3 Построение Н, Т-диаграммы

Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева. Расчёт производим для всего возможного диапазона температур от 100 до 22000C.

Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим в последовательности, изложенной в источнике [2].

Определяем энтальпию теоретического объёма воздуха H0в, кДж/м3, для всего выбранного диапазона температур

H0в= V0 *(сJ)в,                                 (13)

где    (сJ)в – энтальпия 1м3 воздуха, кДж/м3[опред. По табл. 3.4 ист. 2].

V0 – теоретический объём воздуха, необходимого для горения, м3/м3 [опред. По табл. 3.3 ист. 2].

Значение теоретического объема воздуха для всего диапазона температур сводим в таблицу 2.

Определяем энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания H0г, кДж/м3, для всего выбранного диапазона температур

H0г = VRO2 (сJ)RO2 + V0N2 (сJ)N2+ V0H2O(сJ)H2O,      (14)

где    (сJ)RO2, (сJ)N2, (сJ)H2O – энтальпии 1м3 трёхатомных газов, теоретического объёма азота, теоретического объёма водяных паров, кДж/ м3;

VRO2, V0N2, V0H2O – объёмы трёхатомных газов, теоретические объёмы азота и водяного пара, м3/м3 [ табл. 3.4].

Значение и определение энтальпии теоретического объема продуктов сгорания для всего диапазона температур сведены в таблицу3.

Определяем энтальпию избыточного количества воздуха Hвизб, кДж/м3, для всего выбранного диапазона температур

Hвизб=(α–1) H0в.                                (15)

Определяем энтальпию продуктов сгорания H, кДж/м3, при коэффициенте избытка воздуха α >1

H= H0г+ Hвизб.                                  (16)

Значение и определение продуктов сгорания для всего диапазона температур сводятся в таблицу 4.

Таблица 2 – теплосодержание воздуха.

По результатам расчетов выполняем построение графика зависимости энтальпий продуктов сгорания Н от температуры Т.

4 Тепловой баланс котла

Расчет теплового баланса котельного агрегата выполняем по формулам в соответствии с источником [2].

При работе парового котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных потерь теплоты.

Определяем потерю теплоты с уходящими газами q2, %

            (17)

где    Hух – энтальпия уходящих газов, кДж/м3;

H0х.в – энтальпия теоретического объёма холодного воздуха, определяем при tв = 300С, кДж/м3;

aух – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах в сечении газохода после последней поверхности нагрева;

q4 – потеря теплоты от механической неполноты горения, %; для природного газа q4 =0;

Qрр – располагаемая теплота топлива, кДж/м3.

Энтальпия теоретического объема холодного воздуха H0хв, кДж/м3, при температуре 300С

H0хв =39,8 V0                            (18)

H0хв= 39,8 * 10,03 = 399,2

Определяем располагаемую теплоту Qрр, кДж/м3, для газообразного топлива

Qрр = Qсн                                    (19)

где Qсн – низшая теплота сгорания сухой массы газа, кДж/м3

Qрр=38380

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3, %, обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов СО, Н2, СН4. По таблице 4.4 [2] q3=0,5.

Потеря теплоты от механической неполноты горения топлива q4, %, наблюдается только при сжигании твердого топлива и обусловлена наличием в очаговых остатках твердых горючих частиц. Для газа q4 = 0 %.

Потеря теплоты от наружного охлаждения q5, %, обусловлена передачей теплоты от обмуровки агрегата наружному воздуху, имеющему более низкую температуру и для парового котла определяется по формуле

q5= q5ном ( Dном / D)                          (20)

где    q5ном – потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, %; принимаем по таблице 4.5 [2] q5ном =2,3;

Dном – номинальная нагрузка парового котла, т/ч;

D – расчетная нагрузка парового котла, т/ч.

q5=2,3* 6,5/6,5 =2,3

Определяем КПД брутто ηбр, %, парового котла из уравнения обратного теплового баланса

