–11 кВт/м² · К⁴

         ζ –  условный коэффициент загрязнения  поверхностей нагрева 

         ζ =  0,45 при сжигании твердых топлив в камерных топках  [2]

         Н_л – поверхность стен топки ( из исходных данных )

         Н_л = 220 м²

         φ  -  коэффициент сохранения тепла  ( см.п.5.2 )

         В_р – расчетный расход топлива ( см.п.5.1 )

         Вu – критерий Бугера ( из исходных данных )

          Вu = 0,6

       (Vс_ср) – средняя суммарная теплоемкость продуктов

                        сгорания 1 кг  топлива, кДж/кг·ºС  [2]

 

                             Q'_т  -   Н₈₀₀

          (Vс_ср1 ) = ---------------------                                                                   (30)