Котельные установки и их эксплуатация

 

Рассчитаем избытки воздуха, результаты сведем в табл. 2.3

Коэффициент избытка воздуха после топки:

      ;    

       

Средний коэффициент избытка воздуха в топке

      ;

            

Коэффициент избытка воздуха после  первого конвективного пучка

      ;

       ;

Средний коэффициент избытка воздуха в первом конвективного пучка

               

     

Коэффициент избытка воздуха после второго конвективного пучка

     

       ;

Средний коэффициент избытка воздуха во втором конвективном пучке

                

          

Коэффициент избытка воздуха после водяного экономайзера

      ;

       ;

Средний коэффициент избытка воздуха в водяном экономайзере

                     

           

 

Таблица 2.3 - Избытки воздуха и присосы по газоходам котла

Наименование газохода	α´´	∆α	αср
1. Топка	1,17	0,1	1,12
2. Первый конвективный  пучок и пароперегреватель	1,22	0,05	1,2
3. Второй конвективный  пучок	1,32	0,1	1,27
4. Экономайзер и газоходы  за котлом	1,44	0,12	1,38

 

Расчет объемов продуктов сгорания

 

Объемы воздуха и продуктов сгорания рассчитываются на 1 м3 газообразного топлива при нормальных условиях: 0 °С и 101,3 кПа.

Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания заданного топлива принимаются при полном его сгорании (α= 1) из таблицы XIII Нормативного метода и сводим в таблицу 2.4.

 

Таблица 2.4. -Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания

Наименование величины	Условное обозначение	Величина, м3 /м3
1. Теоретический объем  воздуха		9,72
2. Теоретические объемы  продуктов сгорания:                            -трехатомных газов;		10,91     1,04
- азота;		7,69
-водяных паров		2,18

 

Объемы газов при полном сгорании топлива и α > 1 рассчитаем для каждого газохода, и результаты заносим в табл. 2.5. в которой принято:

- Коэффициент избытка воздуха  α= αср - по табл. 2.3;

- =   ,     - из табл. 2.4, м3/м3;

- - объем водяных паров при α> 1, м3 /кг;

- - объем дымовых газов при α> 1, м3/кг;

- r  - объемная доля водяных паров;

- r- объемная доля трехатомных газов;

- rп - объемная доля водяных паров и трехатомных газов;

- Gr - масса дымовых газов:

- – плотность сухого газа при нормальных условиях, кг/м3 - по табл. 2.1ю

- dг.тл. .=10 гр./м3 - влагосодержание газообразного топлива, отнесённое к 1м3 сухого газа .

 

Таблица 2.5 - Действительные объемы газов (м3/м3 ) и их объемные доли при α> 1

Величина	Поверхность нагрева
	топка	первый конвективный пучок	второй конвективный пучок	экономайзер
1. α= αср	1,12	1,2	1,27	1,38
2. Объем водяных паров, м3 /кг = +0,0161(α-1)	2,199	2,211	2,222	2,239
3. Объем дымовых газов, м3/кг =+++(α- 1)	12,095	12,885	13,576	14,663
4. Объемная доля водяных паров r=	0,181	0,171	0,163	0,153
5. Объемная доля трехатомных газов r=	0,086	0,081	0,077	0,071
6. Объемная доля водяных паров и трехатомных газов  rп.= r+ r	0,267	0,252	0,240	0,224
7. , кг/м3	14,977	15,992	16,880	18,278

 

Энтальпии воздуха и продуктов сгорания считаются для каждого значения коэффициента избытка воздуха α в области, перекрывающей ожидаемый диапазон температур в газоходе.

Так как свойств газа Казли-Каган нет в справочных данных, то необходимо заполнить табл. 2.6. на основе XIII Приложения. В приложении энтальпии приведены в ккал/м3. Для перевода в систему СИ необходимо умножить на коэффициент 4,19.

Обозначения в табл. 2.6. следующие: Энтальпии 1 м3 углекислого газа - (сθ)СО2 ,  азота - (сθ)N2, водяных паров - (сθ)Н2О и воздуха - (сθ)В.

 

Табл. 2.6 – Энтальпии 1 м3 воздуха и продуктов сгорания

,	(сθ)СО2	(сθ)N2	(сθ)Н2О	(сθ)В
	кДж/м3
2000	4847,83	2966,52	3930,22	3067,08
1800	4307,32	2643,89	3460,94	2731,88
1600	3771	2325,45	3004,23	2405,06
1400	3243,06	2011,2	2560,09	2078,24
1200	2719,31	1696,95	2132,71	1755,61
1000	2203,94	1395,27	1726,28	1437,17
800	1705,33	1093,59	1336,61	1131,3
600	1223,48	804,48	967,89	830,458
400	772,636	527,102	626,824	542,186
200	357,826	260,199	304,613	266,484
100	170,114	129,89	150,84	132,404

 

Данные для расчёта энтальпий продуктов сгорания принимаются из табл. 2.4 и 2.6. Результаты расчёта сводятся в табл. 2.7.

Для примера покажем расчёт для топки при температуре среды 2000.

