Проект производственно-отопительной котельной мощностью 115,17 МВт

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

 

2.1. Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания

 

В качестве основного  вида топлива принято по заданию природный газ.

Характеристику природного газа, поступающего в г. Гомель принимаем по данным объединения «Белтрансгаз».

Состав природного газа в % по объему, приводим в таблице 2.1.1.

Таблица 2.1.1

Метан    СН4	Этан    С2Н6	Пропан    С3Н8	Бутан   С4Н10	Пентан    С5Н12	Азот       N2	Диоксид углерода СО2	Кислород       О2
97,785	0,979	0,278	0,091	0,011	0,81	0,037	0,009

  

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива Q_н^р = 33603,8 кДж/м³ (8020 ккал/м³); плотность при нормальных условиях 

При тепловом расчете  парового котла определяем теоретические  и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания.

Теоретический объем воздуха, необходимого для сгорания топлива при сжигании газа при  определяем по формуле:

      , м³/м³   (2.1.1)

        где  m – число атомов углерода;

    n – число атомов водорода

 

 

 

 

Теоретический объем продуктов  сгорания:

 

• теоретический объем водяных паров:

           ,м³/м³             (2.1.2)

          где   d_г.тл. – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1м³ сухого газа, г/м³; принимаем d_г.тл. = 10 г/м³

                    

 м³/м³

• теоретический объем азота:

                                             , м³/м³                                   (2.1.3)           

                                              м³/м³

  -  теоретический  объем трехатомных газов:

                                 , м³/м³              (2.1.4)                       

       м³/м³

 

• теоретический объем продуктов сгорания:

 м³/м³                       (2.1.5)

                                        м³/м³

 

Действительные объемы продуктов сгорания рассчитываются с учетом коэффициента избытка воздуха в топке и объемов присосов воздуха по газоходам котельного агрегата. Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки котла принимаем для камерной топки при сжигании газа равным 1,05 [1], величину присосов воздуха в газоходах котлоагрегата при номинальной нагрузке принимаем равным [1]:

• конвективный пучок котла
• экономайзер чугунный с обшивкой
• стальной газоход (на каждые 10м длины) .

Действительный суммарный  объем продуктов сгорания природного газа определяем (при среднем коэффициенте избытка воздуха  в газоходе для каждой поверхности нагрева) по формуле:

            , м³/м³           (2.1.6)

 

Расчет действительных объемов продуктов сгорания и их составов по газоходам приводим на примере топки, результаты сводим в таблицу 2.1.2

 Таблица 2.1.2

 

Величина	Расчетная формула	Теоретические объемы
		Газоход
		топка	Конвективный пучок	экономайзер
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева		1,05	1,1	1,2
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе		1,05	1,075	1,15
Избыточное количество воздуха, м3/м3		0,479	0,718	1,436
Объем водяных паров, м3/м3		2,176	2,18	2,191
Полный объем продуктов сгорания, м3/м3		11,234	11,477	12,206

 

Продолжение таблицы 2.1.2

Величина	Расчетная формула	Теоретические объемы
		Газоход
		топка	Конвективный пучок	экономайзер
Объемная доля трехатомных газов		0,09	0,088	0,083
Объемная доля водяных паров		0,193	0,189	0,178
Суммарная объемная доля		0,283	0,277	0,261

 

2.2. Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания

 

Энтальпию теоретического объема воздуха для всего выбранного диапазона температур вычисляем по формуле:

                                                   , кДж/кг                                   (2.2.1)

        где  (ct)_в – энтальпия 1м³ воздуха, [1]

Энтальпию теоретического объема продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур определяем по формуле:

                             , кДж/м³    (2.2.2)

        где  - энтальпия 1м³ трехатомных газов, теорети-ческого объема  азота и водяных паров [1], кДж/м³.

Энтальпию избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур t определяем по формуле:

 

                                           , кДж/м³                                        (2.2.3) Энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха определяем по формуле:

                                            , кДж/м³                                  (2.2.4)

       где  Н_зл – энтальпия золы: для газа Н_зл = 0.

           Результаты расчетов энтальпий воздуха и продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 2.2.1.