ηбр=100-(q2+q3+q4+q5+q6).          (21)

При сжигании газообразного топлива уравнение примет вид

ηбр =100–(q2+ q3 +q5)                  

ηбр =100–(6,2+0,5+2,3)=91,0

Определяем полезную мощность Qпг, кВт, парового котла

Qпг =Dн.п (hн.п – hп.в )+ 0,01рDн.п (hкип – hп.в)                        (22)

где    Dн.п – расход выработанного насыщенного пара 1,8, кг/с;

hн.п – энтальпия насыщенного пара определяется из ист.4, 2789 кДж/кг;

hп.в – энтальпия питательной воды ист.4, 820 кДж/кг;

р – непрерывная продувка парового котла, 2,5 %;

hкип – энтальпия кипящей воды в барабане котла, 826 кДж/кг.

Qпг =1,8 (2789 – 419) + 0,01*2,5*1,8 (826– 419)=4284,3

Определяем расход топлива Впг, м3/с, подаваемого в топку парового котла из уравнения прямого теплового баланса

Впг = (Qпг / (Qрр * ηбр))100              (23)

Впг = (4284,3/ (38380 * 91,0)) 100 =0,123

Определяем расчётный расход топлива Вр, м3/с

Вр =Впг= 0,123

Определяем коэффициент сохранения теплоты φ

                (24)

φ = 1-2,3/(91,0 +2,3) = 0,975

5 Расчет топочной камеры

Расчёт топки производим по формулам в соответствии с источником [2] в следующей последовательности.

Предварительно задаемся температурой продуктов сгорания на выходе из топочной камеры 10350С. Для принятой температуры определяем энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки по таблице 2 – Энтальпии продуктов сгорания Н = ƒ (J), кДж/м3.

Подсчитываем полезное тепловыделение в топке Qт, кДж/м3

                 (25)

где    Qв – теплота вносимая в топку с воздухом, кДж/м3

Qт =38380 (100-0,5)/100+419,6=38607,6

Для паровых котлов, не имеющих воздухоподогревателя, теплоту Qв, кДж/м3, определяем

Qв =α˝т * H0х.в.              (26)

Qв =1,05*399,2=419,16

Определяю коэффициент ψ тепловой эффективности экранов

ψ = χ * ξ,                                   (27)

где    χ – угловой коэффициент, т.е. отношение количества энергии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей полусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной поверхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. Значение χ определяется из рисунка 5.3 [2] ; χ=0,97;

ξ – коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия экранных поверхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по таблице 5.1 [2]: ξ=0,67.

ψ = 0, 97*0, 67=0, 65

Определяем эффективную толщину S, м, излучающего слоя

S=3,6Vт/Fст                               (28)

где Vт – объем топочной камеры, м3;

Fст – поверхность стен топочной камеры, м2.

S=3, 6*11, 2/29, 97=1, 35

Определяем коэффициент k, (м·МПа)–1 , ослабления лучей. При сжигании газообразного топлива коэффициент ослабления лучей зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами kг и сажистыми частицами kс

k = kг rп + kс                              (29)

где    kг – коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами, (м·МПа)–1;

rп – суммарная объёмная доля трёхатомных газов; принимаю по таблице 1;

kс –коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м·МПа)–1.

Коэффициент kг, (м·МПа)–1 , ослабления лучей трехатомными газами определяю по формуле

           (30)

где    рп = rп р – парциальное давление трёхатомных газов, МПа;

р – давление в топочной камере котлоагрегата, для агрегатов, работающих без наддува принимаю р = 0,1 МПа;

T˝т – абсолютная температура на выходе из топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).

Коэффициент kс , (м·МПа)–1, ослабления лучей сажистыми частицами

kс            (31)

где Ср, Нр–содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива, %.

При сжигании природного газа

                                   (32)

где СmНn – процентное содержание входящих в состав природного газа углеводородных соединений, %

k=8,75*0,257+1,147=3,43

Определяем степень черноты факела аф.