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха для полного сгорания газа при температуре t, °С:

Iо.В  =  (сθ)в, кДж/м3

Iо.В  =  кДж/м3

Энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха α = 1 и температуре газов = 2000, °С:

Iо.Г =   (сθ)СО2  +

Iо.Г = + =36422,16

Энтальпия действительного объема дымовых газов в топке на 1 м3 топлива при температуре  2000, °С :

IГ  = Iо.Г  + (α-1) Iо.В ,     кДж/м3

IГ  = 36422,16  + (1,12-1) =40000 кДж/м3

Изменение энтальпии газов:

∆IГ = IГi-1   -  IГi   ,    кДж/м3,

где IГi   - расчетное значение энтальпии при температуре 1800С, кДж/м3 ;

IГi-1   - предыдущее по отношению к расчетному значение энтальпии, кДж/м3 при температуре 2000С .

 

Таблица 2.7 - Энтальпии воздуха и продуктов сгорания при α >1

Поверхности нагрева	θ(t)  °С	Iо.Г	Iо.В		(α-1) Iо.В		IГ		∆ IГ
		кДж/м3
Топка, вход в первый конвективный пучок и пароперегреватель αт =1,12	2000	36422,16		3577,44		40000		-
	1800	32355,98	26553,87	3186,47		35542,44		4457,16
	1600	28353,77	23377,18	2805,26		31159,03		4383,41
	1400	24419,91	20200,49	2424,06		26843,97		4315,07
	1200	20526,94	17064,53	2047,74		22574,68		4269,29
	1000	16785,01	13969,29	1676,32		18461,33		4113,35
	800	13097,06	10996,24		1319,55		14416,61		4044,72
Первый конвективный пучок и пароперегреватель (вход во второй конвективный пучок) αк.п.1 =1,2	1000	16785,01	13969,29		2793,86		19578,87		-
	800	13097,06	10996,24		2199,247		15296,31		4282,57
	600	9568,87	8072,05		1614,41		11183,28		4113,03
	400	6223,43	5270,05		1054,01		7277,44		3905,84
	200	3037,13	2590,22		518,04		3555,17		3722,27
Второй конвективный пучок (вход в экономайзер) αк.п.ll =1,27	600	9568,87	8072,05		2179,45		11748,32		-
	400	6223,43	5270,048		1422,91		7646,35		4101,98
	200	3037,13	2590,224		699,36		3736,49		3909,86
Экономайзер αэк. =1,38	400	6223,42	5270,05		2002,62		8226,05		-
	200	3037,13	2590,22		984,29		4021,41		4204,64
	100	1504,60	1286,97		489,05		1993,65		2027,76

 

Показатель ∆IГ  снижается по мере уменьшения температуры газов θ, °С. , значит ошибок в расчете энтальпий нет.

Составление теплового баланса парогенератора

 

Составление теплового баланса парогенератора заключается в установлении равенства между поступившим в котел количеством теплоты, называемого располагаемым Qp, и суммой полезно использованного тепла Q1 и тепловых потерь Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 . На основании теплового баланса вычисляются КПД котла и необходимый расход топлива на котел [8].

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг или 1 м3 топлива при нормальных условиях - температуре 0 °С и давлении 101,3 кПа.

 Уравнение теплового баланса:

Qp + Qв.вн + Qф = Q1 + Q2 + Q3+Q4+ Q5 + Q6 ,   кДж/м3

где Ор - располагаемое тепло топлива, кДж/м 3; Qb.bh - тепло, внесенное в топку воздухом при его подогреве вне котла, кДж/м3; Q ф - тепло, внесенное в топку паровым дутьем («форсуночным» паром), кДж/м3; Q1 - полезно использованное тепло, кДж/м3 ; Q2 - потеря тепла с уходящими газами, кДж/м3 ; Q3 - потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива, кДж/м3 ; Q4 - потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива, кДж/м3 ; Q5 - потеря тепла от наружного охлаждения, кДж/м3 ; Q6- потеря с теплом шлака, кДж/м3 .

 

В условиях курсового проектирования при сжигании газообразного топлива в отсутствие внешнего подогрева воздуха и парового дутья величины Qb.bh , Q ф , Q4 и Q6 равны нулю, поэтому уравнение теплового баланса будет иметь вид:

Qp = Q1 + Q2 + Q3+ Q5,   кДж/м3

Располагаемое тепло 1м3 газообразного топлива

Qр = Qi d + iтл , кДж/м3

где Qi d - низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м3 (табл. 2.1);

iтл - физическое тепло топлива, кДж/м3. Оно учитывается в том случае, если топливо предварительно подогревается посторонним источником тепла. В условиях курсового проектирования iтл = 0.

Тогда

Qр = Qi d =36590, кДж/м3.

Выразим потери тепла в процентах от располагаемого тепла топлива:

q2 = · 100%;   q3 = · 100%  и т. д.

Потеря тепла с уходящими газами в окружающую среду определяется как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из экономайзера и холодного воздуха:

 

где Iух = I´´эк - энтальпия уходящих газов, кДж/м3 .Определяется интерполяцией по данным табл. 2.7 по температуре уходящих газов θух=160°С,  

,     кДж/м3

3210,3 кДж/м3

αyx = α´´ эк. =1,44 - коэффициент избытка воздуха за экономайзером (табл. 2.3);

 IО.хв. - энтальпия холодного воздуха,