Расчет котла ТВГ-8М (стр. 3 из 11)
Элементарный состав рабочей массы топлива, %
Метан СН4=92,8
Двуокись углерода СО2=0,1
Этан С2Н6=3,9
Сероводород Н2S=0
Пропан С3Н8=1,0
Кислород О2=0
Бутан С4Н10=0,4
Окись углерода СО=0
Пентан С5Н12=0,3
Водород Н2=0
Азот N2=1,5
Теплота сгорания нижняя сухого газа, МДж/м3
Qcн=37300
Объем воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания топли – ва, м3/ м3
Voв=0,0476 [0,5CO+0,5 Н2+1,5 Н2S+Σ (m+n/4)* Cmn – О2] = 0,0476 [0,5*0+0,5*0+1,5*0+(1+4/4)*92,8+(2+6/4)*3,9+(3+8/4)*1+(4+10/4)*0,4+(5+12/4)*0,3) – 0]=9,5724
Объем продуктов сгорания, которые образовались вовремя сгорания топлива с теоретическим объемом воздуха, м3/ м3
– теоретический объем азота
VoN2=0,79 Voв+0,01N2=0,79*9,5724+0,01*1,5=7,5772
– теоретический объем трехатомных газов
VoRО2=0,01 (СО2+СО+ Н2S+ Σm CmHn) = 0,01 (0,1+0+0+92,8+2*3,9+3*1+4*0,4+5*0,3)=1,068
– теоретический объем водяных паров
VoН2О=0,01 (Н2+ Н2S+Σn/2 CmHn+0,124dг*0,124 dвVoв) = 0,01 (0+0+2*92,8+3*3,9+4*1+5*0,4+6*0,3+0,124*10+0,124*13*9,5724)=2,2177
Избыток воздуха в конце топки άm=1,10.
Для принятой конструкции и компоновки поверхностей нагрева используется присосы воздуха в газоходах:
– котельный пучок Δ άк.п.=0,1
– водяной экономайзер Δ άв.э.=0,08
Избытки воздуха в газоходах:
В конце топки αт=1,1
Полный объем продуктов сгорания при горении топлива с избытком воздуха, с учетом присосов, м3/ м3
Voг= VoRО2+ VoN2+ VoН2О+(άср-1) Voв
Объем водяных паров при горении топлива с избытком воздуха, с учетом присосов, м3/ м3
VН2О= VoН2О+0,0161 (άср-1) Voв
Объемная доля водяных паров
rH2O = VН2О/ Voг
Объемная доля трехатомных газов
rRO2 = VoRО2/ Voг
Численные значения величин, подсчитанных по приведенным выше формулам, указаны в таблице 2.1
Таблица 2.1 – Объемные характеристики продуктов сгорания
| Наименование величина и ее обозначение | Газоходы котла | ||
| топка | котельный пучок | водяной экономайзер | |
| Коэффициент избытка воздуха, ά» | 1,1 | 1,2 | 1,28 |
| Средний коэф-нт избытка воздуха в газоходе, άср | 1,1 | 1,15 | 1,24 |
| Объем водяных паров в продуктах сгорания, VH2O,м3/м3 | 2,2331 | 2,2408 | 2,7547 |
| Полный объем продуктов сгорания, Vг,м3/м3 | 11,8355 | 12,321 | 13,1973 |
| Объемная доля водяных паров, rH2O | 0,1887 | 0,1818 | 0,1708 |
| Объемная доля трехатомных газов, rRO2 | 0,0902 | 0,0866 | 0,0809 |
Энтальпия воздуха (МДж/м3) теоретически необходимого для горения топлива, в приделах возможных температур продуктов сгорания, МДж/м3
Ioв= Voв(cν)в*10-3
где (cν)в- удельная энтальпия воздуха при соответствующей температуре, кДж/ м3
Энтальпия газообразных продуктов сгорания при горении с теоретическим объемом воздуха в интервале тех же температур, МДж/м3
Ioг= [(cν)RO2*VRО2+(cν)N2* VoN2+(cν)H2O* VoН2О]* 10-3
Численные значения энтальпий, подсчитанных по приведенным выше формулам, указаны в таблице 2.2
Таблица 2.2 – Энтальпии воздуха и продуктов сгорания в газоходах котла
| ν,°C | Iво, кДж/кг | Iго, кДж/кг | α «т=1,1 | α «к.п.=1,2 | α «эк=1,28 |
| топка | котельный пучок | водяной экономайзер | |||
| 100 | 1267,424 | 966,5408 | |||
| 200 | 2550,1891 | 1958,54 | |||
| 300 | 3858,424 | 2978,809 | 3904,831 | ||
| 400 | 5190,021 | 4031,752 | 5277,357 | ||
| 500 | 6553,705 | 5114,213 | 6687,103 | ||
| 600 | 7949,476 | 6214,105 | 7406,527 | 8121,979 | |
| 700 | 9385,355 | 7346,704 | 8754,507 | ||
| 800 | 10829,26 | 8510,854 | 10135,24 | ||
| 900 | 12273,16 | 9701,861 | 10929,18 | 11542,83 | |
| 1000 | 13757,17 | 10905,06 | 12280,78 | ||
| 1100 | 15281,28 | 1213,42 | 13641,54 | ||
| 1200 | 16805,4 | 13329,27 | 15009,81 | ||
| 1300 | 18329,52 | 15840,63 | 17673,58 | ||
| 1400 | 19893,74 | 16468,8 | 18458,17 | ||
| 1500 | 21457,97 | 19379,5 | 21525,3 | ||
| 1600 | 23022,2 | 20836,03 | 23138,25 | ||
| 1700 | 24586,42 | 22314,26 | 24772,91 | ||
| 1800 | 26150,65 | 23792,5 | 26407,56 | ||
| 1900 | 27754,98 | 25273,07 | 28048,57 | ||
| 2000 | 29359,32 | 26773,01 | 29708,96 | ||
| 2100 | 30963,65 | 28275,29 | 31371,66 | ||
| 2200 | 32567,99 | 29777,58 | 33034,37 |
2.2 Тепловой баланс котла
Изложенные ниже расчеты, выполнены с целью определения коэффициента полезного действия (КПД) котла и расхода топлива.