Для газообразного топлива степень черноты аф факела

аф =mасв +(1– m) аг                   (33)

где    m –коэффициент, характеризующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела; принимаю по таблице 5.2 [2] m=0,12 при qV=421 кВт/м3;

асв – степень черноты светящейся части факела;

аг – степень черноты несветящихся трёхатомных газов.

Значения асв и аг определяю по формулам

асв=1 – е-( kг rп + kс) р s                              (34)

аг=1 – е –kг rп р s                                       (35)

асв=1 – е-(3,43*0,1*1,35)=0,37

аг=1 – е –8,75*0,257*0,1*1,35=0,259

аф =0,12*0,37+(1-0,12)*0,257=0,274.

Определяем степень черноты топки ат для камерной топки при сжигании газа

                             (36)

ат=0,274/(0,274+(1-0,274)*0,65)=0,36

Параметр М зависит от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки. Для полуоткрытых топок при сжигании газа М=0,48 [источник 2, стр. 67].

Определяем среднюю суммарную теплоёмкость Vс.ср, кДж/м3·К, продуктов сгорания на 1 м3 газа при нормальных условиях

Vс.ср=(Qт – H″т) / (Та –Т″т)                (37)

где    Та – теоретическая (адиабатная) температура горения, К; определяем по таблице 4 по значению Qт, равному энтальпии продуктов сгорания На; Та=2254, К.

Т″т –температура (абсолютная) на выходе из топки, К;

H″т – энтальпия продуктов сгорания, кДж/м3; определяем по таблице 4 при принятой на выходе из топки температуре;

Qт – полезное тепловыделение в топке, кДж/м3.

Vср

Определяю действительную температуру υ″т, 0С, на выходе из топки

υ″т =           (38)

Полученная температура на выходе из топки υ″т = 10330С сравнивается с температурой, принятой ранее, 10350С. Расхождение между  полученной температурой υ″т, 0С, и ранее принятой на выходе из топки не превышает ±1000С, расчет считается оконченным.

Определяем удельную нагрузку топочного объема qV, кВт/м3

qV= ВрQрн/Vт.                                   (39)

qV=0,123*38380/11,2=421

6 Расчет конвективных пучков

При расчете конвективных поверхностей нагрева используем уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняем для 1 м3 сжигаемого газа при нормальных условиях.

Расчёт первого конвективного пучка производим по формулам в соответствии с источником [2].

Предварительно принимаем два значения температур после рассчитанного газохода υ″ = 4000С и υ″ = 3000С. Далее весь расчет ведем для двух предварительно принятых температур.

Определяем теплоту Qб ,кДж/м3, отданную продуктами сгорания

Qб = φ (H′– H″+ Δαк * H0прс)         (40)

где    H′ – энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева, кДж/м3;

H″ – энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, кДж/м3;

Δαк – присос воздуха в поверхность нагрева;

H0прс – энтальпия присосанного в конвективную поверхность нагрева воздуха, при температуре воздуха 300С, кДж/м3;

φ – коэффициент сохранения теплоты.

Q400б = 0,975 (20239–7522+0,05*399,2) =12418

Q300б = 0,975 (20239–5574+0,05*399,2) =14317

Определяем расчётную температуру потока υ, 0С, продуктов сгорания в конвективной поверхности

                                   (41)

где    υ′ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность нагрева, 0С;

υ″ – температура продуктов сгорания на выходе из поверхности нагрева 0С.

υ 400=(1033+ 400) / 2=716,5

υ300=(1033+ 300) / 2=666,5

Определяем температурный напор ∆t, 0С

∆t = υ – tк                                        (42)

где tк – температура охлаждающей среды, для парового котла принимаем равной температуре кипения воды при давлении в котле, 0С.

∆t 400 = 716,5 – 194,1 = 522,4

Страницы: 1, 2, 3, 4