Производственно-отопительные котельные установки с паровыми котлами ДЕ и экономайзером ВТИ»; часть I «Теплогенератор»

Для дымовой трубы:

 3.6 Определение избыточного количества воздуха для каждого газохода

               (3.6)    

 м3/кг

 м3/кг

 м3/кг

 м3/кг

 м3/кг

 3.7 Определение действительного объема водяных паров для жидкого топлива

        (3.7)

м3/кг  

 м3/кг

 м3/кг

 м3/кг

 м3/кг

 

 3.8 Определение действительного суммарного объема продуктов сгорания для жидкого топлива

     (3.8)

 м3/кг

 м3/кг

 м3/кг

 м3/кг

 м3/кг

 3.9 Определение объемных долей трехатомных газов, водяных паров и суммарной объемной доли

         (3.9)

       (3.10)

      (3.11)

Результаты расчета действительных объёмов продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 1.

 

Таблица 1 Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов, концентрация золы

Величина	Формула	Теоретические объемы:
		м3/кг			м3/кг
		м3/кг			м3/кг
		Газоход
		Топка	Конвективные пучки		Экономайзер	Дымовая труба
			I	II
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева, α’’	-	1,1	1,15	1,25	1,35	1,4
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева, αСР	3.5	1,05	1,125	1,2	1,3	1,375
Избыточное количество воздуха, VИЗБВ	3.6	0,524	1,31	2,096	3,144	3,930
Объем водяных паров,	3.7	1,457	1,47	1,483	1,499	1,512
Полный объем продуктов сгорания, VГ	3.8	11,107	11,906	12,705	13,769	14,568
Объемная доля трехатомных газов,	3.9	0,076	0,071	0,066	0,061	0,058
Объемная доля водяных паров,	3.10	0,131	0,123	0,117	0,109	0,104
Суммарная объемная   доля,	3.11	0,207	0,194	0,183	0,170	0,162

 

 

 

4. Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания

 

Количество теплоты, содержащееся в воздухе или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха или продуктов сгорания. При  выполнении расчетов принято энтальпию воздуха или продуктов сгорания   относить к 1 кг сжигаемого жидкого топлива.

Расчет энтальпий продуктов сгорания производится при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева.

4.1 Определение энтальпии теоретического объёма воздуха для всего выбранного диапазона температур

      

где: VO – теоретический объем воздуха, необходимого для горения,  
VO = 10,481 м3/кг;

(сq)В – энтальпия 1 м3 воздуха, кДж/м3, принимаются для каждой выбранной температуры, по табл. 3.4 [7].

 4.2 Определение  энтальпии  теоретического  объёма  продуктов сгорания  для  всего диапазона выбранных температур

    

где: – объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара воздуха, необходимого для горения:

  м3/кг ; м3/ кг ;

– энтальпии 1 м3 трехатомных газов, теоретического объема азота и теоретического объема водяных паров, кДж/м3, принимаются для каждой выбранной температуры, по табл. 3.4 [7].

 4.3 Определение энтальпии избыточного количества воздуха для всего выбранного диапазона температур

 

 

 4.4 Определение энтальпии продуктов сгорания при коэффициенте избытка  воздуха α > 1

       

Результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводим в таблицу 2. По данным таблицы 2 строится график.

 

Таблица 2 Энтальпия продуктов сгорания

Поверхность нагрева	Температура,  ОС	НBO,  кДж/кг	НГO,  кДж/кг	НИЗБВ,  кДж/кг	Н,  кДж/кг
Топка	2000	32218,59	34429,11	3221,86	37650,97
	1900	34457,79	32535,65	3045,78	35581,43
	1800	28696,98	30615,76	2869,69	33485,45
	1700	26978,09	28729,74	2697,81	31427,55
	1600	25269,69	26857,15	2526,97	29384,12
	1500	23550,81	24986,80	2355,08	27341,88
	1400	21831,92	23157,25	2183,19	25340,44
	1300	20113,04	21198,49	2011,30	23309,79
	1200	18446,56	19485,35	1844,66	21330,02
	1100	16769,60	17716,11	1676,96	19393,07
	1000	15092,64	15948,59	1509,26	17457,85
	900	13468,08	14194,17	1346,81	15540,98
	800	11885,45	12460,52	1188,55	13649,07
Первый конвективный пучок	1000	15092,64	15948,59	2263,89	18212,48
	900	13468,08	14194,17	2020,21	16214,38
	800	11885,52	12460,52	1782,82	14243,34
	700	10292,34	10764,20	1543,85	12308,05
	600	8720,19	9115,14	1308,03	10423,17
	500	7189,97	7513,49	1078,49	8591,98
Второй конвективный пучок	600	8720,19	9115,14	2180,05	11295,19
	500	7189,97	7513,49	1797,49	9310,98
	400	5691,18	5935,87	1422,79	7358,66
	300	4234,32	4400,48	1058,58	5459,06
Водяной экономайзер	400	5691,18	5935,87	1991,91	7927,78
	300	4234,32	4400,48	1482,01	5882,49
	200	2798,43	2906,45	979,45	3885,90
Дымовая труба	200	2798,43	2906,45	1119,37	4025,82
	100	1393,97	1438,89	557,59	1996,48

 

 

 

 

5. Определение КПД котельного агрегата и расхода топлива

 

При работе котла, вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают QРР.