Теплота сгорания единицы объема сухого газа, МДж/м3
Qcн=37,300
Подогрев топлива и воздуха вне котельного агрегата не предусмотрен. Отсутствует также форсуночное дутье. Поэтому Qтл=0 Qв.вн.=0 Qф=0.
Тогда располагаемая теплота, МДж/м3
Qрр= Qcн+Qтл+ Qв.вн.+ Qф=37,300
Потери теплоты и коэффициент полезного действия (КПД) котла.
Температура холодного воздуха, °C
tх.в.=30
Энтальпия теоретически необходимого воздуха, кДж/м3
Ioх.в.= 382,896
Температура уходящих газов, °C
νух=152
Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах
α ух=1,28
Энтальпия продуктов сгорания при этой температуре (таблица 1.2), МДж/м3
Iух=1,24499
Потери теплоты с уходящими газами, %
q2=[(Iух- α ух* Ioх.в.)/ Qрр]*102=[(1,95854–1,28*0,289)/37,3]* 102=4,55
Потеря теплоты от химической неполноты сгорания, %
q3=0,5
Потеря теплоты от механического недожога, %
q4=0
Потеря теплоты поверхностями котла и экономайзера, %
q5=2,8
Суммарная потеря теплоты котельным агрегатом, %
Σ= q2+ q3+ q4+ q5=4,25+0,5+0+2,8=7,85
Коэффициент полезного действия котельного агрегата, %
ηк.у.=100- Σ qпот=100–7,55=92,15
Расход топлива при номинальной тепловой нагрузке.
Тепловая нагрузка при работе котла в водогрейном режиме, МВт
Qк=8
Расчет топлива котла при расчетной нагрузке, м3/с
В=Qк*100/ Qрр* ηк.у.=8*100/37,3*92,15=0,1725
Расчетный расход топлива, м3/с
Вр=В=0,287.
2.3 Расчет теплообмена в поверхностях нагрева
2.3.1 Предварительные замечания к расчетам
Расчет теплообмена выполнен целью получения результатов необходимых для последующего аэродинамического расчета. В основу положена схема движения нагреваемой воды.
Теплообмен в топке и следующей за ней камере догорания идентичен и осуществляется передачей теплоты излучением газов. На этом основании расчет теплообмена в этих поверхностях выполнен совместно, по суммарным их геометрическим характеристикам с определением температуры продуктов сгорания на входе в котельный пучок.
Расчет теплообмена в топке и камере догорания изложен в табл. 4.1. из него следует, что принятая как возможная тепловая мощность Q = 8,3 (8 Гкал/ч) может быть реализована, посколькутеплопередачей обеспечивается температура продуктов сгорания в конце топки, не превосходящая допустимой при сжигании топлива.
В табл. 4.2. приведен расчет теплообмена в котельном пучке. Из него следует, что количество теплоты, необходимое для нагрева воды от t’к = 70оС до t»к = 150оС условиями теплообмена обеспечивается. Расхождение Qб и Qт составляет 0,56%, что значительно меньше допустимого нормами.
В табл. 4.3. приведен расчет теплообмена в экономайзере. Расчет теплообмена в экономайзере выполнен применительно к условию, что массовая скорость воды в нем будет 730 кг/см2 и соответствующий ей расход Gэк = 6,667 кг/с. При этом температура воды из экономайзера не будет превосходить 80оС. Температура уходящих газов установленная расчетом (tух = 152оС) не отличается от принятой при составлении теплового баланса. Поскольку разница не велика.
2.3.2 Расчет теплообмена в топке
Избыток воздуха в конце топки
Температура воздуха подаваемого в топку, оС
Энтальпия воздуха при этой температуре, МДж/м3
Присос воздуха в топку
Тепло, вносимое в топку воздухом, МДж/ м3
Потери теплоты от химической неполноты сгорания, %
Полезное тепловыделение в топке, МДж/м3
Теоретическая температура, отвечающая полезному тепловыделению, оС
Температура продуктов сгорания на выходе из топки принимается, оС