Для составления таблицы  интервал температур принимаем равным 100^оС. Таблица 2.2.1

О, оС	,   кДж/м3	,   кДж/м3	, кДж/м3
			Топка          1,05		Конвективный        пучок		Экономайзер
100	1270,07	1485,49	1548,99		1612,50		1739,50
200	2556,41	2998,17	3125,99	1577,00	3253,81	1641,32	3509,46	1769,95
300	3866,68	4547,85	4741,18	1615,19	4934,52	1680,70	5321,19	1811,73
400	5201,84	6143,86	6403,95	1662,77	6664,04	1729,52	7184,23	1863,04
500	6568,58	7779,64	8108,07	1704,11	8436,49	1772,45	9093,35	1909,13
600	7966,90	9445,70	9844,04	1735,98	10242,39	1805,90	11039,08	1945,73
700	9406,38	11159,89	11630,21	1786,16	12100,53	1858,14	13041,16	2002,08
800	10853,51	12928,32	13470,99	1840,79	14013,67	1913,14	15099,02	2057,86
900	12300,65	14732,78	15347,81	1876,82	15962,85	1949,18	17192,91	2093,89
1000	13787,98	16568,80	17258,20	1910,39	17947,60	1984,75	19326,40	2133,49
1100	15315,51	18409,07	19174,84	1916,64	19940,62	1993,02	21472,17	2145,77
1200	16843,05	20262,68	21104,83	1929,99	21946,98	2006,36	23631,29	2159,12
1300	18370,58	22166,29	23084,82	1979,99	24003,35	2056,37	25840,41	2209,12
1400	19938,31	24105,93	25102,85	2018,03	26099,76	2096,42	28093,60	2253,19
1500	21506,04	26032,00	27107,30	2004,45	28182,60	2082,84	30333,21	2239,61
1600	23073,77	27989,85	29143,54	2036,24	30297,23	2114,63	32604,61	2271,40
1700	24641,50	29961,06	31193,13	2049,59	32425,21	2127,98	34889,36	2284,75
1800	26209,23	31941,37	33251,83	2058,69	34562,29	2137,08	37183,21	2293,85
1900	27817,15	33953,46	35344,32	2092,49	36735,18	2172,89	39516,89	2333,68
2000	29425,08	35956,23	37427,48	2083,16	38898,73	2163,55	41841,24	2324,35
2100	31033,01	37981,67	39533,32	2105,84	41084,97	2186,24	44188,27	2347,03
2200	32640,94	40797,14	42429,18	2895,86	44061,23	2976,26	47325,32	3137,05

 

2.3. Тепловой расчёт котельного агрегата Е-50-1,4ГМ

2.3.1.. Определение коэффициента полезного действия и расхода топлива котлоагрегата

 

Тепловой баланс парогенератора характеризует  равенство между приходом и расходом тепла. Тепловая эффективность котлоагрегата, совершенство его работы характеризуется коэффициентом полезного действия.

Приходная часть теплового  баланса в большинстве случаев определяется по формуле:

           , кДж/м³(ккал/м³)         (2.3.1.1)

        где    Q_р^р– располагаемая теплота;

                  Q_н^р– низшая теплота сгорания топлива, для газа принимаем;

                  Q_н^с– низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м³; принимаем по   исходным данным для газа Q_н^с = 33603,8 кДж/м³ (8020 ккал/м³);

             Q_ф.т.– физическое тепло топлива: принимаем Q_ф.т.= 0, так как топливо-газ;

        Q_т.в.– физическое тепло воздуха, подаваемого в топку котла при подогреве его вне котлоагрегата: принимаем Q_т.в.= 0, так как воздух перед подачей в котлоагрегат дополнительно не подогревается;

                             Q_пар.– теплота, вносимая в котлоагрегат при поровом распиливании жидкого топлива, кДж/кг: принимаем Q_пар.= 0, так как топливо газ.

Располагаемая теплота для котлоагрегата Е-50-1,4ГМ составляет:

               

Расходная часть теплового баланса котлоагрегата складывается и следующих составляющих:

                           (2.3.1.2)

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

                                                     (2.3.1.3)

Разделив уравнение (2.1.3.2) на Q_р^р получим его в следующем виде:

                                          (2.3.1.4)

       где q₁– полезно использованная в котлоагрегате теплота;

   q₂– потеря теплоты с уходящими газами;

   q₃– потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива;

   q₄– потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива;

     q₅– потеря теплоты от наружного охлаждения;

                     – потеря теплоты от физической теплоты, содержащейся в удаляемом шлаке и от потерь на охлаждение панелей и балок, не включенных в циркуляционный контур котла;