Потеря теплоты с уходящими газами обусловлено тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котлоагрегат, значительно выше температуры окружающего воздуха. Потеря теплоты с уходящими газами зависит от вида сжигаемого топлива, коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, температуры уходящих газов, чистоты внутренних и наружных поверхностей нагрева (q2).

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания  (q3) обусловлена появлением в уходящих газах горячих газов. Потеря теплоты зависит от вида топлива и содержания в нем летучих соединений, способа сжигания в топке, от уровня и распределения температур в топочной камере.

Потеря теплоты от механической неполноты горения (q4) наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлено наличием в остатках продуктов горения  твердых горючих частиц. Остатки в основном состоят из золы, содержащейся в топливе и твердых горючих частиц, не вступивших в процесс газификации и горения. Потеря теплоты от механической неполноты горения зависит от вида сжигаемого топлива и его фракционного состава, форсировки колосниковой решетки и топочного объема, способа сжигания топлива и конструкции топки, коэффициента избытка воздуха, а также от зольности топлива.

Потеря теплоты от наружного охлаждения (q5) обусловлено передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру. Потери в окружающую среду зависят от теплопроводности обмуровки, ее толщины, поверхности стен, приходящихся на единицу паропроизводительности парового котла.

Коэффициентом полезного действия парового котла называется отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара или горячей воды. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. КПД брутто определяется по выработанной теплоте, КПД нетто – по отпущенной.

Между теплотой, поступившей в котельный агрегат, и покинувшей его, должно существовать равенство, т. е.

        

где - низшая теплота сгорания топлива по рабочей массе

- теплота, вносимая в котельный  агрегат с воздухом, кДж/кг

       

где tв – температура воздуха, подаваемого на горение, принимаем tв=300С

 кДж/кг

- теплота, вносимая в котельный  агрегат с топливом (учитывается  только при сжигании мазута)

        

где tт – температура топлива (для мазута в зависимости от его вязкости 90÷130оС)

ст – удельная теплоемкость топлива, которую определяем по формуле:

      

 кДж/кг

Найдем располагаемую теплоту:

 кДж/кг

Запишем уравнение теплового баланса:

       

где - полезная теплота, вырабатываемая котельным агрегатом

- потери теплоты с уходящими  газами

- потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива

- потери теплоты из-за механической  неполноты сгорания топлива, =0

- потери теплоты от наружного  охлаждения котельного агрегата

- потери теплоты со шлаком, =0

Разделим левую и правую часть уравнения на QРР, тогда

       

,

Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле:

      

где Нух – энтальпия уходящих газов, определяем по таблице 2, выбрав температуру уходящих газов 160оС, Нух = 3220,66 кДж/кг

αУХ – коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева, αУХ = 1,35

 - энтальпия воздуха, который поступает через различные неплотости в газоходах и обмуровки котельного агрегата

         

%

КПД брутто парового котла определяем по уравнению обратного баланса:

        

Расход топлива, подаваемого в топку, определяем из уравнения теплового баланса:

      

где QКА – теплопроизводительность котельного агрегата

   

 - энтальпия насыщенного пара, вырабатываемого котлом, =0,826 МДж/кг

 - энтальпия питательной воды, кДж/кг

 - энтальпия котловой воды, кДж/кг

Д – паропроизводительность котельного агрегата, Д=4 т/ч

 кВт

 кг/с

Расчетный расход топлива: кг/с

Для последующих расчетов определяем коэффициент сохранения теплоты:

      

 

6.  Поверочный тепловой расчет топки

 

При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств.

Для выполнения поверочного расчета необходимо знать определенные параметры: объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранов (диаметр труб, расстояния между осями труб).

1. Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры, Т”=1000oC
2. Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по табл. 2, Н=19028,91 кДж/кг
3. Определяем полезное тепловыделение в топке

      

 кДж/кг

4. Определяем коэффициент тепловой эффективности экранов

           

где х – угловой коэффициент, х=1 [Эстеркин, стр.57, рис. 5.3, 55/51]

– коэффициент, который учитывает снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массы, принимаем =0,55

5.  Определяем эффективную толщину излучающего слоя:

         

где VT – объем топочной камеры, VT = 8,01 м3;

FСТ – поверхность стен топочной камеры, FCT = 23,8 м2;

м

6. Определяем коэффициент ослабления лучей:

При сжигании жидкого топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газам:

       

где - суммарная объемная доля трехатомных газов, берется по таблице 1, = 0,256

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами ( ) определяется по формуле:

      

где: – парциальное давление трехатомных газов, МПа;

p – давление в топочной камере котлоагрегата, принимается p = 0,1 МПа;

 - суммарная объемная доля, из табл.1, =0,256

 – объемная доля водяных паров, из табл. 1, ;

TT// – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, TT// = 1273 К;

(м·МПа)-1

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами  определяется по формуле:

       

где и - содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива.

 (м·МПа)-1

(м·МПа)-1

7. Определяем степень черноты факела для жидкого топлива:

        

где m – коэффициент, характеризующий долю топочного объёма, заполненного светящейся частью факела, принимаем m=0,935

- степень черноты светящейся  части факела и несветящихся  трёхатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топки соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трёхатомными газами, их значения определяются по формулам